Лев Ландау (годы жизни – 1908-1968) – великий советский физик, уроженец Баку. Ему принадлежит множество интересных исследований и открытий. Можете ли вы ответить на вопрос, Лев Ландау за что получил Нобелевскую премию? В этой статье мы расскажем о его достижениях и основных фактах биографии.
Происхождение Льва Ландау
Можно долго говорить о таком ученом, как Лев Ландау. Годы жизни, род занятий и достижения этого физика - все это наверняка интересует читателей. Начнем с самого начала - с происхождения будущего ученого.
Он появился на свет в семье Любови и Давида Ландау. Отец его был довольно известным инженером-нефтяником. Он работал на нефтепромыслах. Что касается матери, то по профессии она была врачом. Известно, что эта женщина осуществляла физиологические исследования. Как видно, Лев Ландау был выходцем из интеллигентной семьи. Его старшая сестра, к слову сказать, стала инженером-химиком.
Годы обучения
Лев Давидович учился в средней школе, которую блестяще окончил в возрасте 13 лет. Его родители посчитали, что их сын еще очень молод для обучения в высшем учебном заведении. Поэтому они решили отправить его на один год в Бакинский экономический техникум. Затем, в 1922 году, он был принят в Бакинский университет. Здесь Лев Ландау изучал химию и физику. Спустя два года Лев Давидович перевелся в Ленинградский университет, на физический факультет.
Первые научные работы, аспирантура
В возрасте девятнадцати Ландау стал уже автором четырех научных работ, которые были опубликованы. В одном из этих трудов впервые была использована так называемая матрица плотности. Этот термин в наше время широко применяется. Им описываются квантовые энергетические состояния. Ландау окончил университет в 1927 году. Затем он поступил в аспирантуру, выбрав Ленинградский физико-технический институт. В этом учебном заведении он работал над квантовой электродинамикой и магнитной теорией электрона.
Командировка
В период с 1929 по 1931 год был в научной командировке Лев Ландау. Годы жизни, род занятий и достижения этого ученого связаны с тесным сотрудничеством с иностранными коллегами. Так, во время командировки он побывал в Швейцарии, Германии, Нидерландах, Англии и Дании. В эти годы он встретился и познакомился с основоположниками квантовой механики, которая тогда только что появлялась. В числе ученых, с которым встретился Ландау, был Вольфганг Паули, Вернер Гейзенберг и Нильс Бор. К последнему Лев Давидович сохранил дружеские чувства на всю свою жизнь. Этот ученый особенно сильно повлиял на Ландау.
Лев Давидович, находясь за границей, осуществил важные исследования свободных электронов (их магнитных свойств). Кроме того, совместно с Пайерлсом он провел исследования и по релятивистской квантовой механике. Благодаря этим работам Лев Ландау, род занятий которого заинтересовал зарубежных коллег, стал считаться одним из ведущих физиков-теоретиков. Ученый узнал, как обращаться с весьма сложными теоретическими системами. Нужно отметить, что впоследствии это умение очень ему пригодилось, когда Ландау начал проводить исследования, касающиеся физики низких температур.
Переезд в Харьков
Лев Давидович в 1931 году вернулся в Ленинград. Однако вскоре он решил перебраться в Харьков, который в то время был столицей Украины. Здесь ученый работал в Украинском физико-техническом институте, был руководителем его теоретического отдела. Одновременно Лев Давидович был главой кафедр теоретической физики в Харьковском университете и Харьковском инженерно-механическом институте. В 1934 году Академия наук СССР удостоила его степени доктора физико-математических наук. Для этого Ландау не потребовалось даже защищать диссертацию. Звание профессора было присуждено уже в следующем году такому ученому, как Лев Ландау.
Род занятий его охватывал все новые и новые области науки. Ландау в Харькове опубликовал труды на такие темы, как дисперсия звука, происхождение энергии звезд, рассеяние света, передача энергии, происходящая при столкновениях, сверхпроводимость, магнитные свойства различных материалов и др. Благодаря этому он стал известен как теоретик, имеющий необычайно разносторонние научные интересы.
