В то время, когда физики стали делать уклон в специализацию, и специалисты разных разделов часто плохо понимали друг друга, Ландау имел уникальные знания по всем разделам. Поразительно, как говорили современники, что «в этом хрупком тщедушном теле уместился целый институт теоретической физики». После смерти Нильса Бора на западе его стали называть первым теоретиком в мире. Гениальность Ландау, закончившего школу в 13 лет, ставшего профессором в 27 и в 56 получившего Нобелевскую премию, ни у кого не вызывает сомнений. Сегодня многие авторы называют Ландау одним из самых загадочных и многогранных ученых ХХ века. Действительно, его личность настолько интересна и неоднозначна, что до сих пор продолжает будоражить умы поклонников физики.
Лев Давидович Ландау родился 22 января 1908 г. в Баку. Его отец был инженером-нефтяником, мать — врачом. Способности и интерес к точным наукам проявились у мальчика рано. Так, в дополнение к обычной таблице умножения, которую все заучивали в школе, Ландау запомнил на всю жизнь и таблицу умножения двузначных чисел (на вопрос: «Зачем?» — он отвечал: «Мне было интересно»). Еще в школьные годы он самостоятельно изучил дифференциальное и интегральное исчисления. Школу он окончил в 13 лет и через год поступил в Бакинский университет, причем сразу на два факультета — физикоматематический и химический, но настоящий выбор, который ему предстояло сделать, был между физикой и математикой. Ландау позже вспоминал, что оба предмета интересовали его в равной степени и выбор был сделан, по существу, случайно. Как бы то ни было, физика несомненно выиграла от этого случайного выбора. Впрочем, математика всегда интересовала Ландау, причем нередко ему оказывалось проще развить самостоятельно необходимый математический метод, чем изучать его по книгам. Уже в юном возрасте Ландау прекрасно владел иностранными языками. Своих коллег он поражал способностью мгновенно производить сложнейшие математические расчеты, не пользуясь ни логарифмической линейкой, ни справочниками, ни таблицами логарифмов. Его даже называли вычислительной машиной. Ландау вообще мог думать о двух-трех вещах одновременно.
В 1924 г. Ландау перевелся на физическое отделение Ленинградского университета, который и окончил в 1927 г., девятнадцати лет отроду. В университете он получил возможность общаться с активно работавшими физиками-теоретиками, а свою первую научную работу Ландау опубликовал в 1926 г. Правда, несмотря на столь раннее начало, он все-таки в известном смысле опоздал. Величайший переворот в физике, связанный с отходом от классических представлений и созданием квантовой механики, уже свершился, и Ландау не успел принять в нем участия, о чем жалел. Зато ему довелось изучать квантовую механику «с пылу с жару», по оригинальным работам ее основателей, и он был навсегда потрясен красотой этой теории и выразившейся в ней силой человеческого разума, способностью человека, по словам Ландау, понять и описать то, что уже невозможно наглядно вообразить.
Окончив университет, Ландау поступил в аспирантуру Ленинградского физико-технического института (ЛФТИ). В 1929 г. Ландау был командирован Наркомпросом за границу и имел возможность в течение полутора лет работать у знаменитого Нильса Бора в Дании, у Эрнста Резерфорда в Англии и у В.Паули в Швейцарии (поездка частично оплачивалась Рокфеллеровским фондом по рекомендации Бора). Пребывание у Бора оказало огромное влияние на Ландау. Оно углубило его понимание квантовой механики и до некоторой степени сформировало его научные вкусы. Ландау считал себя учеником Бора и до конца жизни сохранил любовь и уважение к учителю. В свою очередь, Бор никогда не скрывал своего восхищения Ландау.
Плодотворным оказался также визит в Англию. Именно там Ландау выполнил работу, сразу сделавшую его знаменитым. Речь идет о теории диамагнетизма металлов. Работа о диамагнетизме сразу выдвинула Ландау в первые ряды теоретиков. Пребывание в Кембридже сыграло важную роль в жизни Ландау еще и потому, что там он познакомился с П.Л.Капицей, работавшим тогда в лаборатории Резерфорда (вероятно, работа о диамагнетизме и была начата в надежде объяснить только что проведенные Капицей измерения магнитных свойств металлов).
Характерно, что, несмотря на столь блестящий успех, Ландау круто сменил объект исследований. Следующая его работа, опубликованная совместно с Р. Пайерлсом в 1931 г., была посвящена теории квантово-механических измерений в релятивистской квантовой механике. Как известно, согласно принципу неопределенности Гейзенберга, невозможно одновременно измерить координату и импульс частицы, но по отдельности каждая из этих величин может быть измерена точно. Ландау и Пайерлс пришли к заключению, что измерение координаты возможно лишь с ограниченной точностью. Ее точному измерению препятствует рождение при измерении электронно-позитронных пар и излучение света.
