Теоретический максимум

22 января
Теоретический максимум
Лев Давидович Ландау на прогулке неподалеку от МГУ, 1963 год
Фотография: ТАСС

Рано проявившиеся математические способности (дифференцировать научился в двенадцать лет, интегрировать — в тринадцать) обещали Ландау судьбу вундеркинда. В четырнадцать Лев поступает в Бакинский университет сразу на два факультета: физико-математический и физический.

Уже в шестнадцатилетнем возрасте одаренного юношу переводят в столицу советской физики — Ленинград, на физмат ЛГУ. В мировой физике происходит квантово-релятивистская революция, и Ландау вместе с друзьями, к числу которых принадлежали Георгий Гамов, Дмитрий Иваненко и Матвей Бронштейн (все они стали замечательными физиками) запоем читают новые статьи Эйнштейна, Гейзенберга и Шредингера. Правда, только восемнадцатилетнему Ландау удается внести фундаментальный вклад в квантовую теорию — одновременно с великим фон Нейманом и независимо от него: ввести понятие матрицы плотности, описывающей смешанные состояния квантово-механической системы, в то время как волновая функция, введенная Шредингером, могла описывать только ее чистые состояния.


В гостях у мировой физики

Окончив университет, Ландау становится аспирантом и сотрудником знаменитого ЛФТИ, главной кузницы кадров советской физики, возглавляемой Абрамом Иоффе. Почти сразу Наркомпрос направляет его для продолжения образования в длительную, почти на два года, зарубежную командировку (частично поездку финансировал Рокфеллеровский фонд). Она превратилась в «пир духа» для молодого физика, посетившего едва ли не все главные центры генерации новых знаний. В Берлине он встречался с Эйнштейном, в Геттингене посещал семинары Борна, в Лейпциге встречался с Гейзенбергом, в Кембридже — с Капицей и Резерфордом. Но, пожалуй, самыми важными для Ландау оказались дни, проведенные в Копенгагене у Бора; собственно, там и располагалась негласная столица квантовой теории. Впоследствии Ландау только Бора считал своим учителем, Бор же называл Ландау своим любимым учеником.

Именно в Копенгагене двадцатидвухлетнему Ландау удалось сделать вторую свою классическую работу, по диамагнетизму свободных электронов в металлах во внешнем магнитном поле — чисто квантовый эффект, благодаря которому его имя уже навсегда вошло в учебники: уровни энергии таких электронов стали называться уровнями Ландау.

Ландау не раз предлагали остаться за границей «на очень выгодных условиях», но убежденный марксист и патриот неизменно отвечал, что его задача — создать великую физическую школу в Советской России. Будущий отец водородной бомбы Эдвард Теллер, общавшийся с Ландау в Копенгагене, определил его как «пламенного коммуниста».

В Ленинград Ландау возвращается физиком с мировым именем, и работать под началом «папы Иоффе» ему становится некомфортно. Ему предлагают возглавить теоротдел Украинского физико-технического института (УФТИ) в Харькове, где была мощная экспериментальная школа (Шубников и другие). Ландау соглашается, и Харьков начинает соперничать с Ленинградом в праве называться главным физическим городом СССР. Сюда ездят исследовать и преподавать мировые знаменитости (о постоянной работе в Харькове задумывается, например, Пауль Эренфест), первоклассные научные результаты сыплются как из рога изобилия. Именно здесь Ландау ввел понятие об антиферромагнетизме как особой фазе вещества, в которую оно переходит не постепенно, а мгновенно, причем причиной перехода оказывается изменение симметрии. Позже это позволило Ландау объявить о существовании фазовых переходов второго рода в самых разных явлениях, происходящих при скачкообразном изменении симметрии.


Школа Ландау

Однако расцвет харьковской физики был недолог: в 1937 году в УФТИ начинаются аресты. Областные органы НКВД инициируют дела против иностранных сотрудников института Вайсберга и Хоутерманса, затем берутся за советских физиков, соавторов и единомышленников Ландау — Розенкевича, Шубникова, Горского (всех их вскоре расстреляли). Ландау по настоянию своей будущей жены Коры (согласно ее воспоминаниям) ночью спешно уезжает в Москву, и его берет на работу в свой только что созданный Институт физических проблем (ИФП) давний знакомец по Кембриджу Петр Капица. Ландау близок к депрессии, он разочаровывается в существующей политической системе, считая, что Сталин извратил марксизм (по-видимому, к тому времени относится одно из его многочисленных «бонмо» о том, что средства производства в СССР принадлежат не народу, а бюрократии). В 1938 году он делает самоубийственный шаг: принимает участие в составлении листовки, призывающей в «Антифашистскую рабочую партию» для свержения сталинского режима, которую предполагалось распространить среди студентов накануне Первомая. Ландау арестовывают и сажают в тюрьму. Дело слишком ясное и для менее кровожадного времени, а тут 1938 год. Однако в тюрьме Ландау проводит всего год — письмо Бора Сталину и хлопоты Капицы, предлагавшего взять Ландау на поруки, приводят к счастливому для мировой науки результату — политически незрелый физик-теоретик возвращается в ИФП. Вскоре после освобождения Ландау берется за объяснение открытия, сделанного Капицей, — потери вязкости жидким гелием при сверхнизких температурах. Он с блеском справляется с задачей, создав теорию сверхтекучести, а несколько позже и общую теорию квантовой жидкости. По мысли Ландау, атомы жидкого гелия образуют при низкой температуре особую квантовую жидкость. Возбуждения этой жидкости представляют собой звуковые волны. Однако при температурах вблизи абсолютного нуля эти возбуждения не могут возникнуть, если жидкость течет со скоростью, меньшей скорости звука, и, таким образом, она не будет обладать вязкостью.

Ландау привлекают и к работе над атомным проектом. Сначала он с интересом занимается расчетами, но когда физика бомбы в деталях становится понятной, он выходит из проекта, заслужив тем не менее благодарность государства: три Сталинские премии, орден Ленина и звание Героя социалистического труда.

В ИФП создается школа Ландау, участником которой мог стать любой сдавший мэтру теорминимум по математике и основным курсам теоретической физики. Среди его учеников физики из самых разных областей, в том числе два наших нобелевских лауреата Гинзбург и Абрикосов, вместе с Ландау разрабатывавшие теорию сверхпроводимости. Сначала теорминимум сдавался по конспектам лекций, но затем был издан выдающийся и единственный в своем роде курс теоретической физики Ландау—Лифшица, который до сих пор остается настольной книгой студентов и аспирантов физфаков всего мира.

Ландау вносит вклад в такое количество физических дисциплин, что в ХХ веке мало кого можно поставить рядом с ним по универсализму. Помимо уже перечисленных он оставил след классика в физике космических лучей, астрофизике, физике плазмы, гидродинамике, физике атомного ядра и элементарных частиц, химической физике. Наверное, этот список мог бы быть еще длиннее, если бы в январе 1962 года на пути в Дубну Ландау не попал в страшную автомобильную аварию. По мнению врачей, полученные им травмы несовместимы с жизнью, но мобилизация советского и мирового сообщества физиков позволяет достать редкие лекарства, собрать у постели умирающего мировых светил и продлить его жизнь еще на несколько лет. Ландау успевают вручить Нобелевскую премию (уникальный случай, когда главная научная награда вручалась в Москве, а не в Стокгольме), но вернуться к нормальным занятиям физикой последствия катастрофы ему не позволили.