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 ему было всего тринадцать лет. Родители сочли, что он слишком
молод для высшего учебного заведения, и послали его на год в Бакинский
экономический техникум.
В 1922 году Ландау поступил в Бакинский университет, где изучачал физику
и химию; через два года он перевелся на физический факультет
Ленинградского университета. Ко времени, когда ему исполнилось 19 лет
Ландау успел опубликовать четыре научные работы. В одной из них впервые
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 условиях 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 различных 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. |