Физика

Нобелевские лауреаты: Лев Ландау

Зовите меня «Дау»

Wikimedia Commons

О том, как прямо из застенков НКВД физик отправился делать свою нобелевскую работу, о теории счастья и о том, кто на самом деле бывает ученым, рассказывает очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Сегодня – самая непростая, пожалуй, для автора глава проекта. Дело в том, что уж очень нестандартный герой у нас на этот раз. И практически невозможно составить к нему однозначное отношение.

Лев Давидович Ландау

Родился 9 (22) января 1908 года, Баку, Российская империя

Умер 1 апреля 1968 года, Москва, СССР

Нобелевская премия по физике 1962 года (единолично). Формулировка Нобелевского комитета: «За новаторские теории конденсированных сред, в особенности жидкого гелия (for his pioneering theories for condensed matter, especially liquid helium)».

Наш герой родился в Баку в семье двух неординарных евреев. Отец, Давид Львович Ландау, был инженером-нефтяником и нефтяником-ученым. Например, он был автором статьи «Способ тушения горящего нефтяного фонтана». Мать, Любовь Вениаминовна Гаркави, была ученым-фармакологом и токсикологом, автором статей о дигиталисе, об иммунитете жаб к собственному яду, а также учебника по экспериментальной фармакологии.

Семья Ландау. 1910 год

Wikimedia Commons

Младший ребенок в семье рано проявил свою гениальность. Дифференцировать он научился в 12, интергрировать в 13. Поступил в 14 в Бакинский университет, сразу на два факультета – на физмат и на химфак, в 16 за особые заслуги переведен в Ленинград, в 19 лет стал аспирантом в Ленинградском физтехе – и в том же возрасте сделал свои первые работы, которые заставили говорить о нем весь мир. В частности, Дау (наш герой терпеть не мог свое имя Лев) ввел понятие матрицы плотности, ставшее основополагающим в квантовой статистике.

В 1929 году, в возрасте 21 года, Ландау отправили от Наркомата просвещения в командировку в Германию для продолжения образования. Там он общался с Эйнштейном, Борном, Гейзенбергом, Вигнером, Дираком и учился у Бора, которого считал единственным своим учителем. Кроме того, он познакомился с Капицей, с которым потом будет работать. Под руководством Бора Ландау сделал важнейшую работу о диамагнетизме электронного газа, которая его прославила.

В 1930 году Ландау уже вел себя как звезда, давал интервью (правда, в основном, студенческим газетам), говоря иногда очень важные вещи, а иногда – откровенно эпатажные. Например, пассаж о гуманитарных науках: «…после революции на гуманитарные науки не обращали должного внимания, отдавая предпочтение техническим наукам. Это было абсолютно необходимо, но теперь – другое дело. Лично я считаю, что сейчас слишком много средств тратится на псевдонауки, как, например, историю литературы, историю искусства, философию и др. Но что же делать. Разве не главное то, что мы имеем возможность наслаждаться хорошей литературой и искусством. Литературные, историко-искусствоведческие и метафизические безделушки ни для кого не представляют ценности, кроме идиотов, занимающихся ими. Кто поверит, что науку можно построить только на словах».

В 1931 году Дау уже в статусе мировой знаменитости (в 23-то года!) вернулся в Ленинград. Еще до отъезда Ландау, мягко скажем, не ладил с руководителем ФТИ Абрамом Иоффе, постоянно отпускал в его сторону уничижительные реплики («вы не физик, вы талмудист» и тому подобное) – и как только пришло хорошее предложение с переездом в другую столицу, в тогдашний центр Украинской ССР, Харьков, он сразу же согласился возглавить теоретический отдел Украинского физико-технического института (УФТИ). Именно там была знаменитая школа Ландау, именно там сформировался знаменитый теорминимум Ландау из девяти экзаменов, сдавшие который считались учениками Дау (существовал даже официальный список сдавших). Именно там начался знаменитый Ландафшиц – «Курс теоретической физики» в 10 томах под авторством Ландау и второго из сдавших теорминимум – Евгения Михайловича Лифшица. Впрочем, и тут характер Дау дал себя знать – не поладив с одним из первых своих учеников, Леонидом Пятигорским, он вычеркнул его и из списков сдавших теорминимум (точнее – не включил позднее, когда составлял), и из соавторов первого тома Ландавшица, хотя Пятигорский написал большую его часть. «Отлучил от церкви».

