|
ЛЕВ ДАВИДОВИЧ ЛАНДАУ
(1908—1968)
Лев Давидович Ландау родился 22 января 1908 года в семье Давида
Любови Ландау в Баку. Его отец был известным инженером-нефтяником,!
работавшим на местных нефтепромыслах, а мать — врачом. Она занималась физиологическими исследованиями. Старшая сестра Ландау стала
инженером-химиком.
«Вундеркиндом не был, — вспоминал о школьных годах ученый. —
Учась в школе, по сочинениям не получал отметок выше троек. Интересовался математикой. Все физики-теоретики приходят в науку от математики, и я не стал исключением. В двенадцать лет умел дифференцировать,
в тринадцать — интегрировать».
Лев Давидович поскромничал. Среднюю школу он окончил, когда ем
было всего тринадцать лет. Родители сочли, что он слишком молод дл
высшего учебного заведения, и послали его на год в Бакинский экономический техникум.
В 1922 году Ландау поступил в Бакинский университет, где изуча
физику и химию; через два года он перевелся на физический факульте
Ленинградского университета. Ко времени, когда ему исполнилось 19 лет|
Ландау успел опубликовать четыре научные работы. В одной из них впер-1
вые использовалась матрица плотности — ныне широко применяемое
математическое выражение для описания квантовых энергетических состояний.
По окончании университета в 1927 году Ландау поступил в аспирантуру Ленинградского физико-технического института, где он работал над
магнитной теорией электрона и квантовой электродинамикой.
Он с жадностью набрасывается на физическую литературу, читает еще
«горячие» работы по квантовой механике, переживающей в ту пору бурное свое рождение, все статьи, только-только выходящие из-под пера их
авторов — создателей физики микромира.
Ландау был в те годы вовсе не один и не в одиночку формировал свое
научное мировоззрение. Рядом с ним и на довольно близком уровне находились и другие молодые теоретики. Это была тесная компания, объединенная общими интересами. Тон в ней задавали трое: Ландау, Гамов и
Иваненко, потом к ним присоединился Бронштейн. Они себя называли
«джаз-бандой». Вот тогда-то Ландау и стал Дау; это имя он пронес через
всю жизнь. Так звали его все сколько-нибудь близкие ему люди, в том
числе и его ученики.
С 1929 по 1931 год Ландау находился в научной командировке в Германии, Швейцарии, Англии, Нидерландах и Дании. Там он встречался с
основоположниками новой тогда квантовой механики, в том числе с Вернером Гейзенбергом, Вольфгангом Паули. Большую часть срока Ландау
провел в Копенгагене у Нильса Бора. Институт Бора был подлинным
мировым центром теоретической физики, «физической Меккой», куда
съезжались теоретики со всех континентов. Там постоянно шла очень
напряженная коллективная работа. С тех лет навсегда, до конца жизни,
сохранилась его дружба с Бором и любовь к Бору. И каждая их встреча
станет праздником для Ландау.
Находясь за границей, Ландау провел важные исследования магнитных свойств свободных электронов и совместно с Рональдом Ф. Пайерлсом — по релятивистской квантовой механике Эти работы выдвинули
его в число ведущих физиков-теоретиков. Он научился обращаться со
сложными теоретическими системами, и это умение пригодилось ему
впоследствии, когда он приступил к исследованиям по физике низких
температур.
В 1931 году Ландау возвратился в Ленинград, но вскоре переехал в
Харьков, бывший тогда столицей Украины. Там Ландау становится руководителем теоретического отдела Украинского физико-технического института. Одновременно он заведует кафедрами теоретической физики в
Харьковском инженерно-механическом институте и в Харьковском университете. Академия наук СССР присудила ему в 1934 году ученую степень доктора физико-математических наук без защиты диссертации, а в
следующем году он получает звание профессора. В Харькове Ландау публикует работы на такие различные темы, как происхождение энергии звезд,
дисперсия звука, передача энергии при столкновениях, рассеяние света,
магнитные свойства материалов, сверхпроводимость, фазовые переходы
веществ из одной формы в другую и движение потоков электрически заряженных частиц. Это создает ему репутацию необычайно разностороннего теоретика.
