Лев Ландау

Фотографія Лев Ландау (photo Lev Landau)

Lev Landau

  • День народження: 22.01.1908 року
  • Вік: 60 років
  • Місце народження: Баку, Азербайджан
  • Дата смерті: 01.04.1968 року
  • Громадянство: Росія

Біографія

Радянський фізик Лев Давидович Ландау народився в сім’ї Давида та Любові Ландау в Баку.

Його батько був відомим інженером-нафтовиком, які працювали на місцевих нафтопромислах, а мати – лікарем. Вона займалася фізіологічними дослідженнями. Старша сестра Л. стала інженером-хіміком. Хоча вчився Л. в середній школі і блискуче закінчив її, коли йому було тринадцять років, батьки вважають, що він занадто молодий для вищого навчального закладу, і послали його на рік в Бакинський економічний технікум. У 1922 р. Л. вступив в Бакинський університет, де вивчав фізику і хімію; через два роки він перевівся на фізичний факультет Ленінградського університету. До часу, коли йому виповнилося 19 років, Л. встиг опублікувати чотири наукові роботи. В одній з них вперше використовувалася матриця щільності – нині широко застосовується математичний вираз для опису квантових енергетичних станів. По закінченні університету в 1927 р. Л. вступив до аспірантури Ленінградського фізико-технічного інституту, де він працював над магнітною теорією електрона і квантової електродинаміки.

З 1929 по 1931 р. Л. перебував у науковому відрядженні у Німеччині, Швейцарії, Англії, Нідерландах і Данії. Там він зустрічався з основоположниками нової тоді квантової механіки, у тому числі з Вернером Гейзенбергом, Вольфгангом Паулі і Нільсом Бором. На все життя Л. зберіг дружні почуття до Нільса Бора, що справила на нього особливо сильний вплив. Перебуваючи за кордоном, Л. провів важливі дослідження магнітних властивостей вільних електронів і спільно з Рональдом Ф. Пайерлсом – з релятивістської квантової механіки. Ці роботи висунули його в число провідних фізиків-теоретиків. Він навчився поводитися зі складними теоретичними системами, і це вміння придалося йому згодом, коли він приступив до досліджень по фізиці низьких температур.

У 1931 р. Л. повернувся в Ленінград, але незабаром переїхав до Харкова, що був тоді столицею України. Там Л. стає керівником теоретичного відділу Українського фізико-технічного інституту. Одночасно він завідує кафедрами теоретичної фізики в Харківському інженерно-механічному інституті та Харківському університеті. Академія наук СРСР присудила йому в 1934 р. вчений ступінь доктора фізико-математичних наук без захисту дисертації, а в наступному році він отримує звання професора. У Харкові Л. публікує роботи на такі різноманітні теми, як походження енергії зірок, дисперсія звуку, передача енергії при зіткненнях, розсіяння світла, магнітні властивості матеріалів, надпровідність, фазові переходи речовин із однієї форми в іншу і рух потоків електрично заряджених частинок. Це створює йому репутацію надзвичайно різнобічного теоретика. Роботи Л. за електрично взаємодіючим часткам виявилися корисними згодом, коли виникла фізика плазми – гарячих, електрично заряджених газів. Запозичуючи поняття з термодинаміки, він висловив чимало новаторських ідей щодо низькотемпературних систем. Роботи Л. об’єднує одна характерна риса – віртуозне застосування математичного апарату для вирішення складних завдань. Л. вніс великий внесок у квантову теорію і дослідження природи і взаємодії елементарних частинок.

Надзвичайно широкий діапазон його досліджень, які охоплюють майже всі галузі теоретичної фізики, залучив Харків багатьох високообдарованих студентів і молодих учених, у тому числі Євгена Михайловича Ліфшиця, який став не тільки найближчим співробітником Л., але і його особистим другом. Виросла навколо Л. школа перетворила Харків у провідний центр радянської теоретичної фізики. Переконаний в необхідності ґрунтовної підготовки теоретика у всіх областях фізики, Л. розробив жорстку програму підготовки, яку він назвав «теоретичним мінімумом». Вимоги, що пред’являються до претендентів на право брати участь у роботі керованого ним семінару, були настільки високі, що за тридцять років, незважаючи на невичерпний потік охочих, іспити з «теорминимуму» здало лише сорок чоловік. Тим, хто подолав іспити, Л. щедро приділяв свій час, надавав їм свободу у виборі предмета дослідження. Зі своїми учнями і близькими співробітниками, які з любов’ю називали його Дау, він підтримував дружні стосунки. На допомогу своїм учням Л. у 1935 р. створив вичерпний курс теоретичної фізики, опублікований ним і Є. М. Ліфшицем у вигляді серії підручників, зміст яких автори переглядали і оновлювали протягом наступних двадцяти років. Ці підручники, перекладені на багато мов, у всьому світі заслужено вважаються класичними. За створення цього курсу автори в 1962 р. були удостоєні Ленінської премії.

У 1937 р. Л. на запрошення Петра Капіци очолив відділ теоретичної фізики в новоствореному Інституті фізичних проблем в Москві. Але на наступний рік Л. був заарештований за безпідставним звинуваченням у шпигунстві на користь Німеччини. Тільки втручання Капіци, який звернувся безпосередньо в Кремль, дозволило добитися звільнення Л.