Команда УФТИ

Wikimedia Commons

В 1937 году Ландау переезжает в Москву – к отстроившему свой персональный институт Петру Леонидовичу Капице. Там уже вовсю шли работы по жидкому гелию, и хороший теоретик (а лучше – гениальный, как Дау) был очень нужен.

1938 год стал очень важным. 8 января 1938 года в Nature выходит статья Капицы «Вязкость жидкого гелия при температурах ниже лямбда-точки». В ней мир был извещен об открытии сверхтекучести гелия-4: способности жидкого гелия течь без вязкости. Благодаря этому жидкий гелий мог протекать сквозь любой капилляр, «выбираться» по стенкам сосуда, и при этом, если вращать ротор внутри сверхтекучего гелия, ротор встречал сопротивления, как будто бы вязкость есть. Нужно было объяснить наблюдаемое. Естественно, Капица поделился с сотрудником всеми данными еще до публикации. Однако с работой Ландау пришлось задержаться на год: в апреле 1938 года его арестовывают по обвинению в шпионаже в пользу Германии.

Фотографии из дела Ландау

Wikimedia Commons

Капица мгновенно начал борьбу за освобождение своего сотрудника: он не боялся писать Сталину лично.

В день ареста в Кремль уходит письмо:

«Товарищ Сталин!

Сегодня утром арестовали научного сотрудника Института Л. Д. Ландау. Несмотря на свои 29 лет, он вместе с Фоком — самые крупные физики-теоретики у нас в Союзе. Его работы по магнетизму и по квантовой теории часто цитируются как в нашей, так и в заграничной научной литературе. Только в прошлом году он опубликовал одну замечательную работу, где первый указал на новый источник энергии звездного лучеиспускания. Этой работой дается возможное решение: "почему энергия солнца и звезд не уменьшается заметно со временем и до сих пор не истощилась". Большое будущее этих идей Ландау признают Бор и другие ведущие ученые.

Нет сомнения, что утрата Ландау как ученого для нашего института, как и для советской, так и для мировой науки, не пройдет незаметно и будет сильно чувствоваться. Конечно, ученость и талантливость, как бы велики они ни были, не дают право человеку нарушать законы своей страны, и, если Ландау виноват, он должен ответить. Но я очень прошу Вас, ввиду его исключительной талантливости, дать соответствующие указания, чтобы к его делу отнеслись очень внимательно. Также, мне кажется, 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, вроде наших академиков, то начинает непочтительно дразнить. Этим он нажил много врагов.

У нас в институте с ним было нелегко, хотя он поддавался уговорам и становился лучше. Я прощал ему выходки ввиду его исключительной даровитости. Но при всех своих недостатках в характере мне очень трудно поверить, что Ландау был способен на что-нибудь нечестное.

Ландау молод, ему представляется еще многое сделать в науке. Никто, как другой ученый, обо всем этом написать не может, поэтому я и пишу Вам».

Сталин не ответил, но Капица не унялся и подключил Бора, который тоже написал письмо Сталину с фразой «Я не могу представить себе, чтобы проф. Ландау, голова которого занята только мыслями о теоретической физике, мог совершить что-либо такое, что оправдывало бы его арест».

Но только через год после ареста еще одно письмо Капицы, на сей раз – к Берии, возымело действие:

«26 апреля 1939 года

Прошу освободить из-под ареста арестованного профессора физики Льва Давидовича Ландау под мое личное поручительство.

Ручаюсь перед НКВД в том, что Ландау не будет вести какой-либо контрреволюционной деятельности против советской власти в моем институте, и я приму все зависящие от меня меры к тому, чтобы он и вне института никакой контрреволюционной работы не вел. В случае, если я замечу со стороны Ландау какие-либо высказывания, направленные во вред советской власти, то немедленно сообщу об этом органам НКВД.

П. Капица».

