苏维埃社会主义共和国联盟的历史是短暂的,始于1917年,终于1991年。不过,公平地说,这个短暂的“朝代”曾经有过辉煌的科学技术。世界第一颗人造地球卫星就是在苏联时期发射的。如果诺贝尔奖也算是一个国家科学发展的标志的话,那么在这个时期,它共有八位科学家获得过诺贝尔物理学奖和化学奖。除此之外,还有一位数学家康托洛维奇(Л. В. Канторович)获得了经济学奖(1975);一位科学家萨哈洛夫(А. Д. Сахаров)获得和平奖(1975);三位作家帕斯特纳克(Б. Л. Пастернак,1958)、肖洛霍夫(М. А. Шолохов,1965)和索尔仁尼琴(А. И. Солженицын,1970)获得文学奖。另外,在苏联解体以后,还有获得物理学奖的三位科学家,他们获奖的科学成就都是在前苏联时期做出的,包括2003年得奖的阿勃利科索夫(А. А. Абрикосов),得奖时已是美国公民,却是苏联朗道学派的传人。2010年的诺贝尔物理学奖又发给了两位与前苏联有关系的科学家:海姆(A. Geim),和诺沃西洛夫(K. Novoselov),前者现在有着荷兰国籍,后者是英、俄双重国籍。但是他们分别于1958年和1974年出生于前苏联。海姆在前苏联时代接受了从小学直到博士的教育,诺沃西洛夫也接受了苏联时代的中小学教育。因此,他们在不同程度上也可以说是前苏联教育的产物。把这些算在一起,总共有18位诺贝尔奖得主,尽管其中一位和平奖得主和两位文学奖得主是不为当时的执政者认可的体制外人物。今天回顾这一个只有74年长度、而且已经走进历史的政治实体,不以成败论英雄,这是一张不错的成绩单。
取得这样的成绩,有其历史上的原因:上述十余个科学上的诺奖得主可以说是十月革命前俄国科学的发展在苏维埃时期的延续。革命前的俄国,处于欧洲的东部边缘,科学和工业的发展都落后于西欧。但是,它并不像处于东亚的中国那样远离欧洲的科学发展前沿。俄国的科学家一直同西方的同行保持着联系,在有些领域也有超越西欧科学家的贡献。例如在19世纪就有门捷列夫的化学元素周期表和罗巴切夫斯基的非欧几何学等。在20世纪初最早的诺贝尔奖得主中,就出现了几位俄国科学家——因为创立动物条件反射学说而在1904年获得生理学和医学奖的巴甫洛夫(И. П. Павлов),以及1908年因为对人体免疫功能的研究而获得生理学和医学奖的梅契尼柯夫(И. И. Мечников)。后者得奖时虽在巴黎居住,但是出生、 成长并且长期工作于处于沙俄统治之下的乌克兰。甚至,在1903和1911年分别获得物理学奖和化学奖的居里夫人,其祖国波兰当时也是处于沙皇俄国的版图之内。按照我们一些国人的思维,她也可以算是个“法籍俄人”。可以推想,有这些先驱的榜样,对于1917年后的苏联科学家来说,诺贝尔奖并不是一个遥不可及的梦想。事实上他们身边就有着一位活着的诺奖得主:巴甫洛夫在十月革命后的苏联一直生活到1936年去世。
另一方面,苏联的科学家在十月革命之后差不多40年的时间里同诺贝尔奖无缘。一直到1956年才由谢苗诺夫(Н. Н. Семёнов)获得化学奖而打破这个局面。苏联在科学方面的成败得失同它的意识形态和科技政策以至国家体制究竟有什么样的关系,这是学术界至今没有定论的课题。有的人说,苏联时期缺乏学术自由,因而科学研究受到意识形态的干扰,他们常常举出李森科受到斯大林的宠信,独霸苏联生物学界的例子作为论据。这种说法有一定事实根据,苏联在生物医学领域确实长期落后于世界水平,没有得到过任何诺贝尔奖,尽管革命前的俄国获得的两项诺贝尔奖都在生物医学领域。但是又如何解释苏联其他学科的成就呢?难道在物理化学领域,学术自由度就高了吗?似乎不是这样,例如,当时的苏联刊物上也可以经常看得到官方对“哥本哈根学派”的所谓“量子力学中的唯心主义倾向”进行批判。这好像没有妨碍苏联物理学家在量子力学方面做出重要的贡献。对于这样一个悖论,本文无力给予回答。
这个人物就是彼得•卡皮查(Пётр Л. Капица),生于1894年,十月革命的时候他23岁,正是开始科学生涯的年纪。他可以说是苏联建国后最早向诺贝尔奖发起冲击的科学家之一。早在1920年,他和同事谢苗诺夫合写了一篇论文,提出让原子束通过一个高度不均匀的磁场,观测它们不同的偏转程度来测量原子磁矩的实验建议。可能是由于当时苏联正处于内战时期,也可能是由于卡皮查本人第二年去了英国,他们的论文到1922年才得以发表,而且他们本人似乎没有实施论文中建议的实验,或者没有获得可以发表的结果。而在此期间,德国科学家斯特恩(Otto Stern)和格拉赫(Walther Gerlach)发表了一系列的论文,提出了基本相同的思路并实际进行了一系列实验,而且首次显示了原子磁矩的量子化效应。这一成就使得斯特恩获得了1943年的诺贝尔物理奖(斯特恩已经在1933年移居美国,得奖时为卡内基理工学院的教授)。两位年轻的苏联物理学家可以说是在无意中同诺贝尔奖擦肩而过。不过,值得欣慰的是,这两位终生挚友后来都如愿以偿——谢苗诺夫在1956年因为对化学反应机制的研究获得了诺贝尔化学奖,成为苏联教育和科学体制下成长起来的第一个诺贝尔奖得主。而卡皮查则在1978年获得诺贝尔物理学奖,成为苏联解体以前的最后一位诺贝尔奖得主。卡皮查于1984年去世,整个科学生涯都是在苏联的体制中度过的,从而在这个意义上,他的经历在苏联科学家中具有代表性。
