100 великих россиян
Шрифт:
«Умер некоронованный король физиологии, величайший ученый огромного масштаба, свершивший гигантский переворот в медицине, подобно дарвинскому перевороту в естествознании».
ЛЕВ ЛАНДАУ
Лев Ландау родился в январе 1908 г. в Баку, в состоятельной еврейской семье инженера-нефтяника Давида Львовича Ландау. Родители его были широко образованными людьми и уделяли воспитанию детей много внимания. У маленького Льва и его старшей сестры Софьи была гувернантка-француженка мадемуазель Мари, на дом приходили учителя музыки, ритмики и рисования.
Однако единственной страстью Льва с раннего детства была математика. Уже учась в гимназии, он постоянно шел в числе первых по точным наукам — в двенадцать лет сам научился дифференцировать, а в тринадцать — интегрировать. Впрочем, окончить гимназию Ландау не успел — помешала революция. После установления в Азербайджане советской власти он в 1920 г. поступил в Бакинское коммерческое училище. В 1922 г., четырнадцатилетним мальчиком, он сдал экзамены в Бакинский университет сразу на два отделения: математическое и естественное, а в 1924 г. перевелся на физико-математическое отделение Ленинградского университета. Время его учебы совпало с бурным развитием новых направлений в физике и формированием квантовой теории. Эпохальные открытия, переворачивавшие веками сложившиеся представления, происходили тогда чуть ли не каждый год. Ландау с жадностью следил за всеми новинками и упорно овладевал тонкостями физической науки. «На лекции в университет ходил два раза в неделю, чтобы встречаться с друзьями и посмотреть, что там делают, — рассказывал он позже. — Но самостоятельно я занимался очень много». Он действительно учился с огромным увлечением, просиживая за книгами по 15–18 часов в сутки. Самостоятельно изучив квантовую механику, он за полгода до окончания университета опубликовал в одном из немецких научных журналов свою первую статью «К теории спектров двухатомных молекул». В 1927 г. он представил ее в качестве своей дипломной работы. В том же году Ландау поступил в аспирантуру Ленинградского физико-технического института.
Его имя приобрело известность уже в конце 20-х гг.: ученые в своих исследованиях ссылались на его статьи, а иностранные физики, приезжавшие в Ленинград, предлагали Ландау принять участие в их семинарах. В 1928 г. на VI международном съезде физиков в Москве (на нем присутствовало много известных физиков, в том числе Бор, Дирак, Франк, Льюис) Ландау выступил с тремя докладами. В 1928 г. по путевке Наркомпроса его отправили в заграничную командировку. Сначала Ландау посетил Берлин (тут он познакомился с Эйнштейном) и Геттинген (где в течение нескольких недель посещал знаменитые на всю Европу семинары Макса Борна). Затем был Лейпциг, где Ландау любезно встретил один из создателей квантовой механики Вернер Гейзенберг.
По пути в Данию он побывал в Физическом институте в Цюрихе, а в апреле 1930 г. уже был в Копенгагене в Институте теоретической физики Нильса Бора. Позже он всегда говорил, что Бор был его единственным учителем. Эта любовь была взаимной. Бор также всегда считал Ландау одним из своих лучших учеников и вспоминал позже: «С самого начала на всех нас произвела большое впечатление его способность добираться до самых глубин физических проблем…»
Впрочем, слова «ученик» и «учитель» надо понимать не буквально. Во время своей заграничной командировки Ландау уже был сложившимся ученым, о чем свидетельствуют несколько глубоких работ по квантовой механике, написанных и опубликованных им в это время. (В 1930 г. вышла его статья, посвященная диамагнетизму металлов, которая стала существенной деталью в зданий современной физики.) Далеко не всегда и ни во всем он соглашался с Бором и другими «старшими наставниками»: Гейзенбергом, Дираком, Паули. (В самом деле, эти трое были всего лишь несколькими годами старше Ландау, но их имена уже были вписаны золотыми буквами в скрижали истории физики; позже Ландау с горечью говорил, что опоздал родиться всего на шестьсемь лет, иначе бы он непременно оказался в числе создателей квантовой теории; зная, как неправдоподобно свободно чувствовал себя Ландау во всех областях теоретической физики и как виртуозно владел ее сложнейшим математическим аппаратом, в этом едва ли можно сомневаться.) Побывав в научных центрах Европы, впитав в себя все лучшее, что там было, Ландау по возвращении на родину замыслил создать в Советском Союзе самую передовую школу теоретической физики. С этой целью он выработал широкую фронтальную программу, включавшую в себя написание учебников по физике, организацию отбора и подготовки кадров, издание научного журнала, а в дальнейшем — проведение семинаров и международных конференций. Однако до воплощения этой мечты было далеко. Приехав из-за границы, Ландау вскоре рассорился с директором Физико-технического института Иоффе и вынужден был оставить его. Как раз в это время ему предложили место заведующего техническим отделом в Украинском физико-техническом институте, и в 1932 г. Ландау переехал в Харьков. Здесь же в 1933 г. он получил кафедру теоретической физики в Машиностроительном институте.
