Лев Давидович Ландау
Лев Давидович Ландау (1908-68) — выдающийся российский физик-теоретик, основатель научной школы, академик АН СССР (1946 год), Герой Социалистического Труда (1954 год). Труды Ландау во многих областях физики: магнетизм; сверхтекучесть и сверхпроводимость; физика твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц, физика плазмы; квантовая электродинамика; астрофизика и другие. Автор классического курса теоретической физики (совместно с физиком-теоретиком Евгением Михайловичем Лифшицем). Ленинская премия (1962), Государственная премия СССР (1946, 1949, 1953), Нобелевская премия (1962).
Детство будущего физика
Лев Ландау родился в Баку 9 января (22 января) 1908 года в интеллигентной семье (отец — инженер-нефтяник, мать — врач). В семье было двое детей. С сестрой Софьей Ландау дружил всю жизнь. Его математические способности проявились уже в школе, которую он закончил в 13 лет. По свидетельству физика-теоретика Евгения Михайловича Лифшица, Ландау «говорил, что почти не помнит себя не умеющим дифференцировать и интегрировать».
Родители считали, что в 13 лет поступать в университет слишком рано: один год Ландау проучился в Бакинском экономическом техникуме (в день весело отмечавшегося 50-летнего юбилея этот факт был предметом шутки: «С уходом Ландау из техникума Советский Союз потерял способного завмага»). В 1922 году Лев Ландау поступил в Бакинский университет, где два года учился одновременно на двух факультетах: на физико-математическом и на химическом. После перехода в 1924 году на физическое отделение Ленинградского университета Ландау не стал продолжать свое химическое образование. Однако, интерес к химии сохранил на всю жизнь и часто поражал хорошим знанием химии (для физиков-теоретиков, как правило, характерно несколько высокомерное пренебрежение химией).
ЛФТИ
С 1926 года Лев Ландау был связан с Ленинградским физико-техническом институтом (теперь имени Абрама Федоровича Иоффе), куда в 1927 году после окончания университета (в 19 лет!) был принят в качестве аспиранта. «Позднее он много раз говорил мне о том, как много занимался, когда был студентом. Он работал так интенсивно, что по ночам ему начинали сниться формулы. Я много раз слышал от Ландау рассказ о том, как он был взволнован, когда впервые прочитал работы австрийского физика-теоретика Эрвина Шредингера и немецкого физика-теоретика Вернера Гейзенберга, которые провозгласили новый век — век квантовой механики».
Все, кто знал Льва Ландау в молодые годы помнят его резким, самоуверенным молодым человеком, лишенным априорного почтения к старшим, возможно, излишне критичным в оценках. Эти же черты его характера подчеркивают и те, кто встречался с Ландау и в более поздние годы. Пытаясь понять его характер, несомненно, надо учитывать следующее свидетельство его самого близкого друга, ученика и соавтора, Е. М. Лифшица: «В юности он был очень застенчив, и поэтому ему было трудно общаться с другими людьми. Тогда это была для него одна из самых больших проблем. Дело доходило до того, что временами он находился в состоянии крайнего отчаяния и был близок к самоубийству…
Для Льва Давидовича была характерна крайняя самодисциплина, чувство ответственности перед самим собой. В конце концов, это помогло ему превратиться в человека, который полностью владел собой в любых обстоятельствах, да и просто в веселого человека. Он много думал, как быть деятельным». Добавим несколько слов, сказанных о том же физиком и инженером Петром Леонидовичем Капицей: «с возрастом застенчивость прошла, но умение приспосабливаться к обществу у Ландау никогда не развилось. Только исключительная всесторонняя одаренность личности Ландау привлекала к нему людей, и по мере сближения с ним они начинали любить его и находить большое удовольствие в общении с ним».
И еще: «бескомпромиссность, которая свойственна всем крупным ученым в их научной работе, распространялась у Ландау и на человеческие отношения, но тем, кто знал Льва Ландау близко, было известно, что за этой резкостью скрывался очень добрый и отзывчивый человек, всегда готовый помочь незаслуженно обиженному».
