Лев Ландау
Лев Давидович Ландау (1908-1968) считается одним из самых разносторонних физиков-теоретиков XX века: он внёс фундаментальный вклад в квантовую механику, физику твёрдого тела, физику низких температур, ядерную физику и физику плазмы, получил Нобелевскую премию по физике 1962 года и воспитал целое поколение учёных, ставших гордостью советской науки.
Детство в Баку: вундеркинд из нефтяной столицы
Лев Ландау родился 22 января 1908 года в Баку, тогда входившем в состав Российской империи. Отец, Давид Ландау, работал инженером на бакинских нефтепромыслах, мать, Любовь Гаркави-Ландау, была врачом-акушером и преподавателем естествознания в гимназии. Семья жила в достатке, и оба родителя давали детям возможность развиваться интеллектуально.
Способности Льва проявились очень рано. Дифференцировать он научился в 12 лет, интегрировать в 13. В 1920 году, в возрасте 13 лет, он уже получил аттестат гимназии и был готов к поступлению в университет, однако родители сочли его слишком юным и на год придержали дома. В 1922 году, в 14 лет, Ландау стал студентом Бакинского государственного университета сразу на двух факультетах: математическом и физическом. Это не было позёрством, он действительно успевал на обоих.
Ленинград и первые открытия
В 1924 году Ландау перевёлся на физическое отделение Ленинградского университета, где впервые серьёзно познакомился с квантовой механикой, которая тогда только складывалась в законченную теорию. В 1927 году, в 19 лет, он окончил университет и одновременно опубликовал свою первую значительную работу. В ней он ввёл понятие матрицы плотности, математического инструмента для полного квантово-механического описания систем. Позднее выяснилось, что к тому же результату независимо пришёл Джон фон Нейман, однако приоритет обоих учёных признан наукой.
После окончания университета Ландау поступил в аспирантуру Ленинградского физико-технического института и в 1934 году защитил докторскую диссертацию. Параллельно он готовился к главному этапу своего образования: заграничной стажировке.
Европейская школа: Бор, Дирак, Паули
В 1929 году Ландау получил командировку Наркомпроса и уехал в Европу, дополнительно поддержанный грантом Фонда Рокфеллера. За два года он посетил ведущие физические центры континента. В Копенгагене он работал в институте Нильса Бора и считал датского физика главным своим учителем: «Я ученик Бора», повторял он на протяжении всей жизни. В Кембридже Ландау общался с Полем Дираком и создал теорию диамагнетизма металлов, квантованные орбиты электронов в магнитном поле сегодня называются уровнями Ландау. В Цюрихе он провёл время у Вольфганга Паули, одного из самых строгих критиков в тогдашней физике.
В Берлине Ландау встретился с Эйнштейном. Эта стажировка сформировала его как учёного: он привёз из Европы не только знания, но и понимание того, каким должен быть физик-теоретик, требовательным к себе, непримиримым к халтуре и способным работать на границе незнания.
Харьков и создание научной школы
В 1932 году Ландау возглавил теоретический отдел Украинского физико-технического института в Харькове. Здесь началась его педагогическая деятельность, которая оказалась не менее значимой, чем исследовательская. Ландау разработал «теоретический минимум», систему из девяти экзаменов, охватывающих всю теоретическую физику. Испытание было настолько суровым, что за 1934-1961 годы его прошли лишь 43 человека. Среди них, однако, были будущие нобелевские лауреаты Алексей Абрикосов и Виталий Гинзбург, а также Евгений Лифшиц, ставший ближайшим соавтором Ландау.
В Харькове же был заложен фундамент главного издательского проекта его жизни. Совместно с Лифшицем Ландау начал писать «Курс теоретической физики», впоследствии разросшийся до десяти томов и охвативший механику, квантовую механику, электродинамику, теорию поля, статистическую физику, гидродинамику и другие разделы. Курс переведён более чем на 20 языков и служит настольным учебником для нескольких поколений физиков по всему миру. В среде учёных его неофициально называют «Ландавшиц».
Арест 1938 года и год в тюрьме
Весной 1937 года Ландау переехал в Москву и возглавил теоретический отдел Института физических проблем АН СССР, которым руководил Пётр Капица. 28 апреля 1938 года он был арестован органами НКВД. Формальным поводом стало обвинение в шпионаже в пользу Германии, фактически же поводом послужила листовка, которую Ландау редактировал совместно с несколькими коллегами. В ней сталинский режим сравнивался с нацизмом, а советских учёных призывали не работать на «фашистскую верхушку». Во время допросов ему сломали два ребра.
Ландау провёл год в Бутырской тюрьме. Освобождения удалось добиться благодаря настойчивости Петра Капицы, который написал лично Лаврентию Берии, взяв учёного под личное поручительство и пригрозив собственной отставкой. С ходатайством обращался также Нильс Бор. 29 апреля 1939 года Ландау вышел на свободу. Официальная реабилитация состоялась лишь в 1990 году, уже через 22 года после его смерти.