В Харькове Ландау впервые начал вести свой знаменитый семинар для одаренных юношей, которых он пророчил в физики-теоретики. Своеобразным экзаменом на зрелость при «посвящении» в эту профессию служил разработанный им так называемый «теоретический минимум», включавший в себя все, что, по мысли Ландау, необходимо было знать перед началом самостоятельной работы в теоретической физике. Претендентам предлагалось сдать девять экзаменов — два по математике и семь по физике. (О том, насколько это было непросто, говорит хотя бы тот факт, что при наличии огромного количества желающих, за четверть века теоретический минимум сдало всего 43 человека.) В 1934 г. по сумме написанных работ Ландау получил степень доктора физико-математических наук без защиты диссертации, а в 1936 г. стал профессором. Одна за другой из-под его пера выходили работы по различным разделам физики. В 1935 г. вместе с Лившицем он написал глубокое исследование по доменной структуре ферромагнетика, а двумя годами позже создал прославившую его теорию фазовых переходов второго рода и теорию промежуточного состояния сверхпроводников. В то же время Ландау задумал писать многотомный «Курс теоретической физики». У него было много планов, однако жизнь внесла в них свои коррективы. В конце 30-х гг. чистки, которые проводило НКВД во всех структурах госаппарата, коснулись и высших учебных заведений. Ландау по многим причинам должен был обратить на себя внимание органов безопасности: отец его в 1930 г. был репрессирован, сам он провел несколько лет за границей и никогда не скрывал своего лояльного отношения к западной демократии. Кроме того, нельзя было сбрасывать со счетов его совсем не пролетарское происхождение. В общении Ландау был очень ершистым, неуступчивым и во многом неудобным человеком. По словам Гинзбурга, «недругов у него было предостаточно… Атмосфера тоже накалялась, и тучи надДау сгущались». Ректор машиностроительного института, с которым у Ландау не сложились отношения, дал сигнал в НКВД, что в институте действует контрреволюционная группировка, а заправляют ею Ландау и еще несколько молодых физиков. Самого Ландау он уволил с работы «за протаскивание буржуазных установок в лекциях».
В начале 1937 г. Ландау перебрался в Москву, где стал работать в Институте физических проблем у Петра Капицы. Благоразумие требовало от него большой осторожности, но не в духе Ландау было отсиживаться за чужой спиной.
Узнав о том, что в Харькове арестовано и расстреляно несколько его хороших друзей, он не захотел смолчать и весной 1938 г. написал вместе с двумя молодыми физиками антисталинскую листовку, которая начиналась словами: «Товарищи! Великое дело Октябрьской революции подло предано. Страна затоплена потоками крови и грязи. Миллионы невинных людей брошены в тюрьмы, и никто не знает, когда придет его очередь…» Как позже признался Ландау, листовка предназначалась для распространения 1 мая, но попалась на глаза московским чекистам за несколько недель до этого праздника. В апреле 1938 г. Ландау и его друзья были арестованы. Началось следствие по делу «О Московском комитете антифашистской партии», грозившее Ландау большой бедой. К счастью для него, «великая чистка» уже была на исходе, начался обратный процесс «разоблачения перегибов», осуждения «ежовщины» и частичной реабилитации. К тому же у Ландау были известные друзья, которые в это трудное время не побоялись поручиться за него. Петр Капица отправил письмо с просьбой освободить Ландау лично Сталину. Стараясь оправдать своего подопечного, он признавал его недостатки: «…Следует учесть характер Ландау, который, попросту говоря, скверный. Он задира и забияка, любит искать у других ошибки, и когда находит их, в особенности у важных старцев, то начинает непочтительно дразнить. Этим он нажил много врагов…» Но при всем этом, писал далее Капица, Ландау является одним из самых талантливых советских физиков, и потеря такого человека стала бы огромной утратой для отечественной науки. В ноябре Сталину написал письмо сам Нильс Бор. Неизвестно, чье ходатайство оказалось более весомым, но в апреле 1939 г. Ландау освободили под личное поручительство Капицы. Позже Ландау вспоминал, что во время своего заключения он размышлял над проблемами гидродинамики и разработал теорию ударных волн. Все сложнейшие вычисления он проделал в уме, без карандаша и бумаги. В конце 30-х гг. он также издал важную работу по теории промежуточного состояния сверхпроводников.
