Что открыл ландау в физике
Ландау Лев Давидович
Российский ученый. Физик-теоретик. Основатель научной школы. Академик. Лауреат Нобелевской премии по физике 1962 года. Герой Социалистического Труда. Лауреат множества российских и международных премий. Инициатор создания и автор фундаментального классического «Курса теоретической физики», выдержавшего многократные издания и изданного на двадцати языках.
Лев Ландау родился 22 января 1908 года в городе Баку, Азербайджан. Мальчик вырос в интеллигентной семье. Отец, являлся инженером-нефтяником, а мать работала врачом. Кроме него воспитывалось еще двое детей. Его математические способности проявились уже в школе, которую закончил в тринадцать лет. Родители считали, что в это время поступать в университет слишком рано и один год проучился в Бакинском экономическом техникуме.
В 1922 году Ландау поступил в Бакинский университет, где два года учился на двух факультетах: физико-математическом и химическом. После перехода в 1924 году на физическое отделение Петербургского университета Лев Давидович не стал продолжать химическое образование. Однако, интерес к ней сохранил на всю жизнь и часто поражал хорошим знанием химии.
С 1926 года Ландау связан с Петербургским физико-техническом институтом, куда в 1927 году после окончания университета принят в качестве аспиранта. Большую роль в научной биографии ученого сыграли поездки за границу в начале 1930-х годов и встречи с ведущими физиками того времени. Наиболее существенным для формирования Ландау как ученого и учителя стало посещение Копенгагена и пребывание в Институте теоретической физики у Нильса Бора.
Обсуждение животрепещущих проблем теоретической физики, в которых принимали участие все присутствующие, поиски истины как конечной цели любой дискуссии, атмосфера, царившая на семинарах: все это оставило неизгладимый след в памяти Ландау, всю жизнь служило ему примером. На протяжении всей жизни великий физик считал себя учеником Бора.
Ландау в 1932 году возглавил теоретический отдел Харьковского физико-технического института. Через два года получил ученую степень «доктор физико-математических наук» без защиты диссертации. Продолжая активную исследовательскую работу, Лев Давидович начал преподавать, а в 1935 году стал заведующим кафедрой общей физики Харьковского университета.
Именно в эти годы Лев Ландау сформулировал и начал осуществлять свою жизненную программу: написать полный курс теоретической физики и окружить себя профессионалами: учениками, коллегами и соратниками.
Первые несколько лет в Харьковском университете царила замечательная научная атмосфера. Криогенную лабораторию института, единственную в то время на территории Советского Союза, возглавил Лев Шубников, с которым Ландау связывала не только дружба, но и глубокие совместные научные интересы. Вокруг Ландау и Шубникова собралась группа талантливых молодых людей, увлеченных наукой. В Харькове проводились международные физические конференции, посещавшиеся крупными западными учеными. В годы пребывания ученого в Харькове этот город стал центром теоретической физики всего Советского Союза.
В этот период начала создаваться школа Ландау, появились первые ученики. Физик составил программу того, что должен знать будущий молодой научный работник, если хочет заниматься теоретической физикой, теоретический минимум. Программа действовала с 1933 года на протяжении тридцати лет. Сдача минимума не прекратилась и после ухода Ландау из научной жизни: экзамены продолжали принимать ученики Ландау, в дальнейшем сотрудники Института теоретической физики Российской Академии Наук его имени.
Лев Давидович с 1937 года до последнего дня своей жизни являлся сотрудником Института физических проблем. «Бегство» из Харькова не спасло Ландау от ареста: в ночь с 27 на 28 апреля 1938 года его арестовали по делу антисоветской организации «Московский комитет Антифашистской рабочей партии». Причиной ареста стало участие ученого в составлении текста листовки резкого антисталинского содержания. На следующее же утро, 28 апреля, Петр Капица написал письмо Иосифу Сталину, пытаясь защитить своего сотрудника.
На протяжении года Капица не прекращает усилий в попытках освободить Ландау. Осенью 1938 года Нильс Бор также пытается привлечь внимание Сталина к судьбе Ландау, что в итоге подействовало на руководство Советского Союза и великий физик 28 апреля 1939 года оказался освобожден из тюрьмы «под личное поручительство» Петра Капицы.
Указом Президиума Верховного Совета Советского Союза (с грифом «Секретно») от 4 января 1954 года за исключительные заслуги перед государством при выполнении специального задания Правительства Ландау Льву Давидовичу присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и золотой медали «Серп и Молот».