Теория сверхтекучести и «десять заповедей»
В 1938 году Пётр Капица открыл явление сверхтекучести жидкого гелия: ниже температуры 2,17 Кельвина гелий начинает течь без какого-либо трения. Теоретического объяснения этому феномену долго не существовало. В 1941 году Ландау построил математическую теорию, которая полностью описывала поведение жидкого гелия-II. Он ввёл понятие квазичастиц, фононов и ротонов, квантов возбуждения жидкости, и показал, что именно их взаимодействие определяет все наблюдаемые свойства сверхтекучей фазы. За эту работу в 1962 году он получит Нобелевскую премию по физике.
К 50-летию Ландау его ученики создали «мраморные скрижали» с «десятью заповедями», выгравировав на мраморных плитах десять важнейших формул, которые он вывел на протяжении жизни: от матрицы плотности 1927 года до теории ферми-жидкостей 1956 года. В этом списке, помимо сверхтекучести, находятся теория фазовых переходов второго рода, теория доменной структуры ферромагнетиков совместно с Лифшицем, теория сверхпроводимости совместно с Гинзбургом (1950), теория затухания плазменных волн и теория комбинированной чётности.
Шкала физиков и личность учёного
Ландау создал логарифмическую шкалу для оценки учёных по их вкладу в физику. Шкала шла от нуля до пяти, при этом ноль обозначал высшую степень гениальности. Исаак Ньютон получил оценку 0, Альберт Эйнштейн 0,5. Основатели квантовой механики Нильс Бор, Вернер Гейзенберг, Поль Дирак, Эрвин Шрёдингер и Шатьендранат Бозе занимали первую ступень. Себя Ландау первоначально отнёс к уровню 2,5, затем повысил самооценку до 2.
Он был известен остроумием, жёсткостью в научных дискуссиях и полным пренебрежением к формальностям. На двери его кабинета висела табличка «Л. Д. Ландау. Осторожно, кусается!», относившаяся, впрочем, к плюшевому крокодилу, а не к хозяину. О своём телосложении (рост 182 см при весе 59 кг) он говорил: «У меня не телосложение, у меня теловычитание». Формулу счастья он формулировал так: работа, любовь и общение.
Личная жизнь
Со своей будущей женой Конкордией Дробанцевой (Корой) Ландау познакомился в Харькове в 1934 году. Она окончила химический факультет, и их связь была долгой и непростой. Ландау открыто проповедовал свободу личных отношений и предлагал жить по «пакту о ненападении», который предполагал взаимную свободу. Официально они зарегистрировали брак лишь в 1946 году, перед рождением сына Игоря. Игорь пошёл по стопам отца и стал физиком, специализировавшимся в области физики низких температур; он умер в 2011 году. Кора пережила мужа на 16 лет и написала мемуары о совместной жизни. Все трое похоронены на Новодевичьем кладбище в Москве.
Нобелевская премия и катастрофа 1962 года
7 января 1962 года Ландау ехал из Москвы в подмосковную Дубну по Дмитровскому шоссе, когда его автомобиль столкнулся с грузовиком. Он получил множественные переломы, черепно-мозговую травму и тяжёлую кровопотерю. Учёный провёл в коме 59 дней. Врачи несколько раз констатировали клиническую смерть, и то, что ему удалось выжить, современники называли чудом, объясняя его массовой мобилизацией советской и международной медицины.
Осенью того же года Шведская академия наук присудила Ландау Нобелевскую премию по физике «за пионерские исследования в теории конденсированного состояния, в особенности жидкого гелия». Это был первый случай в истории Нобелевских премий, когда диплом и медаль вручались лауреату в больничной палате: шведский посол приехал к нему в московскую клинику в декабре 1962 года.
Последние годы и наследие
Физически Ландау частично восстановился, однако его научное творчество оказалось необратимо подорвано. Он больше не мог работать с прежней интенсивностью и сам это понимал. 1 апреля 1968 года, после операции по устранению кишечной непроходимости, он скончался от тромбоза, ставшего поздним осложнением травм 1962 года. Ему было 60 лет. По свидетельствам близких, незадолго до смерти он произнёс: «Я неплохо прожил жизнь. Мне всегда всё удавалось».
Наследие Ландау огромно. В его честь назван Институт теоретической физики РАН в Черноголовке, малая планета 2142 Landau, кратер на Луне. Российская академия наук ежегодно вручает Золотую медаль имени Ландау за выдающиеся работы в области теоретической физики. Учебник «Курс теоретической физики» по сей день переиздаётся и используется в университетах на всех континентах. Среди его учеников два нобелевских лауреата: Алексей Абрикосов (премия 2003 года) и Виталий Гинзбург (премия 2003 года), что само по себе является исключительным результатом для одной научной школы.