Вскоре после освобождения Ландау написал одно из лучших своих исследований, посвященное проблеме сверхтекучести жидкого гелия. Вопрос этот был очень сложным и интересным. Еще в первой четверти XX века физики обнаружили у жидкого гелия несколько парадоксальных свойств, которые прежде не наблюдались ни у какого другого вещества. Оказалось, что при температуре очень близкой к абсолютному нулю (2,19° по Кельвину или — 270,81° по Цельсию) с жидким гелием происходила поразительная перемена, так что гелий выше и ниже этой температуры вели себя как совершенно различные жидкости. Причем, если выше 2,19° К поведение гелия укладывалось в рамки известных законов классической физики, то ниже эти законы нарушались. Стало очевидным, что при сверхнизких температурах, близких к абсолютному нулю, гелий переходит в совершенно особенное, прежде никогда не наблюдавшееся состояние, которое стали называть «гелий II». Прежде всего гелий II имел феноменальную теплопроводность — в несколько сот раз превышавшую теплопроводность самых теплопроводных в мире веществ — меди и серебра. Другой особенностью гелия II была его поразительно маленькая вязкость. До этого самым невязким веществом из существующих в природе считался газообразный водород. Однако Капица, проводивший в 1937 г. опыты с гелием II, с удивлением обнаружил, что его вязкость по крайней мере в 10 000 раз меньше, чем у водорода. Это явление он назвал «сверхтекучестью». Показателен, например, такой опыт Капицы: он заставлял гелий II протекать через очень узкие щели. Щели эти были настолько тонкие, что даже такая с обычной точки зрения невязкая жидкость как вода, вытекала бы через них в течение многих и многих суток. Гелий II протекал через эту щель всего за несколько секунд — он оказался почти в миллиард раз менее вязкой жидкостью, чем вода! Скорость истекания гелия через микроскопический капилляр доходила до нескольких тысяч метров в секунду, то есть превышала скорость полета пули! Опыт с перетеканием гелия сопровождался еще одной странной аномалией: при измерении температуры оказалось, что гелий в том сосуде, куда он втекает, охлаждается, а в том сосуде, из которого он вытекает, нагревается. Все выглядело так, как будто, вытекая, гелий «прихватывал» с собой добавочный холод, который и отдавал своему новому «жилищу», а старому, наоборот, оставлял добавочное тепло. Физикам было совершенно непонятно такое странное обращение с теплом — как будто его можно отделить от вещества и пустить в самостоятельную жизнь. Но это было еще не все! Несколько опытов давали совершенно фантастические результаты. Капица устраивал, например, такую демонстрацию: в большой дьюар с гелием погружали маленькую колбочку, тоже наполненную гелием. В колбочку впаивали капилляр, другой конец которого был открыт. И вот, как только в колбочке включался нагреватель, из нее начинала бить струя гелия. Можно было ожидать, что коль скоро из колбочки истекает гелий, она должна опустеть. Однако ничего подобного не происходило! Колбочка оставалась наполненной гелием сколько бы долго не длился эксперимент.
