安东尼·莱格特，从古典学走来的量子先驱

美国当地时间2026年3月8日，诺贝尔物理学奖得主、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UIUC）教授安东尼·詹姆斯·莱格特爵士（Sir Anthony James Leggett）逝世，享年87岁。莱格特因对超导体和超流体理论的贡献而闻名，但他走进物理学的方式，颇为非典型。

安东尼·詹姆斯·莱格特爵士（1938年3月26日－2026年3月8日），著名理论物理学家，2003年诺贝尔物理学奖得主，曾任伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UIUC）教授。

1938年3月26日，莱格特出生于英国伦敦南部坎伯韦尔的一个天主教家庭。他称自己在出生时就表现出了拖延倾向，“仅差7分钟就错过了出生日期。”这似乎预示了他在后来的学术研究中表现出的审慎与迟疑的特质。莱格特的父母都接受过大学教育，父亲曾任高中物理、化学和数学教师，母亲也曾教授中学数学。

在20世纪50年代的英国教育分流制度下，莱格特选择了当时学术声望最高的古典学。1955年，莱格特进入牛津大学贝利奥尔学院正式学习“古典学”（Literae Humaniores），这是一门涵盖拉丁文、古希腊文、古典文学、古代史和哲学的综合性人文科学课程，被认为是牛津最负盛名也最具挑战性的课程之一。他最终以一级荣誉毕业。期间，他深受哲学思辨的熏陶，甚至一度考虑走哲学研究的学术道路。

质疑与觉醒

然而，在哲学的学习中，他逐渐产生了怀疑：他发现哲学研究中的优劣判断过分依赖于措辞的精确性，而缺乏客观的判定标准。他渴望的，是即使犯错也是“因为有趣且非平凡的理由而犯错”（“being wrong for interesting and nontrivial reasons” ）——错误本身不是终点，如果错误来自对深层机制的探索或对现有范式的挑战，那么这种错误比平庸的正确更有价值。物理学恰好填补了这一空白。

可是，莱格特在物理方面没有任何背景。如何开始物理学的学习呢？甚至连征兵委员会都怀疑这是他逃避兵役的借口，毕竟修第二学位意味着延长在校时间。幸运的是，在进入牛津大学前，他曾和一位退休牧师学习现代数学，牧师积极鼓励他做一些数学基础练习，这让莱格特发现了自己在这方面的潜力。另外，1957年苏联成功发射第一颗人造地球卫星，改变了西方的文化氛围，政府开始鼓励教育资源向科学领域倾斜。

更为幸运的是，他结识了两位不介意他文科背景的重要导师：莫顿学院的贝克（Michael Baker）和贝利奥尔学院的布林克（David Brink）。而且二者互补，贝克是实验物理方向，布林克做理论物理研究。在他们的共同帮助下，莱格特用两年时间就完成了通常需要3年的物理学课程，尽管这一过程曾让他一度“精神消化不良”——他一边费力解决传统力学问题，一边还要攻克希尔伯特空间（Hilbert Space）等量子力学理论。最终他以优异的成绩毕业，踏上了物理学研究的道路。

生活中的莱格特教授，Kourosh Ziabari

珍视每一次认真的尝试

1961-1964年，莱格特在牛津大学马格德琳学院攻读博士学位，研究液氦领域两个相对独立的问题：超流氦-4中的高阶声子相互作用，以及正常液态氦-3中稀溶的氦-4溶液性质。他自嘲“都没有产生太大影响”，但这在一定程度上为他打下了在超流体领域的基础。

1964年前后，理论界的普遍预期是：液态氦-3可能会进入库珀配对态（Cooper Pair），并在难以预测的温度下显示出超流动性等性质。

正是这一时期，莱格特前往UIUC做博士后研究，他后来称之为“职业生涯的一个转折点”。他的导师派因斯（David Pines）及其巴丁（ John Bardeen）等同事教给他很多新的东西，这与在牛津时期“自己发现问题、自己提出问题、自己解决问题”的学术环境非常不同。而且，UIUC是当时世界多体理论研究的中心，在这里他对液态氦-3的超流相产生了兴趣，并发表了关于超流相中费米液体效应的研究。