В 1931 г. Ландау возвращается в Ленинград, в созданный А.Ф.Иоффе сразу после революции ЛФТИ, в то время основной крупный институт физики в СССР. За 13 лет своего существования этот институт разросся, и от него стали отпочковываться другие научные центры. К описываемому моменту их было уже три: в Томске, в Свердловске и в Харькове (который в те годы был столицей Украины). Харьковский физико-технический институт (УФТИ) организовывался И.В. Обреимовым. Основной тематикой института была физика твердого тела и низких температур.
В августе 1932 г. 24-летний Ландау, по приглашению директора УФТИ И.В. Обреимова, переезжает в Харьков для того чтобы возглавить здесь теоретический отдел. Кроме надежд на новые перспективные научные исследования, отъезд Ландау из Ленинграда был связан и с его «несложившимися» отношениями с директором ЛФТИ, всеми чтимым патриархом советской физики академиком А.Ф. Иоффе. Ландау обладал весьма задиристым едким характером. Те, кто его хорошо знали, считали его человеком очень добрым, отзывчивым, справедливым, всегда готовым вступиться за обиженного. Но некоторых остроумие и критичность ученого, умноженные на непосредственность, обижали. Он никогда не ругался со своими научными противниками, но так припечатывал шуткой, что человек долго ощущал на себе тяжесть этой «печати». Или он просто откровенно говорил то, что думал, не особо подбирая интонацию. Что касается Иоффе, то Ландау считал его недостаточно грамотным физиком. Он называл его Жоффе, изменяя немецкое произношение первой буквы «йот» на французское «жи», возможно, намекая таким образом на созвучие с известной частью тела. Одной из многочисленных проблем, которую поставил перед своими сотрудниками Иоффе, было создание тонкослойной изоляции, способной противостоять пробоям при высоких электрических напряжениях. Ландау получил от Иоффе задание теоретически выяснить возможность создания таких изоляторов. Результат оказался отрицательным, что Ландау предвидел заранее. Во время объяснения с директором Ландау заявил ему: «Теоретическая физика — сложная наука, и не каждый может ее понять».
В Харькове Ландау работал очень интенсивно. За неполных четыре года пребывания в УФТИ он опубликовал 19 работ. На эти годы приходится ряд результатов, которые без преувеличения можно отнести к основным достижениям Ландау: это теория фазовых переходов ІІ-го рода («теория фазовых превращений ІІ-го рода Ландау»), кинетическое уравнение для систем частиц с кулоновским взаимодействием, теория промежуточного состояния сверхпроводников, теория дисперсии магнитной проницаемости ферромагнетиков, где вместе с Е.М. Лифшицем было выведено известное уравнение движения для намагниченности («уравнение Ландау-Лифшица»), теория дисперсии и поглощения звука, теория мономолекулярных реакций, теория металлов при сверхнизких температурах, теория рассеяния света на свете, статистическая теория атомных ядер. Ряд работ Ландау был посвящен астрофизике. В 1932 г. он (независимо от С. Чандрасекара) установил верхний предел массы белых карликов — звезд, состоящих из вырожденного релятивистского ферми-газа электронов. Он заметил, что при массах больших этого предела должно было бы происходить катастрофическое сжатие звезды (явление, которое впоследствии послужило основой для идеи существования черных дыр). В том же 1932 г. английским физиком Дж. Чедвиком были открыты нейтроны. Весть об открытии быстро докатилась до Копенгагена, и как-то вечером Н. Бор обсуждал новость с гостившими в его институте Л. Розенфельдом и Л.Д. Ландау. Именно тогда Ландау предположил, что могут существовать холодные плотные звезды, состоящие из нейтронов. Об этом разговоре известно из воспоминаний Л. Розенфельда. Два года спустя появилась статья американских астрономов В. Бааде и Ф. Цвикки. Они также предсказали существование нейтронных звезд и предположили, что эти звезды образуются при взрыве сверхновых. В 1937 г. Ландау указал, что при большом сжатии звезды в ходе ее эволюции становится энергетически выгодным процесс захвата электронов протонами и образование нейтронной звезды. Эта работа получила широкую известность как предсказание неизбежности образования нейтронных звезд при эволюции звезд достаточно большой массы. Более тридцати лет после теоретического предсказания не было никаких наблюдательных подтверждений существования нейтронных звезд. Первая нейтронная звезда — радиопульсар PSR 1919+21 — была открыта английским радиоастрономом А. Хьюишем и его группой лишь в 1967 г.