На Дмитровском шоссе из Москвы в Дубну 7 января 1962 года легковая машина, в которой ехал Ландау, столкнулась со встречным грузовиком. Никто, кроме ученого не пострадал, но сам он получил «травмы, несовместимые с жизнью». В борьбе за его жизнь медики объединились с физиками всего мира, которые стремились внести свой вклад в спасение жизни Ландау. Около ста московских физиков добровольно взяли на себя обязанности курьеров, водителей машин, посредников, снабженцев, секретарей, дежурных, наконец, носильщиков и чернорабочих. После аварии Ландау прожил шесть лет. Присутствовал на ученых советах, иногда, на семинарах.
В этом же году за пионерские исследования конденсированных сред, особенно жидкого гелия Лев Ландау удостоен Нобелевской премии по физике. По состоянию здоровья Ландау не мог отправиться в Стокгольм. Премия вручена ему в Москве послом Швеции в Советском Союзе.
Лев Давидович Ландау скончался 1 апреля 1968 года в Москве. Похоронен лауреат Нобелевской премии на Центральной аллее пятого участка Новодевичьего кладбища столицы.
Герой Социалистического Труда (4.01.1954)
Три ордена Ленина (29.10.1949, 4.01.1954, 19.01.1968)
Орден Трудового Красного Знамени (10.06.1945)
Орден «Знак Почета» (30.04.1943)
Лауреат Ленинской премии (1962)
Лауреат трех Сталинских премий (1946, 1949, 1953)
Лауреат Нобелевской премии 1962 года
Иностранный член
Королевской Академии наук Дании (1951)
Королевской академии наук Нидерландов (1956)
Германской академии наук «Леопольдина» (ГДР, 1964)
Американской академии наук и искусств в Бостоне (США, 1960)
Французского и Лондонского (1959) физических обществ
Оксфордского университета (Великобритания, 1959)
К теории спектров двухатомных молекул // Ztschr. Phys. 1926. Bd. 40. S. 621.
Замечания о квантовой статистике // Ztschr. Phys. 1927. Bd. 42. S. 562. (Совместно с Д. Д. Иваненко)
Проблема затухания в волновой механике // Ztschr. Phys. 1927. Bd. 45. S. 430.
Квантовая электродинамика в конфигурационном пространстве // Ztschr. Phys. 1930. Bd. 62. S. 188. (Совместно с Р. Пайерлсом)
Диамагнетизм металлов // Ztschr. Phys. 1930. Bd. 64. S. 629.
Распространение принципа неопределенности на релятивистскую квантовую теорию // Ztschr. Phys. 1931. Bd. 69. S. 56. (Совместно с Р. Пайерлсом).
К теории передачи энергии при столкновениях. I // Phys. Ztschr. Sow. 1932. Bd. 1. S. 88.
К теории передачи энергии при столкновениях. II // Phys. Ztschr. Sow. 1932. Bd. 2. S. 46.
К теории звезд // Phys. Ztschr. Sow. 1932. Bd. 1. S. 285.
О движении электронов в кристаллической решетке // Phys. Ztschr. Sow. 1933. Bd. 3. S. 664.
Второй закон термодинамики и Вселенная // Phys. Ztschr. Sow. 1933. Bd. 4. S. 114. (Совместно с М. П. Бронштейном).
Возможное объяснение зависимости восприимчивости от поля при низких температурах // Phys. Ztschr. Sow. 1933. Bd. 4. S. 675.
Внутренняя температура звезд // Nature. 1933. V. 132. P. 567. (Совместно с Г. А. Гамовым)
Структура несмещенной линии рассеяния // Phys. Ztschr. Sow. 1934. Bd. 5. S. 172. (Совместно с Г. Плачеком)
К теории торможения быстрых электронов излучением // Phys. Ztschr. Sow. 1934. Bd. 5. S. 761; ЖЭТФ. 1935. Т. 5. С. 255.
Об образовании электронов и позитронов при столкновении двух частиц // Phys. Ztschr. Sow. 1934. Bd. 6. S. 244. (Совместно с Е. М. Лифшицем)
К теории аномалий теплоемкости // Phys. Ztschr. Sow. 1935. Bd. 8. S. 113.
К теории дисперсии магнитной проницаемости ферромагнитных тел // Phys. Ztschr. Sow. 1935. Bd. 8. S. 153. (Совместно с Е. М. Лифшицем)
О релятивистских поправках к уравнению Шредингера в задаче многих тел // Phys. Ztschr. Sow. 1935. Bd. 8. S. 487.