В зарубежных научных центрах
Большую роль в научной биографии Ландау сыграли поездки за границу (1929 — 1934-е годы) и встречи с ведущими физиками того времени. Наиболее существенным для формирования Ландау как ученого и учителя было посещение Копенгагена и пребывание в Институте теоретической физики у Нильса Бора. Обсуждение животрепещущих проблем теоретической физики, в которых принимали участие все присутствующие, поиски истины как конечной цели любой дискуссии, атмосфера, царившая на семинарах, — все это оставило неизгладимый след в памяти Ландау, всю жизнь служило ему примером. Он всегда считал себя учеником Бора.
Харьков. Грандиозные замыслы
В 1932 году Лев Ландау возглавил теоретический отдел Харьковского физико-технического института (УФТИ). Продолжая активную исследовательскую работу, Ландау одновременно начал преподавать, а в 1935 году стал заведующим кафедрой общей физики Харьковского университета. Именно в эти годы он сформулировал и начал осуществлять свою жизненную программу — написать полный курс теоретической физики и окружить себя профессионалами: учениками, коллегами, соратниками. То, что у двадцатичетырехлетнего юноши наполеоновские планы, — не редкость. Но то, что он их полностью осуществил, — величайшая редкость и уникальное достижение.
Первые несколько лет в УФТИ царила замечательная научная атмосфера. Криогенную лабораторию института, единственную в то время на территории Советского Союза, возглавил российский физик, один из пионеров физики низких температур Лев Васильевич Шубников, с которым Ландау связывала не только дружба, но и глубокие совместные научные интересы. Вокруг Ландау и Шубникова собралась группа талантливых молодых людей, увлеченных наукой. В Харькове проводились международные физические конференции, посещавшиеся крупными западными учеными. В годы пребывания Ландау в Харькове этот город стал центром теоретической физики СССР.
В 1937 году Лев Давидович женился на уроженке Харькова К. Т. Дробанцевой. В 1946 году у них родился сын Игорь, будущий физик-экспериментатор.
Школа Ландау
Начала создаваться школа Льва Ландау — появились первые ученики. Ландау составил программу того, что должен знать будущий молодой научный работник, если он хочет заниматься теоретической физикой (подразумевалось, под его руководством), — знаменитый теорминимум. Программа действовала с 1933 по 1962 годы. И надо добавить, сдача теоретического минимума не прекратилась после ухода Ландау из научной жизни в результате трагической автомобильной катастрофы, экзамены продолжали принимать ученики Ландау, в дальнейшем сотрудники Института теоретической физики РАН его имени. Существует список сдавших теоретический минимум, составленный Ландау в 1961 году. Первые пять фамилий таковы: Компанеец (1933), Е. Лифшиц (1934), Ахиезер (1935), Исаак Яковлевич Померанчук (1935), Тисса (1935).
Первая угроза. Институт физических проблем
С 1935 года обстановка в УФТИ трагически меняется. Террор, охвативший во второй половине 30-х годов страну, не миновал УФТИ. Сфабрикованные «дела» завершились арестами и расстрелами ряда ведущих сотрудников института. В застенках харьковской тюрьмы был расстрелян Шубников. Ландау в то время не был арестован, но угроза ареста была вполне реальна. Она заставила его «бежать» из Харькова. К счастью, Ландау имел приглашение от Капицы занять должность руководителя теоретического отдела организованного последним Института физических проблем (ныне имени Капицы).
С 1937 года до последнего дня своей жизни Лев Ландау был сотрудником ИФП. Вместе с ИФП и другими академическими институтами во время войны с фашистской Германией Ландау и группа его сотрудников эвакуировались в Казань (1941-43). Капица рассказывал: «я не видел никаких препятствий, чтобы в Академии Наук для Ландау был создан специальный большой институт теоретической физики в тех масштабах, которые он только пожелает, но он всегда не только отклонял эти предложения, но даже отказывался их обсуждать. Он говорил, что он счастлив состоять членом коллектива нашего экспериментального института».