Коли К. переїхав з Харкова до Москви, експерименти Капіци з рідким гелієм йшли повним ходом. Газоподібний гелій переходить у рідкий стан при охолодженні до температури нижче 4,2 К (в градусах Кельвіна вимірюється абсолютна температура, яка вимірюється від абсолютного нуля, або від температури – 273,18°С). У цьому стані гелій називається гелієм-1. При охолодженні до температури нижче 2,17 До гелій переходить у рідину, звану гелієм-2 і володіє незвичайними властивостями. Гелій-2 протікає крізь дрібні отвори з такою легкістю, як ніби у нього повністю відсутня в’язкість.Він піднімається по стінці судини, ніби на нього не діє сила тяжіння, і володіє теплопровідністю, у сотні разів перевищує теплопровідність міді. Капіца назвав гелій-2 надтекучою рідиною. Але при перевірці стандартними методами, наприклад вимірюванням опору крутильним коливань диска з заданою частотою, з’ясувалося, що гелій-2 не має нульовий в’язкістю. Вчені висловили припущення про те, що незвичайна поведінка гелію-2 зумовлена ефектами, що відносяться до галузі квантової теорії, а не класичної фізики, які проявляються тільки при низьких температурах і зазвичай спостерігаються в твердих тілах, так як більшість речовин при цих умовах замерзають. Гелій є винятком – якщо його не піддавати дуже високому тиску, залишається рідким аж до абсолютного нуля. У 1938 р. Ласло Тиса припустив, що рідкий гелій в дійсності являє собою суміш двох форм: гелію-1 (нормальної рідини) і гелію-2 (надтекучою рідини). Коли температура падає майже до абсолютного нуля, домінуючою компонентою стає гелій-2. Ця гіпотеза дозволила пояснити, чому при різних умовах спостерігається різна в’язкість.

Л. пояснив надплинність, використовуючи принципово новий математичний апарат. У той час як інші дослідники застосовували квантову механіку до поведінки окремих атомів, він розглянув квантові стани об’єму рідини майже так само, як якщо б та була твердим тілом. Л. висунув гіпотезу про існування двох компонент руху, або порушення: фононів, що описують відносно нормальне прямолінійне поширення звукових хвиль при малих значеннях імпульсу і енергії, і ротонов, що описують обертальний рух, тобто більш складне прояв збуджень при більш високих значеннях імпульсу і енергії. Спостережувані явища обумовлені вкладами фононів і ротонов і їх взаємодією. Рідкий гелій, стверджував Л., можна розглядати як «нормальну» компоненту, занурену в надтекучий «фон». В експерименті по закінченню рідкого гелію через вузьку щілину сверхтекучая компонента тече, в той час як фонони і ротоны стикаються зі стінками, які утримують їх. В експерименті з крутильными коливаннями диска сверхтекучая компонента має дуже слабкий вплив, тоді як фонони і ротоны стикаються з диском і уповільнюють його рух. Відношення концентрацій нормальної надтекучою компонент залежить від температури. Ротоны домінують при температурі вище 1К, фонони – нижче 0,6 К.

Теорія Л. та її подальші удосконалення дозволили не тільки пояснити спостережувані явища, але і передбачити інші незвичайні явища, наприклад поширення двох різних хвиль, званих першим і другим звуком і володіють різними властивостями. Перший звук – це звичайні звукові хвилі, другий – температурна хвиля. Теорія Л. допомогла суттєво просунутися в розумінні природи надпровідності..

Під час другої світової війни Л. займався дослідженням горіння і вибухів, особливо ударних хвиль на великих відстанях від джерела. Після закінчення війни і до 1962 р. він працював над вирішенням різних завдань, у тому числі вивчав рідкий ізотоп гелію з атомною масою 3 (замість звичайної маси 4), і передбачив для нього існування нового типу розповсюдження хвиль, який був названий ним «нульовим звуком». Зауважимо, що швидкість другого звуку в суміші двох ізотопів при температурі абсолютного нуля прагне до нуля. Л. брав участь у створенні атомної бомби в Радянському Союзі.

Незадовго до того, як йому виповнилося п’ятдесят чотири роки, К. потрапив в автокатастрофу і отримав важкі ушкодження. Лікарі з Канади, Франції, Чехословаччини та Радянського Союзу боролися за його життя. Протягом шести тижнів він залишався без свідомості і майже три місяці не впізнавав навіть своїх близьких. За станом здоров’я Л. не міг вирушити в Стокгольм для отримання Нобелівської премії 1962 р., якої він був удостоєний «за основоположні теорії конденсованої матерії, особливо рідкого гелію». Премія була вручена йому в Москві послом Швеції в Радянському Союзі. Л. прожив ще шість років, але так і не зміг повернутися до роботи. Він помер у Москві від ускладнень, що виникли від отриманих травм.

У 1937 р. К. одружився на Конкордії Дробанцевою, інженера-технолога харчової промисловості з Харкова. У них народився син, який працював згодом фізиком-експериментатором в тому ж Інституті фізичних проблем, який так багато зробив його батько. Л. не терпів пихатості, і його гострий, часто дотепна критика іноді створювала враження про нього як про людину холодному і навіть неприємний. Але П. Капіца, добре знав Л., відгукувався про нього як про «людину дуже добру та чуйну, завжди готовий прийти на допомогу несправедливо скривдженим людям». Після смерті К. Е. М. Ліфшиц зауважив одного разу, що Л. «завжди прагнув спростити складні питання і показати як можна більш ясно фундаментальну простоту, притаманну основним явищ, описуваних законами природи. Особливо він пишався, коли йому вдавалося, як він казав, «тривиализовать» завдання»

Крім Нобелівської та Ленінської премій Л. було присуджено три Державні премії СРСР. Йому було присвоєно звання Героя Соціалістичної Праці. У 1946 р. він був обраний в Академію наук СРСР. Своїм членом його обрали академії наук Данії, Нідерландів і США, Американська академія наук і мистецтв. Французьке фізичне товариство, Лондонського фізичного товариства і Лондонське королівське товариство.