Кто такой ландау и чем он прославился
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.
Лев Ландау
Биография
Лев Ландау (для друзей просто Дау) — гениальный советский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии, входит в число выдающихся личностей XX века. Его интересовало все — от строения атомного ядра до воспитания детей. Ландау оставил после себя множество достижений — это и многотомные научные труды по физике, и сотни метких афоризмов, и знаменитая теория счастья. Он критиковал советскую систему за отсутствие свободы и при этом крепил оборонный щит государства.
Детство и юность
Лев Давидович Ландау родился 22 января 1908 года в Баку, здесь же прошло его детство. В начале ХХ века город стремительно развивался, тут добывали и перерабатывали нефть, сюда вкладывали капитал потомки Нобеля и Ротшильда. Среди прочих трудовых мигрантов перебрались из Могилева и родители будущего физика.
Давид Львович Ландау занимал должность инженера-нефтяника в Каспийско-Черноморской акционерной компании и занимался научно-прикладной работой по специальности, печатался в научных журналах.
Любовь Вениаминовна Гаркави-Ландау (урожденная Блюма-Цирл Гаркави) окончила Женский медицинский институт в Петербурге. Несмотря на замужество и рождение детей (у Льва была старшая сестра Софья), работала врачом, преподавала и изучала фармакологию, занималась общественной деятельностью.
Лев Давидович Ландау, 1950-е года
Родители были евреями по национальности, поэтому уже в 8-летнем возрасте определили сына в Еврейскую гимназию, где мама вела естествознание. В Баку, наименее антисемитском городе дореволюционной России, было такое учебное заведение. Аттестат зрелости одаренный мальчик получил в 12 лет, после чего 2 года посвятил учебе в Бакинском экономическом техникуме.
К 14 годам подросток не успел определиться с выбором между математикой и химией, поэтому поступил сразу на два факультета университета. В эти годы на Кавказе шла война. Однако бои и резня на улицах не отвлекали Ландау от учебы.
К 1924 году студент выбрал делом своей жизни физику и перевелся в Ленинградский университет. В Ленинграде юноша жил у своей тети Марии Львовны Брауде. Позже туда переехали и родители ученого.
Личная жизнь
В ранней молодости Ландау полагал, что настоящий ученый не должен курить, пить и жениться. Однако убежденность в последнем пункте поколебала харьковчанка Конкордия Терентьевна Дробанцева, прожившая с академиком до самой его смерти. Супруги жили вместе с 1934 года, а перед рождением сына зарегистрировали официальный брак. Игорь Львович Ландау (1946–2011) пошел по стопам отца — работал в области физики низких температур.
Личная жизнь гения делилась на практическую часть и теорию. Ландау считал брак союзом, не имеющим прямого отношения к любви. Для того чтобы исключить из жизни семьи ложь и ревность, Дау и Кора Дробанцева заключили своеобразный брачный контракт — «пакт о ненападении супружеской жизни». Договор подразумевал свободные отношения супругов и не запрещал половые связи на стороне.
Спустя 12 лет после знакомства с Корой в жизни ученого стали появляться любовницы, о чем он честно рассказывал жене. Супруге такие отношения с любимым человеком давались с трудом. По словам Коры, она даже сама пыталась завести интрижку на стороне, но не смогла.
ЭТО МЫСЛЬ! Удачно жениться — все равно что вытащить с завязанными глазами ужа из мешка с гадюками. Лев Ландау http://booknik.ru/quotes/
Поговаривают, что в жизни Ландау было пять ярких романов. Тем не менее единственной женщиной, которая находилась со Львом Давидовичем до конца его жизни, оказалась Кора Дробанцева. Отношениям мужа и жены позднее был посвящен документальный фильм «Больше, чем любовь».
Любитель все измерять и вычислять, физик и к людям применял тот же подход. Он делил девушек и ученых на разряды в соответствии с собственной классификацией. Например, привлекательных особ противоположного пола он делил на красивых, хорошеньких и интересных. Остальных причислял к классам «выговор родителям» и «за повторение расстрел».
Лев Давидович вывел универсальную формулу счастья, включавшую три главные переменные — работу, любовь и общение.
Характерный юмор академика породил мем «так говорил Ландау». Некоторые цитаты из его лекций «ушли в народ» и превратились в афоризмы. Например, его взгляды на воспитание кратко отражает фраза:
«Если не давать ребенку покоя и с утра до ночи что-то ему вдалбливать, он на всю жизнь останется унылым и безрадостным».
Наука
Уже в 19 лет Ландау под руководством Абрама Федоровича Иоффе заложил основы теории квантовой механики. Молодого физика направили в Европу для продолжения образования. Наркомпрос оплатил только полгода командировки, остальные деньги предоставил фонд Рокфеллера по личной рекомендации Нильса Бора. На фото с научных конференций тех времен можно увидеть высокого роста юношу с буйной шевелюрой и горящими глазами, это и есть Дау.
С Бором, своим единственным учителем (по словам самого Дау), парень работал в Копенгагене. Альберт Эйнштейн, Макс Борн, Вернер Гейзенберг, Петр Капица — все эти люди, вписавшие свои имена в учебники физики, жили и творили в одно время. Изучив европейских ученых в естественной среде обитания, поработав с молодыми коллегами, Ландау вернулся в Ленинград.