卡皮查1894年生于圣彼得堡附近的喀琅施塔得,当时俄国的海军基地。他的父亲是有军衔的军事工程师,母亲是一位儿童文学家。卡皮查少年时期就表现出了数学方面的才能,但是语言文字方面似有所欠缺,因此他未能进入当时公认最好的圣彼得堡大学,而是进入了圣彼得堡工学院。读大学期间,正逢第一次世界大战爆发,他曾短暂地到波兰前线志愿充当战地救护车驾驶员,也曾同未婚妻到远东旅行,到过日本和中国上海。1917年的布尔什维克革命显然没有影响到他的学业。1919年,他从大学毕业后即留校担任教职。这时圣彼得堡已经改名为彼得格勒,当时彼得格勒乃至全俄罗斯的物理学带头人是工学院的教授约飞(А. Ф. Иоффе,1880-1960),他创建了彼得格勒技术物理研究所,吸引了一批年轻而有活力的科学家,希望跟上20世纪初西方物理学的发展步伐。卡皮查成了研究所的一员,同时进入这个团体的还有谢苗诺夫等人,他们日后都成为了苏联科学界的带头人。
1930年,他和卢瑟福商量建立一个全新的实验室,来继续进行他的强磁场实验和业已开始的低温实验。在卢瑟福的大力推动下,这个计划得到了当时英国最大的企业之一帝国化工(Imperial Chemical Industries)创始人蒙德(L. Mond)遗产基金的资助,实验室很快在第二年建成,并被命名为蒙德实验室。实验室的特点之一是它的“磁厅”,这是一间20多米长的房间,因为用于产生强磁场的发电机在突然放电时会发生震动,为了避免震动的影响,测量仪器和发电机之间必须有20米以上的距离,才能使得实验测量赶在地震冲击波到达之前即已完成。实验室的另一个特点是它的低温实验室里独特的氦液化器。它采用绝热膨胀原理来造成低温。从原理来说,这不是独创,但是用这个原理来实现低温有一个不易克服的关键问题——膨胀是通过“活塞-气缸”装置来实现的,而活塞的润滑问题始终没有人能够解决。卡皮查想出了一个极妙的点子,就是用氦气本身作为润滑剂。在此基础上,他发明了一种不需要液态氢的事先冷却就能大量生产液态氦的设备。这样的氦液化器不仅在后来的15年里为剑桥大学提供了研究需要的液态氦,而且后来批量生产的氦液化器也是基于同样的设计思路。氦液化器的工业化生产大大降低了进入低温物理研究的门槛,使得低温物理研究不再局限于少数研究中心。
毕竟,苏联当局留住卡皮查是为了让他为苏维埃政权服务,而不是为了毁掉他的科学事业。所以,经过一番颇为曲折的讨价还价,加上卡皮查几次以辞职相威胁,当局似乎听懂了卡皮查的意思,并且决定满足他的要求, 在1935年春开始同卢瑟福谈判把蒙德实验室的那些设备搬到莫斯科的研究所来,而且撤走了原来监视卡皮查的人员,允许他在国内自由旅行。对此,卡皮查在给妻子的信中说:“护卫天使回到天上去了。”不仅如此,当局还配给了他一套上好的住房和汽车。到了该年八月份,剑桥大学的两位教授,生理学家,1932年诺贝尔奖得主阿德里安(E. D. Adrian)和物理学家、1933年诺贝尔奖得主狄拉克(P. Dirac)分别访问了莫斯科,有机会同卡皮查直接交谈,卡皮查向他们提出了在莫斯科有效地开展研究所需要的设备。他们回英国后,向卢瑟福报告了卡皮查的要求。11月份,剑桥大学同苏联当局终于达成了协议,剑桥方面答应将卡皮查要求的蒙德实验室的大部分设备运送到莫斯科。苏联政府则为此付给剑桥大学3万英镑。此外,剑桥还同意给予卡皮查的两个主要助手一年的假期,让他们到莫斯科帮助卡皮查尽快重建实验室,并为他培训日后的助手。
那年11月5日,卡皮查正式向剑桥大学辞去蒙德实验室主任的职务。他在辞呈的结尾说:“我必须告诉你们,辞职对我来说是巨大的痛苦,特别是,要以这种突兀而出乎意料的方式来辞职。” 同时,两个月前返回莫斯科的妻子安娜又重返英国到剑桥去收拾家中的一切,于1936年1月带着两个孩子同卡皮查团圆 。而剑桥卢瑟福手下的考克劳夫特(J. D. Cockcroft,1951年诺贝尔物理奖获得者)则承担起把实验设备——包括巨大的发电机——运到莫斯科的艰巨任务。随着设备的陆续到达,卡皮查的心情有所好转,但还没有完全从沮丧中恢复。他在1936年2月给卢瑟福的信件中说:“我在这里感到很痛苦,虽然比去年略好,但是没有我在剑桥时候开心。”他依然眷恋着剑桥的幸福时光,说那是“我失去的天堂”!