Одно перечисление этих работ дает представление о беспрецедентной степени научной активности Л.Д. Ландау во время работы в УФТИ. Соответствующие публикации сделали его имя всемирно известным, а Харьков — одним из ведущих центров теоретической физики не только в СССР, но и в Европе. В УФТИ приезжали и работали многие выдающиеся физики — Н. Бор, П. Дирак, В.О. Фок, Я.И. Френкель, И.Е. Тамм, Г.А. Гамов, В. Вайскопф, Ф. Хоутерманс, Г. Плачек, Р. Пайерлс и др. Результаты, полученные Л.Д. Ландау в Харькове, стали классическими, многие носят его имя. Пришло и первое формальное признание — без защиты диссертации Л.Д. Ландау в 1934 г. была присуждена степень доктора физико-математических наук.
В Харькове Ландау, возглавляя теоретический отдел УФТИ, одновременно начал преподавать на физико-механическом факультете Харьковского механико-машиностроительного института (ныне — НТУ ХПИ), а с 1935 г. стал заведующим кафедрой общей физики Харьковского университета. В университетской атмосфере ярко проявились остроумие и критичность ученого, умноженные на непосредственность. Так, на кабинете Ландау, под его инициалами и фамилией красовалась приписка: «Осторожно, кусается!». Студентов или коллег, которые, по его мнению, недостаточно занимаются наукой, он дразнил, на разные лады перефразируя статью Энгельса «Роль труда в процессе очеловечивания обезьяны», интересуясь, под общий хохот, как им удобно живется на дереве, не начал ли расти хвост. Здесь у Ландау, который обладал исключительными педагогическими способностями, появились первые ученики: сначала А.С. Компанеец и Е.М. Лифшиц, а потом А.И. Ахиезер, И.Я. Померанчук, В.Г. Левич. Все они стали впоследствии крупными физикамитеоретиками.
В эти же годы Л.Д. Ландау задумал и начал планомерно осуществлять свою собственную систему подготовки физиковтеоретиков путем сдачи ими серии специальных экзаменов по математике (их, как правило, было два) и физике — так называемый «теорминимум Ландау». Эта система доказала свою высокую жизнестойкость, широко распространилась и существует до сих пор. Те, кто прошли полное испытание, получали право называть себя учениками Ландау (а его самого — Дау) и, что важно, возможность без профессиональных препятствий спокойно заниматься любым вопросом теоретической физики. Многие желающие делали попытки сдать программу «теорминимума» в полном объеме, и ни для кого это не было легким делом. С 1934 г. по 1961 г. все экзамены, учет которых вел сам Л.Д. Ландау и на которых не ставилось никаких оценок, а только дата с отметкой «сдал» либо «не сдал», прошли всего 44 человека. После Ландау в Украине осталось то, что потом получило название филиала школы Ландау, а два наиболее ярких ее представителя — академики НАН Украины А.И. Ахиезер и И.М. Лифшиц (родной брат Е.М. Лифшица) — создали свои собственные очень сильные научные школы.
К сожалению, преподавание Ландау в харьковском университете длилось недолго. В декабре 1936 г. Ландау был уволен, «так как его плохо понимали студенты». Надо признать, что преподавал предмет Ландау блестяще, но спрашивал так строго, что редкий студент мог сдать экзамен. Кроме того, он считал обязательной и общую эрудицию и мог спросить то, что к предмету, может быть, и не относится, но развивает студента. Однажды ректор университета сделал Ландау замечание за вопросы, не относящиеся к предмету. По его мнению, студентам-физикам не обязательно было знать такие подробности из программы филологов, как … «автора Евгения Онегина и тому подобное». «Педагогическая наука этого не терпит», — добавил ректор тоном, не допускающим возражений. Ландау не сдержался, назвал слова ректора глупостью, больше которой не слышал. И был уволен.
В 1935 г. в УФТИ сам Ландау, его коллега Корец и группа немецких специалистов резко выступили за «чистую науку» — против проведения в институте работ по оборонной (радиолокационной) тематике. В результате в том же году Корец был арестован, а Ландау, которого тронуть тогда не решились, написал наркому Украины просьбу о его освобождении. К 1937 году обстановка в УФТИ накалилась до предела, начались «дуэли на доносах», НКВД одного за другим арестовывало коллег Ландау. Чувствуя приближение своей очереди, Ландау принимает приглашение П.Л. Капицы занять должность руководителя теоретического отдела Института физических проблем (ИФП) в Москве — института, созданного специально для Капицы, при участии самого Сталина.