那时的莱格特非常渴望体验不同的文化环境。一年后的1966年，他前往日本京都大学松原武夫（Takeo Matsubara）教授研究组工作。在京都期间，他完成了一篇关于双能带超导体的论文，提出其中应存在一种“内部约瑟夫森效应”。莱格特坦言，这项工作当时基本被忽视，部分原因是自然界中存在双能带超导体的实验证据有些可疑。但它后来被认为是他在1973年提出的有关氦-3超流核心理论的“自然推广”。正是因为曾经研究过双带超导体中电子对相对相位涨落的微观定义，他才能在面对复杂的氦-3核磁共振（NMR）数据时，迅速建立起正确的动力学方程，完成理论上的突破。

在获得诺奖10年后接受采访时，莱格特还回忆道：“不要认为那些认真开展过的研究都是徒劳的——即使当时看起来如此。认真地记录下来，把它收进抽屉里，我敢打赌，10年或20年后它会再次出现并帮助你。”

登顶诺奖

早在1937年前后，科学家就已经知道氦-4在极低温度下会表现出可近乎无粘滞流动的超流性。1971至1972年间，康奈尔大学的奥谢罗夫（Douglas Osheroff）、李（David Lee）和理查德森（Robert Richardson）尝试将液氦-3冷却至接近绝对零度（-273℃），并在后来的实验中证实，在液体（而非他们原来认为的固体）氦-3中出现了全新的相变。

但氦-3原子属于费米子，根据泡利不相容原理（Pauli Exclusion Principle），单个氦-3原子无法像氦-4那样直接以玻色子的方式凝聚。

莱格特凭借深厚的理论积累，迅速意识到这一系统与他此前研究的双带超导体之间的联系，找到了解释氦-3超流的钥匙。这项工作后来为他赢得了2003年诺贝尔物理学奖。

最终，莱格特在朗道费米液体理论和BCS超导微观理论的基础上，构建出完备的理论框架，系统解释了氦-3原子在极低温度下如何形成自旋和轨道角动量都不为零的库珀对。

莱格特预言氦-3超流体至少有两种完全不同的状态（或称“相”）：A相中所有原子对的旋转方向一样，排列整齐，这会导致从不同方向看液体性质会有不同，称为“各向异性”；B相中所有原子对朝向随机，毫无规则，这会导致从不同方向看液体性质均相同，称为“各向同性”。

莱格特的理论核心建立在自旋-轨道耦合（Spin-Orbit Coupling）和P波配对（P-wave Pairing）机制基础上。氦-3原子是费米子，原子间存在强排斥力，无法像电子那样直接面对面结合，必须像哑铃一样旋转配对，并拥有轨道角动量（L=1）以及同向的自旋（自旋三重态）。这种配对方式具有自旋和轨道的双重方向性，如果沿着不同方向测量，其物理性质（如磁化率、能隙）都是不同的，即在微观上表现为各向异性。

自旋-轨道耦合机制将这些微观“哑铃”的自旋和轨道方向锁定在一起，而不是让它们在空间中随机排列。虽然每个原子对都有方向，但在特定的量子态下，自旋和轨道的各向异性可以通过精妙的对称性相互补偿抵消，宏观上就会看起来像普通液体一样均匀，即表现为各向同性。它决定了氦-3是进入自旋与轨道取向高度一致的A相（弱耦合，各向异性明显）还是进入两者对称抵消的B相（强耦合，宏观各向同性）。

他的理论还进一步说明了这种微观量子态如何决定了液体的宏观流体动力学特征。这种特殊的配对姿势让液体内部产生了纹理（Texture）效应。此时如果液体要流动，它不需要像普通液体那样“拥挤”，而是以整体一致的形态整齐地滑过，因为原子对成了新的玻色子，致使没有能量损耗，最终实现了超流性。