Физико-технический институт становится тесным для двух звезд мировой величины, и Дау в 1932 году уходит из «детского сада Иоффе» и отправляется в столицу советской Украины — Харьков. Там Ландау заложил основы теоретической подготовки физиков сразу в трех институтах. Себя ученый называл последним физиком-универсалом.
Петр Капица и Лев Ландау 1948 год
Род его деятельности простирался на всю теоретическую физику, от гидродинамики до квантовой теории поля. После увольнения в начале 1937 года из харьковского университета ученый уехал в Москву руководить теоретическим отделом нового Института физических проблем.
Ландау удалось не стать фигурантом «дела УФТИ», в ходе которого были арестованы и расстреляны его коллеги. Но руки НКВД дотягивались и до сотрудников ИФП. В 1938 году Ландау находился под следствием за антисоветскую агитацию. Его рассуждения о фашизме в СССР воспринимались компетентными органами как призыв к подрыву социалистического строя в стране.
Тем не менее арест состоялся для физика неожиданно. Его забрали ночью, тяжелобольного, с высокой температурой. Как впоследствии вспоминал ученый, он не выдержал бы в тюрьме больше года, но о пытках академик никогда не говорил. Лев Давидович был освобожден только благодаря ходатайству Нильса Бора и поручительству Капицы. Реабилитировали «агитатора» только в 1990 году.
После освобождения Ландау с головой погрузился в научную работу. Он занимался вопросами низких температур, в том числе сверхпроводимостью и сверхтекучестью. Участвовал мужчина и в советском атомном проекте, изучая ядро атома и виды радиоактивного излучения. Он изучал космос, плазму и химические реакции с точки зрения физики элементарных частиц.
Ландау собрал вокруг себя талантливых учеников, среди которых выделяются Александр Компанеец, Евгений Лифшиц, Алексей Абрикосов, Лев Горьков и другие. Подопечных Льва Давидовича называли его детьми, а их учеников — внуками. У академика существовал определенный стандарт подготовки студентов. Его ученики обязаны были сдать девять экзаменов по теоретическому минимуму.
Кратким итогом этой работы стал написанный в соавторстве с Евгением Михайловичем Лифшицем учебник теоретической физики. Последние тома книги дописывались учениками Дау. Летом 1941 года ИФП эвакуировали в Казань. Сотрудники института работали на оборону. К этому времени относятся статьи Ландау, посвященные детонации взрывчатых веществ. Совместно с Александром Китайгородским была создана книга «Электрон. Энергия космоса». Это научно-популярное издание, адресованное широким массам читателей.
Смерть
Ученый 2 месяца не выходил из комы, но благодаря усилиям мирового научного сообщества выжил. В это же время Нобелевский комитет присуждает ему премию за изучение свойств жидкого гелия. Медаль лауреата Нобелевской премии за вклад в науку, диплом и чек доставили Ландау в больницу. После аварии физик уже не мог работать, хоть постепенно и восстанавливался.
Здоровье Ландау поддерживала целая команда врачей, производивших необходимые манипуляции с телом знаменитого пациента. Впрочем, Кора Ландау в мемуарах характеризовала некоторых врачей из спецклиники как некомпетентных. После очередной операции ресурс организма исчерпался, и 1 апреля 1968 года Лев Давидович скончался. Причиной смерти ученого стал оторвавшийся тромб. Могила академика находится на Новодевичьем кладбище в Москве. Рядом покоятся жена и сын.
Память
Много информации о личной жизни Дау содержат мемуары его жены «Академик Ландау. Как мы жили», по которым снят фильм «Мой муж — гений». Книга и экранизация вызвали неоднозначную реакцию у публики. Два литературных труда о жизни гениального ученого представила и Майя Бессараб, племянница жены Льва Давидовича, его официальный биограф. Из-под ее пера вышли книги «Страницы жизни Ландау» и «Так говорил Ландау».
Биография Льва Давидовича послужила основой сценария для проекта режиссера Ильи Хржановского. Главного героя в фильме исполнил дирижер Теодор Курентзис. В других ролях предстали режиссер Анатолий Васильев, нобелевский лауреат Роберт Гросс, фрик-певец Николай Воронов и множество непрофессиональных актеров.
ЭТО МЫСЛЬ! Главное в физике — это умение пренебрегать! Лев Ландау http://booknik.ru/quotes/
Работа над сериалом началась еще в 2005 году, первые кастинги прошли спустя 3 года. Лента представляет собой 700-часовое зрелище, которое было смонтировано в 13 фильмов. Начав работать над байопиком, режиссер постепенно отказался от этой задачи и занялся скрупулезным восстановлением советского быта 30–60-х годов 20-го столетия. Основные съемки прошли в Харькове, процесс занял 4 года.
Премьера проекта состоялась в 2019 году в Париже в нескольких театрах города.
В российском прокате показ стартовал в середине апреля 2020 года на онлайн-площадках страны. Всего было выбрано 10 работ. Связано это со строгими правилами получения прокатного удостоверения от Министерства культуры.