Тюрьма и последствия пережитого ужаса
«Бегство» из Харькова не спасло Ландау от ареста: в ночь с 27 на 28 апреля 1938 года он был арестован. На следующее же утро, 28 апреля, Петр Капица пишет письмо Сталину, пытаясь защитить своего сотрудника. На протяжении года Капица не прекращает усилий в попытках освободить Ландау. Осенью 1938 года Нильс Бор также пытается привлечь внимание Сталина к судьбе Ландау: «если имело место недоразумение, Ландау — надеется Бор, — получит возможность продолжать исследовательскую работу, столь важную для прогресса человечества».
В апреле 1939 года Лев Ландау был освобожден из тюрьмы «под личное поручительство» Капицы. Навсегда сохранил Ландау благодарность Капице, считая его своим спасителем. Ландау неоднократно повторял, что если бы не помощь Капицы, то в тюрьме или в лагере он наверняка бы погиб. «Дело» Ландау (точнее, та его часть, которую наследники НКВД решили обнародовать) в 1991 году было издано. Близкие и друзья Ландау знали, что арест оставил в душе Ландау страх, который несколько уменьшился после смерти Сталина.
Возвращение к научной работе
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 Львом Ландау велось негласное наблюдение (в частности, его разговоры с сотрудниками и друзьями подслушивались).
Когда Капица был отстранен от руководства ИФП (1946-55), а директором института был назначен ученый, академик Анатолий Петрович Александров, Ландау был привлечен к участию в разработке атомного оружия. После смерти Сталина Ландау четко сформулировал свое желание прекратить работу по секретной тематике и добился этого.
С 1943 года Лев Ландау вернулся к преподавательской деятельности. Он преподавал на физико-техническом и физическом факультетах Московского университета.
Всемирное признание Льва Давидовича Ландау
Заслуги Льва Ландау были многократно отмечены как внутри страны, так и за ее пределами. В 1946 году Ландау избирается членом Академии наук СССР, он многократно награждался орденами, был Героем Социалистического Труда, трижды ему присваивались Государственные премии, а в 1962 Ландау вместе с Евгением Лифшицем за создание Курса теоретической физики была присвоена Ленинская премия. Ландау был членом многих зарубежных академий, лауреатом почетных премий, имел множество медалей. В 1962 году Лев Ландау получил Нобелевскую премию по физике «За пионерские исследования конденсированных сред, особенно жидкого гелия».
Катастрофа
7 января 1962 года на шоссе из Москвы в Дубну легковая машина, в которой ехал Лев Давидович, столкнулась со встречным грузовиком. Никто, кроме Ландау, не пострадал. В борьбе за жизнь Ландау медики объединились с физиками. Несчастный случай всколыхнул всю физическую общественность. Физики разных стран и разных поколений (соратники и друзья, ученики и ученики учеников) стремились внести свой вклад в спасение жизни Ландау; около ста московских физиков добровольно взяли на себя обязанности курьеров, водителей машин, посредников, снабженцев, секретарей, дежурных, наконец, носильщиков и чернорабочих. Подвигом товарищества назвали то, что им удалось сделать: жизнь Ландау была спасена. После аварии Ландау прожил шесть лет. Присутствовал на ученых советах, иногда — на семинарах. Разговаривавшие с ним коллеги и ученики изредка слышали и передавали другим какую-либо фразу, «напоминавшую» прежнего Ландау.
1 апреля 1968 года в Москве Лев Ландау умер, так и не вернувшись к творческой деятельности.
