Glavni znanost

Lev Davidovič Landau ruski fizik

Lev Davidovič Landau ruski fizik
Lev Davidovič Landau ruski fizik
Anonim

Lev Davidovič Landau (rojen 9. januarja [22. januarja, nov slog], 1908, Baku, Rusko cesarstvo (zdaj Azerbajdžan) - umrl 1. aprila 1968, Moskva, Rusija, ZSSR), sovjetski teoretični fizik, eden izmed ustanoviteljev kvantne teorije kondenzirane snovi, katere pionirske raziskave na tem področju so bile priznane z Nobelovo nagrado za fiziko iz leta 1962.

Landau je bil matematični prodor in navdušen grozno. Njegovo šolanje je odražalo cikcake radikalnih izobraževalnih reform v nemirnem obdobju po ruski revoluciji leta 1917. Tako kot mnogi znanstveniki prve sovjetske generacije tudi Landau ni formalno zaključil nekaterih izobraževalnih stopenj, na primer srednje šole. Nikoli ni napisal doktorske naloge, saj so bile uničene akademske stopnje in niso bile obnovljene do leta 1934. Dodiplomski študij fizike je opravil na Leningrajski državni univerzi, kjer je študiral od 1924 do 1927. Leta 1934 je Landau doktoriral kot že uveljavljen učenjak.

Med študenti je Landau objavil svoje prve članke. V teh letih se je v Nemčiji pojavila nova teorija kvantne mehanike in 20-letnik se je pritožil, da je prišel malo prepozno, da bi sodeloval v veliki znanstveni revoluciji. Do leta 1927 je bila kvantna mehanika v bistvu dokončana in fiziki so začeli delati na njeni relativistični posplošitvi in ​​aplikacijah na trdnosti in jedrski fiziki. Landau je profesionalno dozorel v seminarju Jakova I. Frenkela na fizikalno-tehničnem inštitutu v Leningradu in nato med tujino 1929–31. Ob sovjetski štipendiji in Rockefellerjevi štipendiji je obiskal univerze v Zürichu, Københavnu in Cambridgeu, pri čemer se je posebej učil od fizikov Wolfganga Paulija in Nielsa Bohra. Leta 1930 je Landau opozoril na nov učinek, ki izhaja iz kvantizacije prostih elektronov v kristalih - Landauov diamagnetizem, nasprotno od spin paramagnetizma, ki ga je prej obravnaval Pauli. V skupnem dokumentu s fizikom Rudolfom Peierlsom je Landau zagovarjal potrebo po še eni radikalni konceptualni revoluciji v fiziki, da bi rešili vse večje težave v relativistični kvantni teoriji.

Leta 1932 se je Landau kmalu po vrnitvi v Sovjetsko zvezo preselil na ukrajinski fizikalno-tehnični inštitut (UFTI) v Harkov (zdaj Harkov). Pred kratkim organizirala in vodila skupina mladih fizikov, je UFTI vdrl na nova področja jedrske, teoretične in fizike nizkih temperatur. Skupaj s svojimi prvimi študenti - Evgenyjem Lifshitsom, Isaakom Pomeranchukom in Aleksandrom Akhiezerjem - Landau je izračunaval učinke v kvantni elektrodinamiki in delal na teoriji kovin, feromagnetizma in superprevodljivosti v tesnem sodelovanju z eksperimentalnim laboratorijem kriogenetike Leva Shubnikova na inštitutu. Leta 1937 je Landau objavil svojo teorijo faznih prehodov drugega reda, v kateri se termodinamični parametri sistema nenehno spreminjajo, vendar se njegova simetrija naglo spreminja.

Istega leta so politični problemi povzročili njegovo nenadno selitev v Inštitut za fizične težave Pyotr Kapitsa v Moskvi. Institucionalni konflikti na UFTI in Harkovski univerzi ter lastno ikonoklastično vedenje Landaua so se politizirali v okviru stalinistične čistke, kar je povzročilo življenjsko nevarne razmere. Kasneje leta 1937 je politična policija aretirala več znanstvenikov UFTI, nekatere pa tudi Šubnikove. Nadzor je sledil Landauu v Moskvo, kjer so ga aprila 1938 aretirali, potem ko sta se z dvema kolegoma pogovarjala o proti stalinističnem letaku. Leto kasneje je Kapitsa uspel izpustiti Landauja iz zapora s pisanjem ruskemu premierju Vjačeslavu M. Molotovu, da potrebuje pomoč teoretika, da bi razumel nove pojave v tekočem heliju.