Ландау освободился из тюрьмы как раз в разгар этих опытов и сейчас же с головой ушел в разрешение загадки гелия II. Ему потребовалось около года для того, чтобы объяснить все описанные эффекты. Теория его была дерзкой и столь же парадоксальной, как само явление В математической модели Ландау гелий II рассматривался как «смесь» двух жидкостей — одной сверхтекучей, не обладающей вязкостью, другой — нормальной, причем они двигались друг через друга без какого бы то ни было трения. Ландау показал, что при абсолютном нуле весь гелий представляет из себя сверхтекучую массу, а масса нормальной компоненты равна нулю. Затем, при повышении температуры, нормальная компонента стремительно возрастает, и в критической точке, при температуре 2,19° К, весь гелий становится нормальным. При этом с теплом, с температурой была связана только нормальная составляющая гелия. Движение же сверхтекучей компоненты вообще не сопровождалось каким-либо переносом теплоты. То есть в известном смысле можно было говорить о том, что в гелии II тепло отрывалось от общей массы жидкости и как бы приобретало способность перемещаться относительно некоторого «фона», находящегося при абсолютном нуле температуры. Именно этим объяснялся описанный выше эффект, когда гелий охлаждался в том сосуде, куда втекал, а нагревался в том, откуда вытекал. Ведь при сверхтекучем движении гелий вытекает без всякого тепла. Поэтому в том сосуде, куда он втекает, остается одно и то же количе-, ство тепла, а гелия становится больше. Следовательно, гелий в этом сосуда начинет охлаждаться. Наоборот, в том сосуде, откуда гелий вытекал, его становилось меньше, а тепла оставалось столько же. Естественно, он казался более нагретым. Опыт с колбочкой также объяснялся наличием двух составляющих. При нагревании гелия в колбе, из нее начинала бить струя нормалм ного гелия. Но через тот же капилляр, навстречу этой струе и как бы сквози нее в колбу втекал поток сверхтекучей компоненты. Обе эти компоненты были равны по массе, и в этом заключался секрет удивительного явления — струя бьет, а колбочка не пустеет. Этим же встречным движением двух компонент объяснялась фантастическая теплопроводность гелия II: в нем возникали два противоположно направленных встречных потока. От нагретого конца к холодному шел поток нормальной жидкости, переносящей тепло, а в обратном направлении — поток сверхтекучей жидкости. Оба потока по количеству переносимой ими массы в точности компенсировали друг друга. Модель Ландау многим казалась фантастичной, но вскоре она была подтверждена экспериментально. Это было одно из фундаментальных достижений теоретической) физики тех лет. 1 В 1940 г. Ландау женился на Коре Дробанцевой, с которой познакомился) еще в Харькове и которую страстно любил всю свою жизнь. Только после) этого он оказался окружен уютом и вниманием, которого не имел долгие годы) своей холостяцкой жизни. Вообще Ландау был удивительно равнодушен к) бытовым мелочам, прежде всего к одежде и еде. В Харькове он не обращал на свой костюм никакого внимания — мог явиться на свидание или в театр в мятых и грязных парусиновых брюках или прийти на какой-нибудь важный) прием в клетчатой рубашке и босоножках Только после свадьбы, когда жена стала заказывать ему костюмы у лучших портных, он привык к дорогим и элегантным вещам. Пишут, что увлеченный какой-нибудь проблемой, Ландау начисто забывал о сне и еде. Жене приходилось постоянно напоминать ему, что пора обедать.
Научная деятельность Ландау в последующие годы была неразрывно связана с Институтом физических проблем Капицы, причем он никогда не замыкался на какой-то одной теме, а проявлял поразительную разносторонность.
Он был настоящим физиком-универсалом и кроме создания фундаментальной теории сверхтекучести жидкого гелия написал несколько основополагающих работ в области сверхпроводимости, а также по кардинальным проблемам физики элементарных частиц и физики плазмы. Он интересовался и многими другими вопросами — фактически не было такой отрасли теоретической физики, в развитие которой он бы не внес своего вклада. В 1946 г.
Ландау был избран действительным членом Академии наук. В 40-х гг. возобновилась его преподавательская деятельность. В 1943–1947 гг. он преподавал на кафедре низких температур Московского университета, а с 1947 по 1950 г. — на кафедре общей физики Московского физико-технического института. Как педагог он был столь же талантлив, как и ученый. Речь его была удивительно живой и емкой. Ландау всегда выступал без конспектов, и выступал так, что стенограмму можно было печатать без правки. Его ответы на вопросы слушателей являли собой воплощенное остроумие, находчивость и быстроту реакции, здесь он не знал себе равных.