К теории коэффициента аккомодации // Phys. Ztschr. Sow. 1935. Bd. 8. S. 489.
К теории фотоэлектродвижущей силы в полупроводниках // Phys. Ztschr. Sow. 1936. Bd. 9. S. 477. (Совместно с Е. М. Лифшицем)
К теории дисперсии звука // Phys. Ztschr. Sow. 1936. Bd. 10. S. 34. (Совместно с Э. Теллером)
К теории мономолекулярных реакций // Phys. Ztschr. Sow. 1936. Bd. 10. S. 67.
Нобелевские лауреаты: Лев Ландау
О том, как прямо из застенков НКВД физик отправился делать свою нобелевскую работу, о теории счастья и о том, кто на самом деле бывает ученым, рассказывает очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».
Сегодня – самая непростая, пожалуй, для автора глава проекта. Дело в том, что уж очень нестандартный герой у нас на этот раз. И практически невозможно составить к нему однозначное отношение.
Лев Давидович Ландау
Родился 9 (22) января 1908 года, Баку, Российская империя
Умер 1 апреля 1968 года, Москва, СССР
Нобелевская премия по физике 1962 года (единолично). Формулировка Нобелевского комитета: «За новаторские теории конденсированных сред, в особенности жидкого гелия (for his pioneering theories for condensed matter, especially liquid helium)».
Наш герой родился в Баку в семье двух неординарных евреев. Отец, Давид Львович Ландау, был инженером-нефтяником и нефтяником-ученым. Например, он был автором статьи «Способ тушения горящего нефтяного фонтана». Мать, Любовь Вениаминовна Гаркави, была ученым-фармакологом и токсикологом, автором статей о дигиталисе, об иммунитете жаб к собственному яду, а также учебника по экспериментальной фармакологии.
Семья Ландау. 1910 год
Младший ребенок в семье рано проявил свою гениальность. Дифференцировать он научился в 12, интергрировать в 13. Поступил в 14 в Бакинский университет, сразу на два факультета – на физмат и на химфак, в 16 за особые заслуги переведен в Ленинград, в 19 лет стал аспирантом в Ленинградском физтехе – и в том же возрасте сделал свои первые работы, которые заставили говорить о нем весь мир. В частности, Дау (наш герой терпеть не мог свое имя Лев) ввел понятие матрицы плотности, ставшее основополагающим в квантовой статистике.
В 1929 году, в возрасте 21 года, Ландау отправили от Наркомата просвещения в командировку в Германию для продолжения образования. Там он общался с Эйнштейном, Борном, Гейзенбергом, Вигнером, Дираком и учился у Бора, которого считал единственным своим учителем. Кроме того, он познакомился с Капицей, с которым потом будет работать. Под руководством Бора Ландау сделал важнейшую работу о диамагнетизме электронного газа, которая его прославила.
В 1930 году Ландау уже вел себя как звезда, давал интервью (правда, в основном, студенческим газетам), говоря иногда очень важные вещи, а иногда – откровенно эпатажные. Например, пассаж о гуманитарных науках: «…после революции на гуманитарные науки не обращали должного внимания, отдавая предпочтение техническим наукам. Это было абсолютно необходимо, но теперь – другое дело. Лично я считаю, что сейчас слишком много средств тратится на псевдонауки, как, например, историю литературы, историю искусства, философию и др. Но что же делать. Разве не главное то, что мы имеем возможность наслаждаться хорошей литературой и искусством. Литературные, историко-искусствоведческие и метафизические безделушки ни для кого не представляют ценности, кроме идиотов, занимающихся ими. Кто поверит, что науку можно построить только на словах».
В 1931 году Дау уже в статусе мировой знаменитости (в 23-то года!) вернулся в Ленинград. Еще до отъезда Ландау, мягко скажем, не ладил с руководителем ФТИ Абрамом Иоффе, постоянно отпускал в его сторону уничижительные реплики («вы не физик, вы талмудист» и тому подобное) – и как только пришло хорошее предложение с переездом в другую столицу, в тогдашний центр Украинской ССР, Харьков, он сразу же согласился возглавить теоретический отдел Украинского физико-технического института (УФТИ). Именно там была знаменитая школа Ландау, именно там сформировался знаменитый теорминимум Ландау из девяти экзаменов, сдавшие который считались учениками Дау (существовал даже официальный список сдавших). Именно там начался знаменитый Ландафшиц – «Курс теоретической физики» в 10 томах под авторством Ландау и второго из сдавших теорминимум – Евгения Михайловича Лифшица. Впрочем, и тут характер Дау дал себя знать – не поладив с одним из первых своих учеников, Леонидом Пятигорским, он вычеркнул его и из списков сдавших теорминимум (точнее – не включил позднее, когда составлял), и из соавторов первого тома Ландавшица, хотя Пятигорский написал большую его часть. «Отлучил от церкви».