Отличительная черта работ Ландау
Впоследствии, когда появилась физика плазмы, работы Ландау, посвященные частицам, взаимодействующим электрически, оказались весьма полезными. Позаимствовав из термодинамики некоторые понятия, ученый высказал ряд новаторских идей, касающихся низкотемпературных систем. Нужно сказать, что все работы Ландау характеризуются одной важной чертой – виртуозным использованием математического аппарата при поиске решения сложных задач. Лев Ландау внес значительный вклад в квантовую теорию, а также в исследования взаимодействия и природы элементарных частиц.
Школа Льва Ландау
Диапазон его исследований поистине широк. Они охватывают практически все основные области теоретической физики. Благодаря такой широте своих интересов ученый привлек в Харьков множество талантливых молодых ученых и одаренных студентов. В их числе был Лифшиц Евгений Михайлович, который стал сотрудником Льва Давидовича и его ближайшим другом. Школа, выросшая вокруг Льва Ландау, превратила Харьков в один из ведущих центров теоретической физики в СССР.
Ученый был убежден в том, что физик-теоретик должен быть основательно подкован во всех областях этой науки. С этой целью Лев Давидович разработал весьма жесткую программу подготовки. Он назвал эту программу "теоретическим минимумом". Претенденты, которые хотели участвовать в работе семинара, руководимого им, должны были соответствовать очень высоким требованиям. Достаточно сказать, что за 30 лет, несмотря на множество желающих, всего 40 человек сдало экзамены по "теорминимуму". Однако тем, кому это удалось, Лев Давидович щедро уделял свое внимание и время. Кроме того, им была предоставлена полная свобода выбора при выборе темы исследования.
Создание курса теоретической физики
Ландау Лев Давидович поддерживал дружеские отношения со своими сотрудниками и учениками. Они с любовью называли ученого Дау. В помощь им в 1935 году Лев Давидович создал подробный курс теоретической физики. Он был опубликован Ландау совместно с Е. М. Лифшицем и представлял собой серию учебников. Их содержание авторы обновляли и пересматривали в течение дальнейших 20 лет. Огромную популярность завоевали эти пособия. Они были переведены на множество языков мира. В настоящее время эти учебники по праву считаются классическими. В 1962 году за создание данного курса Ландау и Лифшиц получили Ленинскую премию.
Работа с Капицей
Лев Давидович в 1937 году откликнулся на приглашение Петра Капицы (фото его представлено далее) и стал главой отдела теоретической физики в московском Институте физических проблем, вновь созданном в то время. Однако уже на следующий год ученый был арестован. Ложное обвинение гласило, что он занимался шпионажем в пользу Германии. Лишь благодаря вмешательству Капицы, который лично обратился в Кремль, Лев Ландау был освобожден.
Когда Ландау перебрался из Харькова в Москву, Капица как раз занимался экспериментами с жидким гелием. Если температура опускается ниже 4,2 К (абсолютная температура измеряется в градусах Кельвина и отсчитывается от -273,18 °С, то есть от абсолютного нуля), газообразный гелий становится жидкостью. В данном состоянии он называется гелием-1. Если понизить температуру до 2,17 К, он переходит в жидкость, именуемую гелием-2. Она обладает весьма интересными свойствами. Гелий-2 способен с легкостью протекать сквозь самые мелкие отверстия. Кажется, как будто вязкость у него полностью отсутствует. Вещество поднимается вверх по стенке сосуда, словно сила тяжести не воздействует на него. Кроме того, его теплопроводность превосходит теплопроводность меди в сотни раз. Капица решил назвать сверхтекучей жидкостью гелий-2. Однако при проверке выяснилось, что его вязкость не нулевая.
Ученые предположили, что столь необычное поведение объясняется эффектами, которые относятся к области не классической физики, а квантовой теории. Эти эффекты проявляются лишь при низких температурах. Обыкновенно они дают о себе знать в твердых телах, поскольку при этих условиях большинство веществ замерзает. Исключением является гелий. Это вещество до абсолютного нуля остается жидким, если оно не подвержено высокому давлению. Ласло Тисса в 1938 году предположил, что в действительности жидкий гелий – это смесь двух форм: гелия-2 (жидкости сверхтекучей) и гелия-1 (жидкости нормальной). При падении температуры практически до абсолютного нуля первый становится доминирующей компонентой. Данная гипотеза объясняет появление различной вязкости при разных условиях.
