100 великих нобелевских лауреатов - Мусский Сергей Анатольевич - Страница 82

Лев Давидович Ландау родился 22 января 1908 года в семье Давида и 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.

В двенадцать лет Лев изучил дифференциальное и интегральное исчисление. 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, причем сразу на два факультета – физико-математический и химический.

В шестнадцать лет Лев переехал в Ленинград и поступил на физическое отделение Ленинградского университета.

«Здесь мне пришлось сделать выбор: я стал заниматься физикой, о чем до сих пор не жалею», – говорил позднее ученый.

«Первый ленинградский период» жизни Ландау длился около пяти лет – до его полуторагодичной командировки за границу.

К девятнадцати годам Ландау успел опубликовать четыре научные работы. В одной из них впервые использовалась матрица плотности – ныне широко применяемое математическое выражение для описания квантовых энергетических состояний.

Режим и образ жизни студентов были весьма вольными: «На лекции в университет ходил два раза в неделю, чтобы встретиться с друзьями и посмотреть, что там делают. Но самостоятельно я занимался очень много. Так много, что по ночам мне начинали сниться формулы».

«Чистый теоретик» прорезался в Ландау очень рано, а вот эксперимент ему не давался. Товарищи его разводили руками, не представляя, как помочь. Потом сообща отправились к декану и говорят:

– Что делать? Есть у нас такой гениальный юноша, но сдать третью лабораторную никак не может.

– Пусть он тогда вместо этого сдаст два математических курса за математический факультет, – решил декан.

Не прошло и двух недель, как оба курса были сданы. По окончании университета в 1927 году Ландау поступил в аспирантуру Ленинградского физико-технического института, где он работал над магнитной теорией электрона и квантовой электродинамикой.

Лев входил в компанию молодых физиков-теоретиков, где тон задавали кроме него Гамов и Иваненко, потом к ним присоединился Бронштейн. Они себя называли «джаз-бандой». Вот тогда-то Ландау и стал «Дау». 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 Гейзенбергом и Паули. Большую часть срока Ландау провел в Копенгагене у Нильса Бора. С тех лет навсегда, до конца жизни, сохранилась его дружба с Бором и любовь к Бору.

Находясь за границей, Ландау провел важные исследования магнитных свойств свободных электронов и совместно с Р.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 стал руководителем теоретического отдела Украинского физико-технического института. Одновременно он заведовал 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 получил звание профессора. В Харькове Ландау опубликовал 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 создало ему репутацию необычайно разностороннего теоретика.

Необычайно широкий диапазон его исследований, охватывающих почти все области теоретической физики, привлек в Харьков многих высокоодаренных студентов и молодых ученых, в том числе Евгения Лифшица, ставшего не только ближайшим сотрудником Ландау, но и его другом. Выросшая вокруг Ландау школа превратила Харьков в ведущий центр советской теоретической физики.

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 они играли в теннис, сочиняли песенки, ставили спектакли, устраивали костюмированные вечера, вообще всячески веселились. Ландау познакомился с Конкордией Дробанцевой, абсолютная красота которой покорила его с первого взгляда, и он 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-экспериментатором в том же Институте физических проблем, в котором так много сделал его отец.

В 1937 году Ландау по приглашению 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.

Ученый вспоминал: «По нелепому доносу я был арестован. Меня обвиняли в том, что я немецкий шпион. Год я провел в тюрьме, и было ясно, что даже еще на полгода меня не хватит: я просто умирал. Капица поехал в Кремль и заявил, что он требует моего освобождения, а в противном случае будет вынужден оставить институт. Меня освободили. Вряд ли надо говорить, что для подобного поступка в те годы требовались немалое мужество, большая человечность и кристальная честность».

Как пишет М.И. Каганов: «Внешняя сторона жизни Ландау после ареста вполне благополучна, если исключить то, что Ландау был «невыездным»: его лишили возможности свободного общения с иностранными коллегами, он не участвовал в международных конференциях, если они проходили не на территории СССР. Как стало известно в последние годы, на протяжении многих лет за Ландау велось негласное наблюдение (в частности, его разговоры с сотрудниками и друзьями прослушивались)».

Одной из наиболее замечательных работ Ландау является созданная им в 1941 году теория сверхтекучести гелия-2. Явление сверхтекучести гелия было открыто в 1937 году Капицей, который обнаружил, что ниже 2,18°K жидкий гелий переходит в новую модификацию, названную гелием-2, и обладает рядом удивительных особенностей.

Как писал академик А.А. Абрикосов: «Теория Л.Д. Ландау сразу дала полную картину всех известных к тому времени свойств гелия-2 и предсказала ряд совершенно новых явлений. В основе этой теории лежит представление о возбужденном состоянии квантовой системы как совокупности квазичастиц с определенным энергетическим спектром. Сперва Ландау предполагал, что спектр состоит из двух ветвей: «фононов» – с линейной зависимостью энергии от импульса и «ротонов» – с квадратичной зависимостью. При этом считалось, что фотонный спектр отделен от основного состояния энергетической щелью. Впоследствии (1947) Ландау пришел к выводу, что в действительности имеется лишь одна ветвь энергетического спектра.

С помощью энергетического спектра была найдена температурная зависимость теплоемкости гелия-2, которая оказалась в прекрасном согласии с экспериментом. Ландау показал далее, как из свойств спектра следует сверхтекучесть. Оказалось, что при скоростях, меньших некоторой критической, гелий свободно протекает по капилляру и появление в нем новых возбуждений энергетически невыгодно.

Изучая движение гелия при температурах выше 0°K, Ландау пришел к выводу, что гелий совершает два движения: нормальное и сверхтекучее, с каждым из которых связана своя эффективная масса. Ландау нашел основные уравнения гидродинамики такой жидкости и пришел к выводу, что в ряде задач гелий-2 эквивалентен смеси двух жидкостей: нормальной (вязкой) и сверхтекучей (идеальной), движущихся с различными скоростями, но без взаимного трения. Была вычислена эффективная плотность нормальной жидкости как функция температуры.