В марте 1937 г. Ландау переезжает в Москву, и здесь, в ИФП, он работает до конца своих дней. Первая научная работа, опубликованная Ландау после перехода в ИФП, была посвящена вопросам ядерной физики. Ландау, развивая идеи Бора, применил методы статистической физики к изучению тяжелых атомных ядер. Он получил количественные оценки для многих наблюдаемых величин, включая ширину ядерных уровней. Работа быстро стала классической в своей области.
Переезд в Москву, по всей вероятности, спас жизнь Ландау. Дело в том, что в августе-сентябре 1937 г. были арестованы ведущие сотрудники УФТИ: физик с мировым именем Л.В. Шубников, а также Л.В. Розенкевич и В.С. Горский. Все трое были вскоре расстреляны без суда по решению наркома внутренних дел Н.И. Ежова и генпрокурора А.Я. Вышинского. Перед смертью их заставили признаться в членстве в «контрреволюционной вредительской троцкистской организации», в которой якобы состоял и Ландау. В этой ситуации арест Ландау стал неизбежен. Переезд в Москву хотя и не смог отвратить его, но все же несколько замедлил. Секретные бумаги ходят медленно, и Ландау был арестован «только» 28 апреля 1938 г. Эта задержка оказалась очень важной. Арестованный Ландау дожил до 1939 г. А в декабре 1938 г. Ежов был смещен с поста наркома и заменен Л.П. Берия. Террор не прекратился, но диктаторские полномочия НКВД были ограничены, и хлопоты П.Л. Капицы по освобождению Ландау получили шансы на успех.
Борьба Капицы за жизнь Ландау началась в самый день ареста. Капица написал письмо И.В. Сталину. Однако реакции не последовало. Любой другой счел бы это достаточным предупреждением — не соваться больше. Но Капица 6 апреля 1939 г. пишет новое письмо. На сей раз В.М. Молотову:
«За последнее время, работая над жидким гелием вблизи абсолютного нуля, мне удалось найти ряд новых явлений, которые, возможно, прояснят одну из наиболее загадочных областей современной физики. Но для этого мне нужна помощь теоретика. У нас в Союзе той областью теории, которая мне нужна, владел в полном совершенстве Ландау, но беда в том, что он уже год как арестован...
Конечно, говоря все это, я вмешиваюсь не в свое дело, так как это область компетенции НКВД. Но все же я думаю, что я должен отметить следующее как ненормальное:
- 1. Ландау год как сидит, а следствие еще не закончено, срок для следствия ненормально длинный.
- 2. Мне, как директору учреждения, где он работает, ничего неизвестно, в чем его обвиняют...»
Поражает смелость Капицы. В то время даже простое знакомство с арестованным было смертельно опасно. А Капица прямо указывает на «ненормальности» в работе НКВД, да еще требует, чтобы ему «как директору учреждения» сообщили, в чем Ландау обвиняют.
В чем же состояла обвинительная часть «дела Ландау»? Официальной причиной ареста послужили упомянутые выше показания расстрелянных сотрудников УФТИ. Соответственно, из Харькова переехали обвинения во вредительстве, среди них — «отрыв теории от практики» (старое дело М.А. Кореца). Поскольку важность научных работ Ландау отрицать было нельзя, его заставили признаться в том, что он «всегда вытравлял» из своих работ «ту основу, за которую можно было ухватиться для технических приложений». Все это было бы смешно, если бы речь не шла о жизни и смерти. В деле также имелась копия антисталинской листовки, написанной рукой друга Ландау физика М.А. Кореца, причем Ландау сознался в соучастии в ее составлении (когда Кореца выпустили в первый раз, он предложил Ландау отредактировать антисталинскую листовку — Ландау, скрепя сердце, согласился). Таким образом, по тем временам материала в деле было вполне достаточно. Более того, Ландау после года заключения был полностью истощен и умер бы в тюрьме очень скоро. К счастью, письма Капицы подействовали. Ландау отпустили под его поручительство. Ландау считал Капицу своим спасителем и сохранил глубочайшую благодарность ему на всю жизнь.
(окончание в следующем номере)
Жизнь и творчество академика Л.Д. Ландау (краткий очерк к 100-летию со дня рождения) Часть 2
Статья была опубликована в июньском номере журнала "Наука и техника" за 2009 год