В 1937 году Ландау переезжает в Москву – к отстроившему свой персональный институт Петру Леонидовичу Капице. Там уже вовсю шли работы по жидкому гелию, и хороший теоретик (а лучше – гениальный, как Дау) был очень нужен.
1938 год стал очень важным. 8 января 1938 года в Nature выходит статья Капицы «Вязкость жидкого гелия при температурах ниже лямбда-точки». В ней мир был извещен об открытии сверхтекучести гелия-4: способности жидкого гелия течь без вязкости. Благодаря этому жидкий гелий мог протекать сквозь любой капилляр, «выбираться» по стенкам сосуда, и при этом, если вращать ротор внутри сверхтекучего гелия, ротор встречал сопротивления, как будто бы вязкость есть. Нужно было объяснить наблюдаемое. Естественно, Капица поделился с сотрудником всеми данными еще до публикации. Однако с работой Ландау пришлось задержаться на год: в апреле 1938 года его арестовывают по обвинению в шпионаже в пользу Германии.
Фотографии из дела Ландау
Капица мгновенно начал борьбу за освобождение своего сотрудника: он не боялся писать Сталину лично.
В день ареста в Кремль уходит письмо:
Сегодня утром арестовали научного сотрудника Института Л. Д. Ландау. Несмотря на свои 29 лет, он вместе с Фоком — самые крупные физики-теоретики у нас в Союзе. Его работы по магнетизму и по квантовой теории часто цитируются как в нашей, так и в заграничной научной литературе. Только в прошлом году он опубликовал одну замечательную работу, где первый указал на новый источник энергии звездного лучеиспускания. Этой работой дается возможное решение: «почему энергия солнца и звезд не уменьшается заметно со временем и до сих пор не истощилась». Большое будущее этих идей Ландау признают Бор и другие ведущие ученые.
Нет сомнения, что утрата Ландау как ученого для нашего института, как и для советской, так и для мировой науки, не пройдет незаметно и будет сильно чувствоваться. Конечно, ученость и талантливость, как бы велики они ни были, не дают право человеку нарушать законы своей страны, и, если Ландау виноват, он должен ответить. Но я очень прошу Вас, ввиду его исключительной талантливости, дать соответствующие указания, чтобы к его делу отнеслись очень внимательно. Также, мне кажется, следует учесть характер Ландау, который, попросту говоря, скверный. Он задира и забияка, любит искать у других ошибки и когда находит их, в особенности у важных старцев, вроде наших академиков, то начинает непочтительно дразнить. Этим он нажил много врагов.
У нас в институте с ним было нелегко, хотя он поддавался уговорам и становился лучше. Я прощал ему выходки ввиду его исключительной даровитости. Но при всех своих недостатках в характере мне очень трудно поверить, что Ландау был способен на что-нибудь нечестное.
Ландау молод, ему представляется еще многое сделать в науке. Никто, как другой ученый, обо всем этом написать не может, поэтому я и пишу Вам».
Сталин не ответил, но Капица не унялся и подключил Бора, который тоже написал письмо Сталину с фразой «Я не могу представить себе, чтобы проф. Ландау, голова которого занята только мыслями о теоретической физике, мог совершить что-либо такое, что оправдывало бы его арест».
Но только через год после ареста еще одно письмо Капицы, на сей раз – к Берии, возымело действие:
«26 апреля 1939 года
Прошу освободить из-под ареста арестованного профессора физики Льва Давидовича Ландау под мое личное поручительство.
Ручаюсь перед НКВД в том, что Ландау не будет вести какой-либо контрреволюционной деятельности против советской власти в моем институте, и я приму все зависящие от меня меры к тому, чтобы он и вне института никакой контрреволюционной работы не вел. В случае, если я замечу со стороны Ландау какие-либо высказывания, направленные во вред советской власти, то немедленно сообщу об этом органам НКВД.
Удивительно, но Ландау вышел (уголовное дело против него формально будет прекращено только в 1990 году) и продолжил занятия по объяснению сверхтекучести.
Что сделал лауреат Нобелевской премии 1962 года по физике Лев Давидович Ландау?