Работы Ландау по электрически взаимодействующим частицам оказались полезными впоследствии, когда возникла физика плазмы — горячих, электрически заряженных газов. Заимствуя понятия из термодинамики, он высказал немало новаторских идей относительно низкотемпературных систем. Работы Ландау объединяет одна характерная черта — виртуозное применение математического аппарата для решения сложных задач. Ландау внес большой вклад в квантовую теорию и в исследования
природы и взаимодействия элементарных частиц.
Необычайно широкий диапазон его исследований, охватывающих почти
все области теоретической физики, привлек в Харьков многих высокоодаренных студентов и молодых ученых, в том числе Евгения Михайловича
Лифшица, ставшего не только ближайшим сотрудником Ландау, но и его
другом. Выросшая вокруг Ландау школа превратила Харьков в ведущий
центр советской теоретической физики. Поразительно: строго научная
школа зародилась в середине 30-х годов, когда ее основателю не исполнилось еще тридцати, и он часто оказывался одного возраста со своими последователями. Оттого в этой школе все были друг с другом, а многие и с
учителем на «ты».
Школа Ландау была, наверное, самым демократическим сообществом
в российской науке. Вступить в нее мог кто угодно — от доктора наук до
школьника, от профессора до лаборанта. Единственное, что требовалось
от претендента: успешно сдать самому мэтру или его доверенному сотруднику то, что называлось ТЕОРМИНИМУМ ЛАНДАУ.
Сдача теорминимума Ландау была сродни испытаниям альпинистов
при восхождении на «восьмитысячник». Евгений Лившиц рассказывал,
что начиная с 1934 года Ландау сам стал вести поименный список выдержавших это испытание. К январю 1962 года этот гроссмейстерский список включал лишь сорок три имени. Но зато десять из этих имен уже
принадлежали академикам и двадцать шесть — докторам наук!
В помощь своим ученикам Ландау в 1935 году создал исчерпывающий
курс теоретической физики, опубликованный им и Лифшицем в виде серии учебников, содержание которых авторы пересматривали и обновляли
в течение последующих двадцати лет. Эти учебники, переведенные на
многие языки, во всем мире заслуженно считаются классическими.
Но жил Ландау и его товарищи не одной работой. В свободное время
играли в теннис, сочиняли песенки, ставили спектакли, устраивали костюмированные вечера, вообще всячески веселились. Как и в Ленинграде,
молодежь наделяла друг друга прозвищами. Ландау называли «Тощий Лев»
(потом он стал говорить о себе, что у него не телосложение, а теловычитание). При этом была у него какая-то своеобразная грация. И даже ловкость. Неплохо, хотя и смешно, не по правилам держа ракетку, играл он в
теннис.
С Харькова начались перемены и в личной судьбе Ландау. Он познакомился с Конкордией Дробанцевой, абсолютная красота которой покорила его с первого взгляда, и влюбился в нее. В 1937 году, спустя несколько лет. Кора Дробанцева, инженер-технолог кондитерской фабрики, переехала в Москву и стала женой Ландау. В 1946 году у них родился сын
Игорь, работавший впоследствии физиком-эспериментатором в том же
Институте физических проблем, в котором так много сделал его отец.
Ландау презирал тех, кто задался целью непременно перевернуть науку и возвеличиться в ней, равно как и всяких карьеристов и конъюнктурщиков от науки. Дау был удивительно чистый человек, рассказывает
О.Н. Трапезникова. Поэтому многое в его поведении нельзя мерить обычными мерками. Он боролся с «зубрами», ненавидел «гнусов». В то же
время, вспоминает Трапезникова, на ее вопрос, какое качество он больше всего ценит в людях, Ландау, не колеблясь, ответил: «Доброту».
Конфликты, в которые вступал Ландау, некоторые его друзья и ученики, стали оборачиваться крупными неприятностями, дело приобретало
нешуточный оборот. В конце концов, встал вопрос о переезде в другой
город.
