伊利亚·弗兰克（1958年诺贝尔物理学奖得主）
伊利亚·米哈伊洛维奇·弗兰克（Ilya Mikhailovich Frank，1908年10月23日—1990年6月22日），苏联理论物理学家，因提出切伦科夫辐射的完整理论而与帕维尔·切伦科夫、伊戈尔·塔姆共同获得1958年诺贝尔物理学奖。
| 伊利亚·弗兰克 | |
|---|---|
| 出生 | 1908年10月23日（俄历10月10日） 俄罗斯帝国圣彼得堡 |
| 逝世 | 1990年6月22日（81岁） 苏联莫斯科 |
| 国籍 | 苏联 |
| 母校 | 莫斯科国立大学 |
| 知名于 | 切伦科夫辐射理论、弗兰克—塔姆公式 |
| 奖项 | 诺贝尔物理学奖（1958） 斯大林奖（1946） 苏联国家奖（1971） |
| 研究领域 | 核物理、光学、中子物理 |
| 机构 | 苏联科学院物理研究所（FIAN） 杜布纳联合核子研究所 |
生平
伊利亚·弗兰克1908年生于圣彼得堡的一个学者家庭，其父米哈伊尔·弗兰克是著名数学家，其叔父谢苗·弗兰克是哲学家。他的兄弟格列布·弗兰克是生物物理学家。良好的学术氛围使弗兰克自幼受到科学熏陶。
弗兰克1929年毕业于莫斯科国立大学物理数学系，随后在列宁格勒国立光学研究所工作。1934年他加入苏联科学院物理研究所（FIAN），在此结识了伊戈尔·塔姆，两人成为长期的学术合作伙伴。1940年获得博士学位。
二战期间，弗兰克撤往喀山，继续从事光学研究，在军事应用的光学仪器和辐射测量方面做了大量工作。1946年回到莫斯科后，他担任FIAN核物理实验室主任，同时参与杜布纳联合核子研究所的筹建工作。
1947年弗兰克当选苏联科学院通讯院士，1968年当选正式院士。他始终在FIAN工作，将自己的理论才能与实验发现紧密结合起来。1990年在莫斯科去世。
学术生涯
弗兰克的理论工作可概括为两个主要领域：切伦科夫辐射理论和核物理中的中子物理研究。
1937年，在谢尔盖·瓦维洛夫的提议下，弗兰克与塔姆合作完成了切伦科夫辐射的理论推导。在此之前切伦科夫已通过实验观测到这一现象，但缺乏令人满意的物理机制。
弗兰克—塔姆理论的关键洞察在于：将运动带电粒子在介质中的电磁场描述为麦克斯韦方程组的经典解。他们发现，当粒子速度v超过介质中的光速c/n（n为折射率）时，电磁场的解会从指数衰减形式变为辐射形式——粒子在其轨迹后方形成一个圆锥形的电磁激波波前。辐射能量集中在与粒子运动方向夹角为θ的方向上，满足关系式：cosθ = c/(nv)。这一关系被称为弗兰克—塔姆公式，成为切伦科夫辐射特征的定量描述。
该理论简洁而优美：它以经典电动力学完美解释了实验观测到的方向性、偏振性和光谱特征，无需引入任何新的物理假说。弗兰克—塔姆理论是物理直觉与数学严谨性的典范结合。
弗兰克在中子物理方面也做出了重要贡献。他发展了慢中子光学和中子干涉测量方法，包括中子衍射晶体谱仪的设计。特别是，他提出了利用周期结构产生中子"新辐射"的思想，为后来的中子光栅干涉技术奠定了基础。
弗兰克还是苏联核物理实验设施的推动者之一。他积极参与了杜布纳联合核子研究所的规划，尤其在脉冲核反应堆和新型中子源的设计方面发挥了关键作用。
获奖成就
弗兰克与切伦科夫、塔姆共同获得1958年诺贝尔物理学奖。这是苏联科学界的集体荣誉。此前1946年他已因切伦科夫辐射的理论贡献获得斯大林奖一等奖。1971年他再次获得苏联国家奖，以表彰他在中子物理领域的长期工作。
弗兰克是苏联科学院院士（1968），曾获列宁勋章、十月革命勋章等多项国家荣誉。1960年代后他还担任了国际纯粹与应用物理联合会（IUPAP）的委员，在推动东西方物理学交流方面发挥了积极作用。
历史贡献
弗兰克—塔姆理论是经典电动力学中最后几个重要发现之一——它在一个看似已被完全探索的领域（电磁辐射理论）中发现了未被认识和描述的新现象。这一理论使切伦科夫辐射从一个奇特的光学现象变为一个可定量预测和利用的物理效应。
从实际应用角度看，该理论是切伦科夫探测器的设计基础。弗兰克—塔姆公式精确给出了辐射强度、方向角谱和能量阈值，使得工程师可以设计出最优化的切伦科夫计数器。这些探测器在现代粒子物理、中微子天文学和宇宙线研究中发挥着不可替代的作用。
弗兰克的中子光学工作同样具有深远影响。他在脉冲中子源和中子光学方面的基础研究为后来的中子散射、中子成像和中子干涉技术提供了理论支撑。中子散射已经成为研究凝聚态物质结构和动力学的重要实验手段——这一领域的诸多进展可以追溯到弗兰克在FIAN的开创性工作。
轶事典故
弗兰克与塔姆的合作是一段物理学佳话。两人在FIAN的同一屋檐下工作多年，1937年瓦维洛夫建议二人解释切伦科夫辐射时，他们仅用几个星期就完成了理论框架。据弗兰克回忆，那段时间他们几乎天天在办公室讨论到深夜，有时争得面红耳赤，但每次离开时都因为又前进一步而心满意足。
弗兰克是一位出色的科普作家。他撰写的《光的偏振》和《切伦科夫辐射》等科普读物在苏联风靡一时，帮助整整一代苏联青年了解了现代物理学的进展。
据说弗兰克对一切物理问题都有着孩童般的好奇心。有一次他的研究生抱怨某个问题"理论上已经清楚了"，弗兰克严肃地反问："理论上清楚？那你给我用简单的英语解释解释看，你要是解释得了，那才算真的清楚了。"——这句话在FIAN流传了很久。
参考文献
1. Frank, I. M., & Tamm, I. E. (1937). "Coherent Radiation of Fast Electrons in a Medium". Doklady Akademii Nauk SSSR, 14(3), 109–114. 2. Frank, I. M. (1958). Nobel Lecture: "Optics of Light Sources Moving in Refractive Media". 3. Frank, I. M. (1960). "Neutron Optics and the Study of Neutron Interaction with Matter". Soviet Physics Uspekhi, 3(3), 445–462. 4. Jelley, J. V. (1958). Cerenkov Radiation and Its Applications. Pergamon Press. 5. Tamm, I. E. (1991). Collected Papers. Springer.