Основен наука

Лев Давидович Ландау руски физик

Лев Давидович Ландау руски физик
Лев Давидович Ландау руски физик
Anonim

Лев Давидович Ландау, (роден на 9 януари [22 януари, нов стил], 1908, Баку, Руска империя (сега Азербайджан) - на 1 април 1968 г., Москва, Русия, СССР), съветски теоретичен физик, един от основателите на квантовата теория на кондензираната материя, чиито пионерски изследвания в тази област бяха признати с Нобеловата награда за физика от 1962 г.

Ландау беше математически блудник и ужасно увлечен. Неговото образование отразява зигзаговете на радикални образователни реформи през бурния период след руската революция от 1917 г. Подобно на много учени от първото съветско поколение, Ландау не завършва формално някои образователни етапи, като гимназия. Той никога не е написал докторска дисертация, тъй като академичните степени са премахнати и не са възстановени до 1934 г. Завършва бакалавърския курс по физика в Ленинградския държавен университет, където учи от 1924 до 1927 г. През 1934 г. Ландау получава докторска степен като вече утвърден учен.

Докато е бил студент, Ландау публикува първите си статии. През тези години в Германия се появи нова теория за квантовата механика и 20-годишният се оплака, че е пристигнал малко късно, за да участва в голямата научна революция. Към 1927 г. квантовата механика е завършена по същество и физиците започват работа по нейното релативистично обобщение и приложения към твърдото и ядрената физика. Ландау зрее професионално в семинара на Яков И. Френкел в Ленинградския физико-технически институт и след това по време на пътуването му в чужбина от 1929–31. Подкрепен от съветска стипендия и стипендия на Рокфелер, той посещава университети в Цюрих, Копенхаген и Кеймбридж, като се обучава особено от физиците Волфганг Паули и Нилс Бор. През 1930 г. Ландау посочва нов ефект, резултат от квантоването на свободните електрони в кристалите - диаманнетизмът на Ландау, противоположен на спиновия парамагнетизъм, третиран по-рано от Паули. В съвместен документ с физика Рудолф Пейерлс, Ландау аргументира необходимостта от още една радикална концептуална революция във физиката, за да се разрешат нарастващите трудности в релативистката квантова теория.

През 1932 г., скоро след завръщането си в Съветския съюз, Ландау се премества в украинския физико-технически институт (UFTI) в Харков (сега Харков). Наскоро организиран и управляван от група млади физици, UFTI нахлу в новите области на ядрената, теоретичната и нискотемпературната физика. Заедно с първите си студенти - Евгений Лифшиц, Исаак Померанчук и Александър Ахиезер - Ландау изчислява ефектите в квантовата електродинамика и работи върху теорията на металите, феромагнетизма и свръхпроводимостта в тясно сътрудничество с експерименталната лаборатория за криогеника на Лев Шубников в института. През 1937 г. Ландау публикува своята теория за фазови преходи от втори ред, в която термодинамичните параметри на системата се променят непрекъснато, но симетрията й се променя рязко.

Същата година политическите проблеми предизвикват рязкото му преместване в Института на физическите проблеми на Пьотр Капица в Москва. Институционалните конфликти в UFTI и Харковския университет, както и собственото иконоборческо поведение на Ландау, се политизират в контекста на сталинската чистка, създавайки опасна за живота ситуация. По-късно през 1937 г. няколко учени от UFTI бяха арестувани от политическата полиция, а някои, включително Шубников, бяха екзекутирани. Надзорът последва Ландау в Москва, където е арестуван през април 1938 г. след обсъждане на антисталинистична листовка с двама колеги. Една година по-късно Капица успява да освободи Ландау от затвора, като пише на руския премиер Вячеслав М. Молотов, че се нуждае от помощта на теоретика, за да разбере нови явления, наблюдавани в течен хелий.

Квантово теоретично обяснение на откритието на Капица за свръхтечност в течен хелий е публикувано от Ландау през 1941 г. Теорията на Ландау се опира на концепция за колективни възбуждания, която беше предложена малко по-рано от Френкел и физикът Игор Там. Квантована единица за колективно движение на много атомни частици, подобно възбуждане може математически да се опише така, сякаш става дума за единична частица от нов вид, често наричана „квазичастица“. За да обясни свръхтечност, Ландау постулира, че в допълнение към фонона (квантът на звукова вълна) съществува и друго колективно възбуждане, ротонът (квантът на движението на вихъра). Теорията на Ландау за свръхтечност спечели през 50-те години на миналия век, след като няколко експеримента потвърдиха някои нови ефекти и количествени прогнози, базирани на нея.

През 1946 г. Ландау е избран за пълноправен член на Академията на науките на СССР. Той организира теоретична група в Института по физически проблеми с Исаак Халатников и по-късно Алексей А. Абрикосов. Новите студенти трябваше да положат поредица от предизвикателни изпити, наречени минимум Ландау, за да се присъединят към групата. Седмичният колоквиум на групата служи като основен дискусионен център за теоретична физика в Москва, въпреки че много оратори не можеха да се справят с опустошителното ниво на критика, считано за нормално на заседанията му. През годините Ландау и Лифшиц публикуваха своя многообемен курс по теоретична физика, основен инструмент за обучение за няколко поколения студенти в целия свят.

Колективната работа на групата на Ландау обхваща практически всеки клон на теоретичната физика. През 1946 г. той описва феномена затихване на Ландау на електромагнитни вълни в плазмата. Заедно с Виталий Л. Гинзбург, през 1950 г. Ландау получава правилните уравнения на макроскопичната (феноменологична) теория за свръхпроводимост. През 50-те години той и сътрудниците откриват, че дори при пренормализирана квантова електродинамика се появява нова трудност за дивергенция (московската нула или полюса на Ландау). Явлението константата на свързване става безкрайна или изчезва при някаква енергия е важна характеристика на съвременните теории на квантовите полета. В допълнение към теорията си за свръхтечност от 1941 г., през 1956–58 Ландау въвежда различен вид квантова течност, чиито колективни възбуждания се държат статистически като фермиони (като електрони, неутрони и протони), а не като бозони (като мезони). Неговата теория за Ферми-течност дава основата на съвременната теория за електроните в металите и също така помага да се обясни свръхтечност в He-3, по-лекия изотоп на хелий. В трудовете на Ландау и неговите ученици методът на квазичастиците успешно се прилага при различни проблеми и се превръща в незаменим фундамент на теорията за кондензираната материя.

Дори след брака си през 1939 г. Ландау се придържа към теорията, че съюзът не трябва да ограничава сексуалната свобода на двамата партньори. Не харесва естествената философия на диалектическия материализъм, особено когато се прилага към физиката, но той поддържа историческия материализъм - марксистката политическа философия - като пример за научна истина. Той намрази Йосиф Сталин за предателството на идеалите на революцията от 1917 г., а след 30-те години критикува съветския режим като вече не социалистически, а фашистки. Съзнавайки, че по-ранните политически обвинения срещу него не са били оттеглени официално, Ландау извършил някои изчисления за съветския проект за атомно оръжие, но след смъртта на Сталин през 1953 г. той отказа класифицираната работа като вече не необходима за личната му защита. Следвоенният култ към науката допринесе за общественото признание и почитането на героите, които получи през следващите си години. През 1962 г. Ландау получи сериозни наранявания при автомобилна катастрофа. Лекарите успяват да спасят живота му, но той никога не се възстановява достатъчно, за да се върне на работа и той умира от последващи усложнения.