Важнейшие труды Льва Ландау
В год смерти Ландау вышло собрание его трудов. В двух томах воспроизведены 98 статей. Первая вышла в 1926 году. Она называется «К теории спектров двухатомных молекул». В 1927 году Ландау публикует статью «Проблема затухания в волновой механике», в которой впервые введено описание состояния систем с помощью матрицы плотности. Последние две статьи датированы 1960-м годом. Одна из них — в ЖЭТФе (Том 39. Стр. 1856) — «Малые энергии связи в квантовой теории поля». Она посвящена актуальному тогда «направлению, в котором не рассматриваются гамильтонианы, а используются только соотношения унитарности и аналитические свойства диаграмм (цитата из статьи). Другая статья напечатана в сборнике «Теоретическая физика в ХХ веке», посвященном памяти швейцарского физика-теоретика, одного из создателей квантовой механики и релятивистской квантовой теории поля Вольфганга Паули. Она называется «О фундаментальных проблемах». В ней, как и в статье в ЖЭТФе, говоря о попытках построения теории элементарных частиц, Ландау высказывает характерный для него оптимизм: «Мне кажется, что недалеко то время, когда будут окончательно написаны уравнения новой теории». Правда, тут же Лев Ландау предупреждает: даже в лучшем случае (при построении непротиворечивой теории) нам предстоит тяжелая борьба. В этом он оказался прав.
Научное наследие Ландау
Перечень статей Льва Давидовича поражает прежде всего широтой. «Этот солидный том (на английском языке Собрание трудов Ландау вышло в одном томе) возбуждает чувства, подобные тем, которые вызывает полное собрание пьес Шекспира или Кехелевский каталог сочинений Моцарта. Безмерность совершенного одним человеком всегда представляется невероятной». Лев Ландау, по-видимому, один из последних энциклопедистов: его вклад в теоретическую физику охватывает ее всю — от гидродинамики до квантовой теории поля. Введение принципа сохранения комбинированной четности соседствует в его творчестве с теорией фазовых переходов второго рода и теорией промежуточного состояния сверхпроводников. А исследование основ квантовой электродинамики — с построением теории квантовых жидкостей (в частности, Ландау принадлежит объяснение природы сверхтекучести).
Хотя научное творчество Ландау закончилось около 40 лет назад, полученные им результаты принадлежат отнюдь не только истории науки. Уравнения Ландау—Лифшица и Гинзбурга—Ландау, энергетический спектр сверхтекучего гелия, теория Ферми-жидкости, затухание Ландау, ландауские уровни энергии электрона в магнитном поле, параметр порядка для описания фазовых переходов второго рода, исследование основ квантовой электродинамики и многое другое активно «работает» в сегодняшней физике.
Курс теоретической физики Льва Ландау
Наследие Льва Давидовича не исчерпывается результатами, полученными им лично и с соавторами. Важное место в его творческом наследии занимает Курс теоретической физики (знаменитый «Ландау и Лифшиц»). Без преувеличения можно сказать, что «Курс изменил облик теоретической физики. Многие разделы теоретической физики изложены в нем совершенно по-новому. Авторам «Курса удалось объединить изложение основных разделов теоретической физики с рассмотрением конкретных явлений природы. Из разрозненных дисциплин родилась единая наука — теоретическая физика, овладев методами которой, можно кратчайшим путем подойти к решению новых, непрерывно возникающих задач. Заметим, что одна из «заповедей» Льва Ландау гласит: «Жизнь слишком коротка, чтобы тратить ее на решение решенных задач».
Как ранее говорилось, Курс задумывался Ландау еще в юности. Был составлен подробный план всего курса, который, естественно, изменялся и дополнялся, т. к. менялась, расширялась и совершенствовалась теоретическая физика. С непосредственным участием Ландау написаны семь томов: Механика, Теория поля, Квантовая механика, Статистическая физика (часть 1), Гидродинамика, Теория упругости и Электродинамика сплошных сред. После 1962 года один том — Квантовую электродинамику написали В. Б. Берестецкий, Е. М. Лифшиц и Л. П. Питаевский (все они — ученики Ландау); два тома — Статистическую физику (часть 2) и Кинетику написали Е. М. Лифшиц и Л. П. Питаевский. «Курс Ландау и Лифшица переведен на разные языки, во всем мире несколько поколений физиков-теоретиков училось и учится по нему. Для многих тома Курса — настольные книги.