Удивительно, но Ландау вышел (уголовное дело против него формально будет прекращено только в 1990 году) и продолжил занятия по объяснению сверхтекучести.

Почтовая марка, посвященная открытию сверхтекучести

Wikimedia Commons

В 1938 году, пока Ландау был в тюрьме, Ласло Тисса предположил, что жидкий гелий в действительности представляет собой вырожденный идеальный бозе-газ, а атомы, находящиеся в основном состоянии, движутся через жидкость без трения. Ландау в своей работе 1941 года показал несостоятельность работы Тисса и предложил свою теорию: существования двух компонент в жидком гелии, двух типов квазичастиц: фононов, описывающих относительно нормальное прямолинейное распространение звуковых волн при малых значениях импульса и энергии, и «ротонов», описывающих вращательное распространение волн. По мнению Ландау, все экспериментальные проявления сверхтекучести представляют собой различные вклады фононов и ротонов, а также их взаимодействие.

По словам Ландау, жидкий гелий можно рассматривать как «нормальную» компоненту, погруженную в сверхтекучий «фон». В итоге в экспериментах по вытеканию гелия в узкий капилляр сверхтекучая компонента течет, в то время как фононы и ротоны сталкиваются со стенками, которые удерживают их. А вот в случае с ротором, вращающимся в жидком гелии, вклад сверхтекучей компоненты ничтожно мал.

Сверхтекучий гелий

Wikimedia Commons

При этом теория Ландау опиралась на совершенно новый математический аппарат, который в итоге и привел Льва Дмитриевича к Нобелевской премии 1962 года. Кстати, очень интересно было бы посмотреть, как вел бы себя «хулиган» Ландау во время церемонии вручения премии? Сказал бы какую-то дерзость королю – или коллегам? Высказал бы мнение о том, что литература, за которую тоже вручают премии, – недостойна научного изучения?

Говорить о личности Ландау как человека очень сложно. Характер нашего героя был не просто «не сахар», а вообще ужасен (раз уж сам Капица использует этот факт в письме Сталину). Может быть, именно из-за общего фона те немногочисленные люди, к кому Ландау относился по-человечески, воспринимали это как чудо и считали Дау человеком потрясающих душевных качеств. Дополнительным штрихом будут отношения Ландау с женщинами (многочисленными) и странный брак с Корой, перед которым будущие супруги договаривались, что не будут ревновать – но далеко не факт, что Кора понимала, о чем она договаривается.

При этом афористичность Дау вошла в научный фольклор, и многие его фразочки до сих пор ходят среди российских ученых (кстати, само слово «ученый» Дау ненавидел и говорил, что «учеными бывают собаки, и то после того, как их научат. Мы — научные работники!» И при этом Ландау искренне считал, что главная обязанность человека – быть счастливым. И даже построил свою «формулу счастья».

В любом случае – что было, то было. И гений, и «злодейство». И в любом случае, все это продлилось не очень долго. В 1962 году научный путь Ландау завершился – за шесть лет до физической смерти.

Процитируем книгу Майи Бессараб «Так говорил Ландау»:

«В воскресенье 7 января 1962 года была страшная гололедица. Накануне шел дождь, к утру подморозило, и весь город превратился в сплошной каток.

Часов около десяти утра к двери Ландау подъехала "Волга", за рулем физик — Владимир Судаков, с ним его жена Вера. Дау собрался в Дубну, ему надо было встретиться с друзьями. Но главная причина поездки заключалась в том, что ему хотелось поговорить с Семеном Герштейном, от которого ушла жена и который очень тяжело переживал все это вот к своим ученикам Дау относился очень нежно и заботился о них очень сильно – прим. авт.. Я пришла минут через десять после того, как Дау уехал, и сказала Коре, что еле добралась до их дома: все покрыто льдом. Дау мог этого не заметить, но вот почему водитель не отменил поездку — непонятно. На Дмитровском шоссе машина Судакова начала обгонять стоявший на остановке автобус. Навстречу шел грузовик. Судаков испугался и резко затормозил. Машину крутануло, потеряв управление, она завертелась на льду, как хоккейная шайба. Грузовик ударил намертво, коротким, страшной силы ударом, и весь этот удар пришелся на Дау, прижатого силой инерции к стеклу.