В 1937 году Ландау по приглашению Петра Капицы возглавил отдел
теоретической физики во вновь созданном Институте физических проблем в Москве. Но на следующий год Ландау был арестован по ложному
обвинению в шпионаже в пользу Германии. Только вмешательство Капицы, обратившегося непосредственно в Кремль, позволило добиться освобождения Ландау.
Когда Ландау переехал из Харькова в Москву, эксперименты Капицы
с жидким гелием шли полным ходом. Газообразный гелий переходит в
жидкое состояние при охлаждении до температуры ниже 4,2 К (в градусах
Кельвина измеряется абсолютная температура, отсчитываемая от абсолютного нуля, или от температуры минус 273,18°С). В этом состоянии
гелий называется гелием-1. При охлаждении до температуры ниже 2,17 К
гелий переходит в жидкость, называемую гелием-2 и обладающую необычными свойствами. Гелий-2 протекает сквозь мельчайшие отверстия с
такой легкостью, как будто у него полностью отсутствует вязкость. Он
поднимается по стенке сосуда, как будто на него не действует сила тяжести, и обладает теплопроводностью, в сотни раз превышающей теплопроводность меди. Капица назвал гелий-2 сверхтекучей жидкостью.
Но при проверке стандартными методами, например измерением сопротивления крутильным колебаниям диска с заданной частотой, выяснилось, что гелий-2 не обладает нулевой вязкостью. Ученые высказали
предположение о том, что необычное поведение гелия-2 обусловлено эффектами, относящимися к области квантовой теории, а не классической
физики, которые проявляются только при низких температурах и обычно
наблюдаются в твердых телах, так как большинство веществ при этих ус
ловиях замерзают. Гелий является исключением — если его не подвергать
очень высокому давлению, остается жидким вплоть до абсолютного нуля.
В 1938 году Ласло Тисса предположил, что жидкий гелий в действительности представляет собой смесь двух форм: гелия-1 (нормальной жидкости) и гелия-2 (сверхтекучей жидкости). Когда температура падает почти
до абсолютного нуля, доминирующей компонентой становится гелий-2.
Эта гипотеза позволила объяснить, почему при разных условиях наблюдается различная вязкость.
Ландау объяснил сверхтекучесть, используя принципиально новый
математический аппарат. В то время как другие исследователи применяли
квантовую механику к поведению отдельных атомов, он рассмотрел квантовые состояния объема жидкости почти так же, как если бы та была
твердым телом. Ландау выдвинул гипотезу о существовании двух компонент движения, или возбуждения: фононов, описывающих относительно
нормальное прямолинейное распространение звуковых волн при малых
значениях импульса и энергии, и ротонов, описывающих вращательное
движение, т. е более сложное проявление возбуждений при более высоких значениях импульса и энергии.
Наблюдаемые явления обусловлены вкладами фононов и ротонов и их
взаимодействием Жидкий гелий, утверждал Ландау, можно рассматривать как «нормальную» компоненту, погруженную в сверхтекучий «фон»
В эксперименте по истечению жидкого гелия через узкую щель сверхтекучая компонента течет, в то время как фононы и ротоны сталкиваются со
стенками, которые удерживают их. В эксперименте с крутильными колебаниями диска сверхтекучая компонента оказывает пренебрежимо слабое
воздействие, тогда как фононы и ротоны сталкиваются с диском и замедляют его движение. Отношение концентраций нормальной и сверхтекучей компонент зависит от температуры. Ротоны доминируют при температуре выше 1 К, фононы — ниже 0,6 К.
Теория Ландау и ее последующие усовершенствования позволили не
только объяснить наблюдаемые явления, но и предсказать другие необычные явления, например, распространение двух различных волн, называемых первым и вторым звуком и обладающих различными свойствами
Первый звук — это обычные звуковые волны, второй — температурная
волна. Теория Ландау помогла существенно продвинуться в понимании
природы сверхпроводимости.