Учитель и ученики Ландау
Начиная с харьковского периода, Лев Ландау был окружен учениками. Им он щедро отдавал свое время, делился идеями, одновременно предоставляя полную самостоятельность. Но и Лев Давидович многое получал от своих учеников. Сам он практически не читал научной литературы. Читали его ученики и рассказывали ему. Как правило, Льва интересовал лишь замысел работы и полученный в ней результат. Заинтересовавшую, но внушающую опасение в правильности работу, Ландау (часто своим путем) воспроизводил. И если результат оказывался верным, то навсегда «оседал» в бесконечной памяти Ландау, а иногда попадал в «Золотой список», который он вел всю жизнь.
Отношения между Ландау и его учениками были совершенно неформальными. При огромном уважении, которое испытывали ученики к учителю, многие из них были с Ландау на «ты». Шутки, иногда весьма острые, допускались с обеих сторон и встречались без обиды. Особенно отчетливо это проявилось при проведении остроумного капустника в честь 50-летнего юбилея Льва Ландау. Со многими учениками у Ландау были очень доверительные отношения. Свои воззрения, весьма существенно отличавшиеся от общепринятых, Лев Давидович часто откровенно проповедовал среди учеников.
Семинар Ландау
Большое значение Лев Ландау придавал семинару, еженедельно проходившему в ИФП. Проведению семинара не могло помешать ничто, кроме болезни руководителя. На семинаре докладывались как самостоятельные работы, так и статьи из журналов. К подготовке заседания семинара Ландау относился предельно серьезно. Докладчик «со стороны», т. е. не из тех, за чьей работой он следил непосредственно и знал о ее готовности к докладу, должен был предварительно «пробить» работу через Ландау. Статьи из журналов для доклада Лев Давидович отбирал самостоятельно и распределял между учениками. Выступать на семинаре было непросто: критические замечания, вопросы не ограничивались. Любой участник семинара и, конечно, Ландау могли перебить докладчика в любую минуту. Для того, чтобы «не быть прогнанным» (а такое случалось), докладчик должен был знать работу не «вообще», а во всех подробностях, уметь объяснить все существенные детали расчета, хорошо представлять себе состояние эксперимента и работы предшественников.
Трудности выступления на семинаре Ландау окупались: работа, доложенная на нем и принятая аудиторией и Ландау, как бы «получала знак качества» — воспринималась как заведомо правильная. Надо сказать, ошибок в оценке работ было немного. Формально семинар, который создал Ландау и которым руководил, назывался Общемосковским семинаром по теоретической физике, но фактически в нем принимали участие (в качестве слушателей и докладчиков) физики-теоретики из многих городов Советского Союза: Ленинграда, Харькова, Киева, Тбилиси. Многие физики-теоретики из различных институтов и университетов «тянулись» к Ландау, формируя то, что во всем научном мире получило наименование «Школа Ландау».
Свет погасшей звезды
40–50 лет для теоретической физики — большой срок. Выросло несколько поколений физиков-теоретиков, знающих Ландау только по «Курсу и по его работам, которые по-прежнему цитируются. Создан и действует Институт теоретической физики, носящий имя Ландау. Многие из учеников Ландау, ученики его учеников работают в различных престижных научных центрах Запада. Очень трудно в небольшой статье оценить то, что сделал Ландау, то, что он оставил людям. Но когда в научном журнале попадается статья, в которой точно поставленная задача решена изящным математически адекватным методом, или докладчик на семинаре в кратком выступлении рассказывает, как он решил проблему, многие годы не дававшую покоя теоретикам, появляется мысль, что работа, выступление понравились бы Ландау. И понимаешь: в сегодняшней теоретической физике многое от ее великих творцов, и Ландау — один из них.