Говорят, что когда заходила речь о незнакомом ему человеке, Ландау сразу спрашивал: «А что он сделал?». Не собирался, а уже сделал. А что же сделал в жизни он сам — академик Лев Давидович Ландау?
22 января 1908 года (100 лет назад) родился.
1920−1931 годы — Лев Давидович учится. Заканчивает физико-математический факультет Ленинградского государственного университета и аспирантуру. Стажируется в Германии, Англии, Швейцарии, Дании.
В 1926 опубликовал свою первую работу об интенсивности спектров двухатомных молекул. В 1927 впервые ввёл понятие матрицы плотности. В 1930 создал теорию электронного диамагнетизма металлов («диамагнетизм Ландау»), где им рассчитаны дискретные уровни электронов в магнитном поле («уровни Ландау») и предсказаны периодические изменения восприимчивости в зависимости от поля в сильных полях («эффект де Гааза — ван Альфена»).
В 1933 году предложил теорию антиферромагнетизма. В 1935 совместно с разработал теорию доменного строения ферромагнетиков и ферромагнитного резонанса.
В 1934 году Ландау была без защиты диссертации присвоена степень доктора физико-математических наук, а в 1935 году он стал профессором.
В 1936 году Ландау занялся физикой конденсированного состояния вещества и сформулировал общую теорию фазовых переходов второго рода. Вывел кинетическое уравнение для электронной плазмы.
В 1941—1943 годах Ландау с институтом находился в эвакуации в Казани, где продолжал работу по исследованию «квантовой жидкости» Бозе-типа (сверхтекучего гелия-2).
С 1942 по 1965 годы и создали курс теоретической физики в 10 томах, за который они получили Ленинскую премию в 1962 году. Мы, студенты-физики, учились по этим книгам.
В 1945 Ландау предложил теорию ударных волн на большом расстоянии от источника, а в 1946 теорию колебаний электронной плазмы и, в частности, определил их затухание («затухание Ландау»).
В 1956 году Лев Давидович ввел понятие комбинированной четности, а в 1957 — построил теорию двухкомпонентного нейтрино. В 1956—1958 годах Ландау сформулировал теорию для «квантовой жидкости» Ферми-типа (сверхтекучего гелия-3).
В 1962 году Лев Давидович Ландау попадает в тяжелую автомобильную аварию, после которой уже не может полноценно заниматься наукой.
Ландау присуждена Нобелевская премия по физике за 1962 год за «революционные теории в области физики конденсированного состояния, особенно жидкого гелия».
1 апреля 1968 Лев Давидович Ландау умер.
Здесь нашлось место только для краткого сухого перечня работ Ландау — так их много. Подробнее о его работах и жизни можно узнать из множества сайтов в Интернете. А новости приходят всё время. Одна из последних — снимается художественный фильм о жизни Ландау. В главной роли — Максим Галкин.
Иллюстрация взята из книги Я. Голованова «Этюды об ученых».
Лев Давидович Ландау и его вклад в науку
Легендарная фигура отечественной и мировой науки — академик Ландау — оставил след во всех передовых дисциплинах: квантовой механике, физике твердого тела, магнетизме, физике низких температур, космических лучей, гидродинамике, квантовой теории поля, физике атомного ядра, элементарных частиц и плазмы. Становится понятной метафора, которую посвятили Льву Давидовичу: «В огромном здании физики XX века для него не было запертых дверей».
Вообще, то время было удивительным. Передовой наукой правили, по расхожей шутке, из «детских садов» Англии, Германии, Дании, России, Швейцарии: Эйнштейн вместе с теорией относительности разработал квантовую теорию света в 26 лет, Вернер Гейзенберг создал вариант квантовой механики в 24, Нильс Бор построил квантовую модель атома в 28, Ландау присоединился к группе ученых в 22 года в звании «доктора из Ленинграда». На счету молодого ученого был десяток самостоятельных работ в области квантовой физики, первую из которых он написал в 18 лет.
Ландау любил повторять, что опоздал родиться. Его сожаления основывались на том факте, что развитие физики XX века было настолько стремительным, что, казалось, появись на свет немного раньше — все современные открытия были бы твоими.
«Как все красивые девушки уже разобраны, так все хорошие задачи уже решены», — сокрушался Ландау. Однако он немного лукавил: микро- и макромиры оставили достаточно непознанного на его долю.
Вся дальнейшая жизнь Льва Давидовича будет связана с новыми открытиями.