Как Ландау объяснил явление сверхтекучести
Лев Ландау, краткая биография которого описывает лишь основные его достижения, смог объяснить явление сверхтекучести, используя при этом совершенно новый математический аппарат. Другие ученые опирались на квантовую механику, которую применяли для анализа поведения отдельных атомов. Ландау же рассмотрел квантовые состояния жидкости практически так же, как если бы она являлась твердым телом. Он выдвинул гипотезу о том, что есть две компоненты возбуждения, или движения. Первая из них – это фононы, которые описывают нормальное прямолинейное распространение волн звука при малых значениях энергии и импульса. Вторая – ротоны, которые описывают вращательное движение. Последнее является более сложным проявлением возбуждений, возникающим при более высоких значениях энергии и импульса. Ученый отметил, что наблюдаемые явления можно объяснить вкладами ротонов и фононов и их взаимодействием.
Ландау утверждал, что жидкий гелий можно рассматривать в качестве "нормальной" компоненты, которая погружена в сверхтекучий "фон". Как же можно объяснить то, что жидкий гелий истекает через узкую щель? Ученый отметил, что только сверхтекучая компонента в этом случае течет. А ротоны и фононы сталкиваются со стенками, удерживающими их.
Значение теории Ландау
Теория Ландау, а также дальнейшие ее усовершенствования сыграли очень важную роль в науке. Они не просто объяснили наблюдаемые явления, но также и предсказали некоторые другие. Один из примеров – это распространение двух волн, обладающих различными свойствами и именуемых первым и вторым звуком. Первый звук представляет собой обычные звуковые волны, тогда как второй является температурной волной. Благодаря теории, созданной Ландау, ученые смогли значительно продвинуться в уяснении природы сверхпроводимости.
Годы Второй мировой войны и послевоенное время
Лев Давидович во время Второй мировой войны занимался изучением взрывов и горения. В частности его интересовали ударные волны. После мая 1945 года и вплоть до 1962-го ученый работал над различными задачами. В частности он исследовал редкий изотоп гелия, имеющий атомную массу 3 (обычно масса его 4). Лев Давидович предсказал существование для этого изотопа нового вида распространения волн. "Нулевой звук" - так назвал его Лев Давидович Ландау. Биография его отмечена, кроме того, участием в создании атомной бомбы в СССР.
Автокатастрофа, Нобелевская премия и последние годы жизни
В возрасте 53 лет он попал в автокатастрофу, в результате чего получил тяжелые повреждения. Множество врачей из СССР, Франции, Канады, Чехословакии боролись за жизнь ученого. Он пробыл без сознания 6 недель. В течение трех месяцев после автокатастрофы не узнавал даже близких Лев Ландау. Нобелевская премия была присуждена ему в 1962 году. Однако по состоянию здоровья он не смог поехать в Стокгольм, для того чтобы получить ее. На фото ниже можно видеть Л. Ландау с супругой в больнице.
Премия была вручена ученому в Москве. После этого Лев Давидович прожил еще 6 лет, однако вернуться к исследованиям он так и не смог. Лев Ландау скончался в Москве в результате осложнений от полученных травм.
Семья Ландау
Ученый в 1937 году женился на Дробанцевой Конкордии, инженере-технологе в области пищевой промышленности. Эта женщина была родом из Харькова. Годы ее жизни – 1908-1984. В семье родился сын, который впоследствии стал физиком-экспериментатором и работал в Институте физических проблем. На фото далее представлены Л. Ландау с сыном.
Это все, что можно рассказать о таком ученом, как Лев Ландау. Биография его, конечно, включает лишь основные факты. Теории, которые он создал, достаточно сложны для неподготовленного читателя. Поэтому в статье лишь вкратце рассказано о том, благодаря чему прославился Лев Ландау. Биография и достижения этого ученого до сих пор вызывают большой интерес во всем мире.
