Дао мира физики: как Лев Ландау открыл теорию квантовой жидкости

Некоторые современники запомнили Льва Ландау за юмор, другие — за травлю. Он успел нажить много врагов среди коллег и сотрудников НКВД и до конца жизни оставался под наблюдением органов госбезопасности. Однако именно Лев Ландау объяснил понятие сверхтекучести и создал физику конденсированных состояний, перевернув науку.

Первые шаги Льва Ландау в физике

Будущий ученый родился в 1908 году в Баку. Его отец, Давид Львович Ландау, работал инженером-нефтяником и изучал свойства нефти. Мать, Любовь Вениаминовна Гаркави, была ученым-фармакологом и токсикологом. Оба родителя были известны в научных кругах — юный Лев просто не мог не пойти по их стопам.

Родители отправили сына в местную Еврейскую гимназию. Лев делал успехи во всех точных науках. Особенно его талант проявился в математике: Ландау мог проводить все расчеты в уме! Учитель даже признавался, что боялся способностей мальчика.

В возрасте 14 лет Лев поступил в Бакинский университет на физико-математический и химический факультеты. С последним не задалось: физика влекла Льва куда больше. В 1924 году будущий ученый перевелся в Ленинградский университет, где начал изучать квантовую механику.

Уже в 19 лет пришел первый успех: Ландау ввел понятие матрицы плотности. Это специальный инструмент, который позволил описывать как чистые, так и смешанные состояния. До открытия Льва Ландау в науке использовались только волновые функции, однако для «смесей» они были непригодны. Сейчас матрица плотности является одним из основных операторов в квантовой механике.

«Осторожно, кусается»: как Лев Ландау создал теорминимум

В 1931 году физик вернулся в Ленинград, но задерживаться в родном институте не стал. Взаимоотношения с другими учеными обострились, и при первой возможности он перебрался в Харьков. Там Лев возглавил теоретический отдел Украинского физико-технического института.

Благодаря Ландау в УФТИ появился теорминимум, который состоял из девяти экзаменов. Студенты, сумевшие сдать их, становились учениками Дау — так Льва называли в университете. Приходилось пройти два экзамена по математике, а также ответить на вопросы по механике, теории поля, квантовой механике, статистической физике, механике сплошных сред, электродинамике сплошных сред и квантовой электродинамике.

Всего с 1934 по 1961 годы успешно сдать теорминимум смогли 44 человека. Одного ученика — Леонида Пятигорского — Ландау даже вычеркнул из списков из-за личной ссоры. А в соавторстве с другим — Евгением Лифшицем — написал Ландафшиц, или «Курс теоретической физики» в 10 томах.

Как Ландау открыл теорию вязкой жидкости и был спасен Петром Капицей от смерти

В 1937 году физик переехал в Москву и устроился в лабораторию Петра Капицы. Через год Капица опубликовал статью о сверхтекучести гелия-4. Он выяснил, что вещество могло течь без вязкости и протекать сквозь любую преграду. Однако была странная деталь: если залить гелий-4 в двигатель, то ротор начинал двигаться так, словно существовало некое сопротивление.

В том же году Ландау арестовали по обвинению в шпионаже в пользу Германии. Капица вступился за ученого и напрямую написал руководству СССР с просьбой прекратить дело. Физик убеждал Сталина, что ручается за коллегу — потерять такого ученого не пройдет для страны незаметно.

Сталин не ответил, и Капица обратился за помощью к Нильсу Бору. И второе, и третье письмо не заставили себя долго ждать. Через год Ландау все же вернулся в лабораторию, хотя его дело официально прекратили только через 50 лет. Все это время Ландау находился под наблюдением и не мог выезжать из страны.

В 1941 году Ландау объяснил сверхтекучесть и сформулировал теорию квантовой жидкости, тем самым создав новый научный раздел — физику конденсированных состояний. Позже ученый стал автором теории колебаний электронной плазмы. В военное время Ландау изучал теорию горения и взрыва, турбулентность, сверхзвуковое обтекание и ударные волны. Все его наработки использовались в оборонной промышленности.

Последние годы Льва Ландау

В 1962 году Льву Ландау была присуждена Нобелевская премия «за пионерские исследования в теории конденсированного состояния, в особенности жидкого гелия». Однако получить ее в Стокгольме Ландау не смог — выезжать из страны ему было нельзя.

Незадолго до этого физик получил серьезную травму во время автомобильной катастрофы. Ландау лежал в коме 59 дней. После того, как ученый пошел на поправку, он больше не возвращался к науке. В 1968 году Лев Ландау скончался от закупорки артерии оторвавшимся тромбом.