Формирование школы Ландау
Теоретическая физика, чем всю жизнь занимался Ландау, ставит задачей объяснение непонятных результатов экспериментов и пытается предсказать неизвестные свойства материи еще до того, как эксперимент будет проведен. Заслуга Льва Давидовича не только в том, что он стал главным генератором идей в этой области, но и в том, что оставил после себя уникальную русскую школу физиков-теоретиков, которая движет вперед современную фундаментальную науку.
Школа Ландау зародилась в середине 1930-х годов. Основатель ее не всегда оказывался старше учеников, поэтому так сложилось, что все были на «ты» между собой и с учителем, при этом дисциплина была одновременно строгой и демократичной. Вступить в ряды данного научного сообщества мог абсолютно каждый: от лаборанта до доктора наук — не звание играло роль. Главным пропуском стало доказательство своей уникальности, наличие которой проверялось с помощью экзамена по теорминимуму, как любил называть Ландау это испытание. Теорминимум включал девять экзаменов: два по математике, семь по различным разделам физики. Он был настоящим испытанием способностей, воли, трудолюбия и преданности науке. Сдавать теорминимум можно было не более трех раз. «Физика из вас не получится. Надо называть вещи своими именами. Было бы хуже, если бы я ввел вас в заблуждение», — так отвечал Лев Давидович несдавшему экзамен. Те, кто прошел все девять ступеней, становились учениками Ландау.
Собрание школы всегда проходило в четверг и представляло собой своеобразную научную лабораторию. Ландау лично не читал журналов по физике, это делали докладчики на семинарах — рассказывали содержание выбранных заранее статей и, пока на все заданные присутствующими по теме доклада вопросы не были получены исчерпывающие ответы, не имели права покинуть кафедру. На протяжении семинара происходил «отсев» передовой научной информации: если возникали интересные вопросы, которые требовали дальнейшего исследования, то они записывались в специальную тетрадь проблем. Впоследствии молодые физики черпали из нее задачи для серьезных научных исследований. Участники семинара могли прерывать докладчика, забрасывать его вопросами, требовать объяснений, открыто высказывать неодобрение. Поэтому для выступающего не было хуже ситуации, чем прийти неподготовленным. Хотя всякое случалось. В подобной ситуации докладчика лишали права голоса и «отлучали от церкви». Ландау также не отличался тактичностью: бескомпромиссное отношение к науке часто порождало в нем жесткость и непреклонность по отношению к провинившимся. Такой режим работы школы заставлял ее участников постоянно быть в отличной научной форме, учил критически мыслить, раскладывать по полочкам научную информацию — одним словом, понимать физику.
Темы, обсуждавшиеся на семинаре, были максимально широкими, касались абсолютно всех разделов физики: Ландау личным примером приучал учеников относиться ко всей области теоретической физики как к единому целому, воспринимать ее в комплексе, знать и понимать.
Такая всеобщность была принята не только на семинарах, она проявлялась во всех работах Ландау.
Особенности школы Ландау сильно отражались на постоянных участниках семинаров, да и самые характерные черты учителя — быстрая речь, схватывание на лету, уверенность в себе, категоричность в суждениях и оценках — наследовались учениками. За несколько месяцев до катастрофы ученый составил список из сорока трех человек, которые сдали полностью все экзамены теорминимума. К тому моменту многие из них уже имели вес в науке, у них были звания и степени, своих учеников… Поэтому если говорить о школе Ландау, то список физиков-теоретиков, которых он воспитал напрямую или косвенно, намного длиннее. У большинства из них были впоследствии собственные школы, а у их учеников — свои ученики. Таким образом наследие Ландау, методики и навыки, передавалось из поколения в поколение. Более того, некоторые видные физики-теоретики постоянно тесно сотрудничали с самим Ландау, а затем — и с его учениками и в итоге стали считать Льва Давидовича своим учителем, даже не сдав ему теорминимума.
Скрижали Ландау
Достижения в области теорфизики не ограничиваются теми десятью, что были нанесены на знаменитые мраморные скрижали, созданные специально к юбилею выдающегося физика. К этому десятку можно легко добавить еще столько же. Сложность лишь в том, что многие достижения Ландау, как и любые другие фундаментальные исследования, понятны лишь специалистам, что снижает осознание того, как важны они для современной науки.
В 1928 году Ландау ввел понятие матрицы плотности, которое в настоящее время широко используется в квантовой статистике и механике.