液态氦-3的超流相大概是我们能定量理解的最复杂的物理系统，显示出已知物理学中前所未有的关联微妙性。这一理论首次阐明了费米子如何通过配对机制突破玻色-爱因斯坦统计的限制，形成宏观量子相，对凝聚态物理、量子信息乃至宇宙学都有深远影响。

好奇心驱使下的探本溯源

在被问及“超流体氦-3有什么用”时，莱格特极度谦虚地说道，它很可能是已发现的最无实际用处的系统。他当时给自己设定的第一个任务，是尝试更正式地证明这一点——如果量子力学的普通规则适用，统计力学的普通规则也适用，那么这些实验结果就不可能发生。换句话说，一定有什么基础的东西正在失效。

“我鼓励学生追随自己的好奇心，不必在意周围的人是否觉得这个问题微不足道。”莱格特这样诠释自己从事研究工作的根本动因。

事实上，莱格特破解“超流氦-3”谜题的过程也确实归因于好奇心的驱使。

1967年到苏塞克斯大学任教后，莱格特发现自己“对低温物理（包括液态氦-3）研究领域乃至许多传统物理学越来越厌倦”。1972年7月，理查德森在去苏塞克斯大学访问时，向莱格特分享了他们最新的NMR实验数据和研究结论，也即相变发生在液体中而非固体。这次会面，重新点燃了让莱格特的好奇心，他决定坐下来严谨地证明这些实验现象背后的物理机制，最终在同年晚些时候提出了“自发破缺自旋-轨道对称性” （SBSOs）的理论解释 。

1983年，莱格特到UIUC担任教授，2019年荣休。

从1980年左右起，他的研究重心逐渐转移到量子力学问题的基础问题：量子力学从原子层面推向日常生活层面时，是否仍能描述物理世界？他将这一探索称为“在实验室里构建薛定谔的猫”。

约1985年，莱格特就“薛定谔的猫”发表演讲，UIUC官网

他与卡尔代拉（André Caldeira）在1983年提出了著名的Caldeira-Leggett模型，旨在解决量子系统与其环境相互作用导致的耗散与退相干问题，这为开放量子系统、量子退相干和超导量子电路噪声理论提供了重要基础。两年后，他与加格（Anupam Garg）提出Leggett-Garg不等式，用于检验宏观实在性与非侵入可测量性（Non-Invasive Measurability）的经典假设是否成立。这一方向遭到不少同行的质疑，但他仍然坚持，物理学不应仅仅满足于计算和预测，更应探索其背后的哲学和逻辑基础。

随着实验技术的进步，他的远见卓识在提出20多年后得到验证——多个实验小组已经在约瑟夫森结（Josephson Junctions）等超导器件中实现了可以被视为“薛定谔猫”类型的量子叠加态。2025年的诺贝尔物理学奖，就颁发给了开展宏观量子隧穿和相干性实验的三位物理学家。最近，奥地利的物理学家还实现了纳米尺度的“薛定谔的猫”。量子力学与经典物理的边界到底在哪里，仍然是个令人着迷的问题。

行走在文理之间

莱格特不仅是一位杰出的理论物理学家，也是一位致力于科学传播的作者。1988年出版的科普读物《物理大爆炸》（The Problems of Physics），探讨了宇宙学、高能物理和凝聚态物理的现状以及一些尚未解决的问题。在他获得2003年的诺贝尔物理学奖后，有读者评论说，这本书即便是在21世纪初，依然值得一读，“因为作者探讨的是与自然界深奥奥秘相关的问题”。