"Когда кончилось это безумное скольжение, — рассказывала впоследствии Вера Судакова, — я подумала: слава Богу, обошлось, и в эту секунду на меня упал Дау". Начало Дмитровского шоссе. Столкнувшиеся машины. Из виска и уха мертвенно-бледного пассажира "Волги" сочится кровь. Скорая прибыла к месту аварии через несколько минут. Врач с ужасом увидел, что человек из толпы прикладывает к голове раненого снег.

В 11.10 пострадавший доставлен в 50-ю больницу Тимирязевского района Москвы. Он был без признаков жизни. Первая запись в истории болезни: "Множественные ушибы мозга, ушибленно-рваная рана в лобно-височной области, перелом свода и основания черепа, сдавлена грудная клетка, повреждено легкое, сломано семь ребер, перелом таза. Шок"».

Собравшиеся по звонку врачи сочли травмы несовместимыми с жизнью, однако борьбу за великого ученого начали.

Ландау не умер – хотя для этого пришлось задействовать многих великих ученых. Например, 22 января начался отек мозга. Нужна была мочевина медицинской чистоты, которую не производили в СССР. Мочевину в итоге раздобыл сэр Джон Дуглас Кокрофт, по его звонку самолет British Airways задержали на два часа – и препарат прилетел в Москву.

Собирали межународные консилиумы, заключение о здоровье физика делал даже выдающийся нейробиолог и нейрохирург Уайлдер Пенфилд.

Уайлдер Пенфилд

Wikimedia Commons

После стабилизации Ландау встал другой вопрос – сможет ли Дау вернуться к научной работе. Снова консилиумы и тесты, которые и без того едкий Ландау ненавидел. Он «послал» даже великого нейропсихолога Александра Лурию, который пришел к нему со своими тестами.

В ноябре 1962 года Ландау была присуждена Нобелевская премия по физике. Журнал Life не преминул опубликовать статью с громким заголовком «Нобелевская премия после смерти» (напомним, что по своему статуту премия только прижизненная).

Дау номинировали на премию 21 раз, с 1954 года. Кстати, что характерно – только два российских ученых номинировали физика – Михаил Леонтович и Лев Арцимович. Бор (точнее – оба, и Нильс, и Оге), Гейзенберг, Паули, Розенфельд…

В год присуждения премии сам Ландау был аутсайдером – если считать по количеству номинаций: всего две. Столько же, кстати, получил Евгений Константинович Завойский, первооткрыватель электронного парамагнитного резонанса. Для сравнения: астрофизик Ганс Бете (премия 1967 года) – девять номинаций, теоретик Ричард Фенман (премия 1965 года) – семь номинаций, создатель мазера Чарльз Таунс (премия 1964 года) – восемь. А ведь еще были Джеймс ван Аллен, Юджин Вигнер, Шатьендранат Бозе, в честь которого названы бозоны… Но выбор Нобелевского комитета пал на Ландау (к слову, сам Ландау номинировал на премию всего один раз – Капицу, но первооткрыватель сверхтекучести получит свою премию только через сорок лет после открытия и через десять лет после смерти человека, давшего ей объяснение).

Евгений Завойский

Wikimedia Commons

10 декабря состоялась необычная, уникальная для Нобелевского комитета церемония: медаль, диплом и чек вручали Ландау в больнице. Он принял посла Швеции в СССР Рольфа Сульмана не в палате, а в зале, куда вышел сам, опираясь на палку.

Сульман сказал: «Нобелевский комитет очень сожалеет, что вы, господин Ландау, не смогли приехать в Стокгольм и получить эту награду лично из рук короля. Ради этого случая допускается отступление от существующих правил».

Ландау ответил: «Благодарю вас, господин посол. Прошу передать мою глубочайшую благодарность Нобелевскому комитету, а также наилучшие пожелания Его Величеству, королю Швеции. Надеюсь посетить вашу замечательную столицу, как только выздоровлю».

Увы, этого так и не случилось. Шесть лет спустя оторвавшийся тромб завершил земной путь самого нестандартного, самого эпатажного физика нашей страны. Физика-теоретика и теоретика счастья.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.