С его помощью удалось наиболее полно описать самые сложные системы. К слову сказать, современники Ландау говорили, что сам Лев Давидович считал это открытие самым выдающимся из всех. Однако тем более странным кажется факт, что даже в своем легендарном труде — цикле книг по теоретической физике, написанных совместно с Е. М. Лифшицем, — он уделил ему мало внимания и не оспаривал первенство открытия с венгро-американским математиком Джоном фон Нейманом. Забавное совпадение: математическая формула этого открытия, расположенная первой на левой скрижали, имеет техническую ошибку.
Талантливый физик создал квантовую теорию диамагнетизма (свойство вещества намагничиваться) электронного газа и рассчитал эту величину для свободных электронов в металлах. Теперь данное явление известно как «диамагнетизм Ландау».
До ученого были широко исследованы так называемые фазовые переходы первого рода, когда вещество из твердого тела переходит в жидкое, а затем — в газообразное (например, в системе «лед — вода — пар»). Однако не были известны переходы между двумя одинаковыми агрегатными состояниями (то есть существования одного и того же вещества в двух модификациях, но в одном агрегатном состоянии). Когда такие переходы были открыты (например, нормальный металл — сверхпроводящий металл, обычный гелий — сверхтекучий гелий), их назвали фазовыми переходами второго рода. Ландау показал, что при изменении температуры при переходе из одного такого состояния в другое скачкообразно изменяется лишь параметр, который не влияет на агрегатное состояние (симметрия тела), а другие параметры меняются плавно.
Вместе с этим он создал количественную теорию таких фазовых переходов.
К следующему важному достижению ученого следует отнести введение понятия полярона — электрона с крайним энергетическим состоянием.
Хотя поляроны пока не обнаружены экспериментально, идея о том, что элементарный заряд может быть расположен в определенном месте решетки кристалла, оказалась очень полезной. Так был открыт эффект расположения не самого электрона, а так называемой дырки (места, где должен быть расположен электрон, но его там нет, поэтому оно оказывается положительно заряженным). Такие дырки играют важную роль в процессах люминесценции, туннельных эффектах, запоминании информации в кристалле.
На счету Льва Давидовича также полуфеноменологическая теория сверхпроводимости, названная позже теорией Гинзбурга — Ландау. За нее в 2003 году Виталий Лазаревич Гинзбург получил Нобелевскую премию.
Более того, на ее основе были развиты другие работы в данной области, а авторы этих исследований также были отмечены Нобелевскими премиями. Отношение Ландау к этому открытию некоторые могут посчитать косвенным, однако именно его удивительно правильное предсказание обеспечило учению универсальность.
Гелий сверхтекучий
Самая блестящая работа Ландау — теория сверхтекучести гелия-2. Она позволила объяснить одно из самых загадочных физических явлений XX века, открытое Петром Леонидовичем Капицей, и создать абсолютно новый раздел теорфизики — физику квантовых жидкостей. Когда Лев Давидович принялся за разработку теории сверхтекучести, эксперименты Капицы с жидким гелием уже шли полным ходом. В процессе было обнаружено, что газообразный гелий переходит в жидкое состояние при охлаждении до температуры ниже 4,2 К (примерно –269 °С). Такое состояние назвали гелием-1. Далее наблюдаемый Капицей эффект выглядел фантастически. Охлаждение до температуры ниже 2,17 К переводило гелий в другое состояние (тоже жидкое), названное гелий-2 и демонстрирующее необычные свойства. Гелий-2 протекает сквозь мельчайшие отверстия так легко, словно у него отсутствует вязкость, он поднимается по стенке сосуда, как будто сила тяжести на него не действует, а теплопроводность его в таком состоянии на порядки превышает теплопроводность меди.
Однако в ходе опытов было установлено, что гелий-2 не обладает нулевой вязкостью.
Исследователи никак не могли объяснить этот эффект не только с точки зрения физики микрочастиц, но даже с позиции здравого смысла.
Ландау блестяще справился с этой задачей, построив квантовую теорию макросистемы. Это первый случай в истории, когда наблюдаемое невооруженным глазом явление было описано квантовыми методами, которые в то время применяли лишь к объектам микромира (атомам, электронам и др.). Предложенная теория сверх текучести стала основой для теории сверхпроводимости. Ландау принял факт перехода гелия в сверхтекучее состояние за фазовый переход второго рода (с сохранением агрегатного состояния, переход жидкости в жидкость, но с другими «внутренними» свойствами). Он рассмотрел новое состояние гелия не как жидкость, состоящую из отдельных атомов, а как квантовую систему, в которой невозможно различить отдельные атомы. При приближении к абсолютному нулю взаимодействие между такими атомами постепенно утрачивается (отсутствуют вязкость и трение). Вблизи абсолютного нуля (1,8 К) две формы гелия (гелий-1 и сверхтекучий гелий-2) сосуществуют, при этом сверхтекучий как бы растворен в нормальном. В таком состоянии при отсутствии трения у частиц гелия-2 общая вязкость очень мала.