Летом 1941 года институт эвакуировался в Казань. Там, как и остальные сотрудники, Ландау отдавал силы, прежде всего, оборонным заданиям. Он строил теории и производил расчеты процессов, определяющих
боеспособность вооружения. В 1945 году, когда война закончилась, в «Докладах Академии наук» появились три статьи Ландау, посвященные детонации взрывчатых веществ.
После окончания войны и до 1962 года он работал над решением раз
личных задач, в том числе изучал редкий изотоп гелия с атомной массой
3 (вместо обычной массы 4), и предсказал для него существование нового
типа распространения волн, который был назван им «нулевым звуком».
Заметим, что скорость второго звука в смеси двух изотопов при температуре абсолютного нуля стремится к нулю. Ландау принимал участие и в
создании атомной бомбы в Советском Союзе.
Как-то в пятидесятые годы член-корреспондент Артемий Алиханьян
рассказал почти неправдоподобную историю про Дау. Навещая его, он
посетовал, что на арагапской станции космических лучей ему с сотрудниками никак не удается получить согласную с опытом одну энергетическую
формулу, весьма важную для космики. Задав два-три вопроса, Ландау сказал: «Ты тут поиграй с моим Гариком, а я поднимусь на минутку к себе...»
Он вернулся через четверть часа... На листе, исчерченном по-детски ясными каракулями, была выведена желанная формула!..
Интенсивность напряженной и плодотворной работы Ландау нисколько
не ослабевала до самого рокового дня. 7 января 1962 года на шоссе по
дороге в Дубну произошла автомобильная катастрофа... Никто не был
виноват. Сквернейшая погода. Гололедица. Девочка перебегала дорогу.
Резко затормозившую легковую машину круто занесло. Удар встречного
грузовика пришелся сбоку, и всю его силу испытал сидевший у дверцы
пассажир. Первое воскресное утро нового года ознаменовалось для русской и мировой науки трагическим событием. Физики перезванивались,
ошеломленные слухами о несчастье с академиком Ландау. Все проверяли
достоверность случившегося. Для всех абсурдно звучало краткое: «Дау без
сознания!»
Он был воплощенным сознанием. Творящим сознанием. Но свершилось чудо — Ландау выжил! И это чудо сотворили вместе с врачами физики. Летчики международной авиации включились в эстафету передачи в
Москву «г-ну Ландау» необходимых срочно препаратов. Лекарства летели
из Америки, Англии, Бельгии, Франции, Чехословакии. Академики Николай Семенов и Владимир Экогельгардт в первое же злосчастное воскресенье, 7 января, синтезировали и стерилизовали вещество против отека
мозга. Готовая ампула из Ленинграда их опередила. Но каков был деятельный порыв двух семидесятилетних коллег пострадавшего!
В течение шести недель он оставался без сознания и почти три месяца
не узнавал даже своих близких. По состоянию здоровья Ландау не мог
отправиться в Стокгольм для получения Нобелевской премии 1962 года,
которой он был удостоен «за основополагающие теории конденсированной материи, в особенности жидкого гелия». Премия была вручена ему в
Москве послом Швеции в Советском Союзе. Ландау прожил еще шесть
лет, но слишком много было тяжелейших травм и повреждений. Жестокие боли долго и почти постоянно мучали Ландау. И к занятиям наукой
он вернуться не смог.
Ландау сказал перед смертью: «Я неплохо прожил жизнь. Мне всегда
все удавалось». Лев Давидович умер 1 апреля 1968 года.
Помимо Нобелевской и Ленинской премий Ландау были присуждены
три Государственные премии СССР. Ему было присвоено звание Героя
Социалистического Труда. В 1946 году он был избран в Академию наук
СССР. Своим членом его избрали академии наук Дании, Нидерландов и
США, Американская академия наук и искусств, Французское физическое
общество. Лондонское физическое общество и Лондонское королевское
общество. Ему присуждались медаль имени Макса Планка, премия имени
Фрица Лондона.
|