上海交通大学出版社2017年出版的《物理大爆炸》（单卷本精装），王顺译

在同事们眼中，莱格特是一个温和且谦逊的人。UIUC物理系主任说：“他说话温和，以至于人们很容易忽视他卓越的成就”。而他的学生则在悼文中回忆，莱格特经常说自己的工作与UIUC的另一项诺贝尔物理学成果BCS理论相比，不过是教科书里的一个注脚。

尽管后来弃文从理，莱格特始终认为早年的古典学对其日后工作乃至一生有重要积极影响。

首先是文字表达能力。2013年，莱格特的写作风格被一家媒体评价为“极具文学性和雄辩性”，在诺贝尔物理学奖得主中颇为罕见。他还写过一篇《给日本物理学家的科学英语写作建议》（Notes on the Writing of Scientific English for Japanese Physicists），旨在帮助日本学者写好英文论文。这篇指南详细具体，在日本广受欢迎。“这篇小文章的实际影响力可能超过了我职业生涯两百多篇论文中的任何一篇。” 他开玩笑说。

语言之外，是哲学的深刻影响。早年的哲学训练塑造了他看待物理世界的方式——更审慎，也更愿意追问"为什么"。

莱格特一生都在问最难的问题。但他始终没有忘记，对于一个处于职业生涯初期的年轻人，到底什么是最重要的。

2020年，他在一篇回忆性的文章中写道，回顾整个学术生涯，如果要说哪点对他产生决定性影响，那就是20世纪60年代末，“在萨塞克斯大学所体验到的那种包容、宽松的环境”。

“每当回想起那段经历，再看看如今研究生、博士后和青年教师的现状，我就感到十分忧虑：通过与这些群体交谈——不仅是在中国（也许那里问题表现得最为明显），甚至在北美——我都感觉到，他们中的许多人认为，除非自己手握三四篇论文，而且还发表在Nature、Science或PNAS这类高影响力期刊上，否则几乎不可能获得博士后、正式或终身教职——而这本应是他们职业生涯中自然而然的下一步。”

斯人已去，但是这番话，可能值得今天学术界的每个人深思。

参考文献：

[1] Biographical：https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2003/leggett/biographical/

[2] SUPERFLUID 3He:THE EARLY DAYS AS SEEN BY A THEORIST,Nobel Lecture, December 8, 2003, https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/leggett-lecture.pdf

[3] 人物生平的介绍：https://physics.illinois.edu/people/directory/profile/aleggett

[4] A.J.Leggett. Number-Phase Fluctuations in Two-Band Superconductors.Prog.Theor. Phys.36,901–930 (1966)

[5] A.J.Leggett.Interpretation of Recent Results on He? below 3 mK: A New Liquid Phase? Phys.Rev.Lett.29,1227 (1972)

[6] A.J.Leggett.Theoretical Description of the New Phases of Liquid He?.Phys.Rev. Lett.31,352 (1973)

[7] A.J.Leggett.Quantum Liquids: Bose condensation and Cooper pairing in condensed matter systems (Oxford University Press, 2006).

[8] 关于Caldeira-Leggett模型参见Scholarpedia百科全书的介绍（www.scholarpedia.org）；关于Leggett-Garg不等式参见Neutron Interferometry的介绍（www.neutroninterferometry.com）

[9] A.J.Leggett.Matchmaking Between condensed matter and quantum foundations, and other stories: My six decades in physics. Annual Review of Condensed Matter Physics, 11, 1-16 (2020).

[10] A.J.Leggett. Josephson Devices as Tests of Quantum Mechanics Towards the Everyday Level. In Fundamentals and Frontiers of the Josephson Effect. eds. C. Rice, S.K. Heukerott, F.Tafuri (Springer) Springer Series in Materials Science 286, 63-80(2019)

[11] https://en.wikipedia.org/wiki/2004_Birthday_Honours

[12] Anthony J. Leggett,Matchmaking Between Condensed Matter and Quantum Foundations, and Other Stories: My Six Decades in Physics. Annual Review of Condensed Matter Physics, Vol. 11, pp. 1–16 (2020)