Разработка термоядерной бомбы
«Надо употребить все силы, чтобы не войти в гущу атомных дел», — говорил физик. Однако он оказал, хотя и вынужденно, большую услугу Сталину и стране, приняв участие в Атомном проекте советского государства 1947–1953 годов.
Страна и ее руководитель не остались в долгу: услуги Ландау оценили в две Сталинские премии и Золотую Звезду Героя.
Многие знают о роли в атомном проекте Курчатова, в термоядерном — Сахарова, однако почти никто не может толком сказать о роли Ландау.
Несложно представить, какой это был огромный труд, так как даже упрощенные уравнения для атомной бомбы, полученные физиками-теоретиками, требовали для решения немало времени, в основном из-за того, что расчеты проводились почти полностью вручную. Вычислительное бюро того времени представляло собой отдел из 20–30 девушек с немецкими электрическими арифмометрами. Соответствие расчетов и результатов первых испытаний получилось очень высоким. По итогам работы участников проекта буквально осыпали наградами. Кроме скрупулезных расчетов внутренняя интуиция часто подсказывала Ландау правильное направление работы. При трудностях, возникавших в ходе реализации одного из вариантов водородной бомбы, именно позиция Ландау заставила отказаться от него, не топтаться на месте. Авторитет его был настолько высок, что если ученый думал, что проект не стоит разработки, то даже самые ярые защитники в итоге соглашались с ним.
Перед смертью Ландау сказал: «Я неплохо прожил жизнь. Мне всегда все удавалось».
Как и многое, что говорил Ландау, это звучит немного дерзко, но правдиво. Он был баловнем теоретической физики: еще на заре научной деятельности сожалел, что многое решено до него, но впоследствии сам открыл несоизмеримо больше. Ландау одним из первых советских физиков получил Нобелевскую премию и выпустил из стен своей научной школы целую плеяду отечественных ученых — Нобелевских лауреатов. Он был Учителем с большой буквы и воспитал таких же Учеников.
Краткая биография
Лев Давидович Ландау родился 9 (22) января 1908 года в городе Баку в семье инженера-нефтяника. С 1916-го учился в еврейской гимназии. В 14 лет поступил в Бакинский университет, где обучался одновременно на двух факультетах: физико-математическом и химическом. За особые успехи был переведен в Ленинградский университет. Окончив в 1927 году его физическое отделение, Ландау стал аспирантом и начал работать над магнитной теорией электрона и квантовой электродинамикой в Ленинградском физико-техническом институте. В 1926–1927 годах опубликовал первые работы по теоретической физике. Продолжил образование в 1929-м — отправился в научную командировку за рубеж, где работал с ведущими физиками-теоретиками, в том числе с Нильсом Бором.
В 1931-м вернулся в Ленинград, через год переехал в Харьков, где возглавил теоретический отдел Украинского физико-технического института. В 1934-м Академия наук СССР присуждает Ландау ученую степень доктора физико-математических наук без защиты диссертации, а через год — звание профессора. В 1935-м он создал серию учебников — исчерпывающий курс теорфизики. С 1937 года руководил аналогичным отделом Института физических проблем (ИФП) АН СССР в Москве. Однако весной 1938-го Ландау арестовали за антисоветскую агитацию. В тюрьме он провел год и был выпущен по просьбе видных ученых Бора и Капицы. После освобождения до самой смерти Лев Давидович был сотрудником ИФП. Летом 1941 года ИФП эвакуировали в Казань. Как и все остальные сотрудники, Ландау выполнял оборонные заказы: строил теории и производил расчеты процессов, определяющих боеспособность вооружения.
После войны в «Докладах Академии наук» опубликовал три статьи по детонации взрывчатых веществ. На протяжении следующих 15 лет занимался поиском решений самых разнообразных задач. Зимой 1962-го попал в автокатастрофу. В результате много численных переломов, кровоизлияния и травмы головы он находился в течение 59 дней в коме. Спасти ученого удалось, но он перестал заниматься научной деятельностью. Умер 1 апреля 1968 года.