Kvantno teoretično razlago Kapitinega odkritja presežne tekočine v tekočem heliju je Landau objavil leta 1941. Landauova teorija se je opirala na koncept kolektivnih vzbujanj, ki sta ga nekoliko prej predlagala Frenkel in fizik Igor Tamm. Kvantizirano enoto skupnega gibanja številnih atomskih delcev lahko takšno vzbujanje matematično opišemo, kot da bi šlo za en sam delček neke nove vrste, ki ga pogosto imenujemo "kvazi členka." Da bi razložil pretočnost, je Landau predpostavil, da poleg fonona (kvantnega zvočnega vala) obstaja še eno skupno vzbujanje, roton (kvant gibanja vrtinca). Landauova teorija o pretočnosti je bila sprejeta v petdesetih letih prejšnjega stoletja, potem ko je več poskusov potrdilo nekaj novih učinkov in kvantitativne napovedi, ki temeljijo na njej.

Leta 1946 je bil Landau izvoljen za rednega člana Akademije znanosti ZSSR. Organiziral je teoretično skupino v Inštitutu za fizične težave z Isaakom Khalatnikovom in pozneje Aleksejem A. Abrikosovom. Novi študentje so morali opraviti vrsto zahtevnih izpitov, imenovanih Landau minimal, da so se lahko pridružili skupini. Tedenski kolokvij skupine je bil glavno razpravno središče za teoretično fiziko v Moskvi, čeprav se mnogi govorci niso mogli spoprijeti z uničujočo stopnjo kritike, ki je bila na njenih sestankih običajna. Z leti sta Landau in Lifshits objavila svoj večobsežni tečaj teoretične fizike, glavno učno orodje za več generacij študentov raziskav po vsem svetu.

Skupno delo Landauove skupine je zajelo praktično vsako vejo teoretične fizike. Leta 1946 je opisal pojav dušenja Landau elektromagnetnih valov v plazmi. Skupaj z Vitalijem L. Ginzburgom je Landau leta 1950 dobil pravilne enačbe makroskopske (fenomenološke) teorije superprevodnosti. V petdesetih letih prejšnjega stoletja je s sodelavci odkril, da se celo pri renormalizirani kvantni elektrodinamiki pojavi nova težava razhajanja (moskovska ničla ali Landauov pol). Pojav stalnice spajanja, ki postaja neskončen ali izgine pri neki energiji, je pomembna značilnost sodobnih teorij kvantnega polja. Poleg svoje teorije o pretočnosti iz leta 1941 je Landau v letih 1956–58 uvedel drugačno kvantno tekočino, katere skupna vzbujanja se statistično obnašajo kot fermioni (na primer elektroni, nevtroni in protoni) in ne kot bozoni (na primer mezoni). Njegova teorija Fermi-tekočina je bila podlaga za sodobno teorijo elektronov v kovinah in je tudi pomagala razložiti presežno tekočino v He-3, lažjem izotopu helija. V delih Landaua in njegovih študentov je bila metoda kvazipartikel uspešno uporabljena pri različnih težavah in razvita v nepogrešljiv temelj teorije kondenzirane snovi.

Tudi po poroki leta 1939 se je Landau držal teorije, da zveza ne sme ovirati spolne svobode obeh partnerjev. Naravoslovna filozofija dialektičnega materializma mu ni bila všeč, zlasti kadar se nanaša na fiziko, vendar je podpiral zgodovinski materializem - marksistično politično filozofijo - kot zgled znanstvene resnice. Sovražil je Josepha Stalina zaradi izdaje idealov revolucije iz leta 1917, po tridesetih letih pa je sovjetski režim kritiziral kot ne več socialističnega, ampak fašističnega. Zavedajoč se, da prejšnje politične obtožbe zoper njega niso bile uradno umaknjene, je Landau opravil nekaj izračunov za sovjetski projekt atomskega orožja, vendar je po Stalinovi smrti leta 1953 odklonil klasificirano delo kot ne več potrebno za njegovo osebno zaščito. Povojni kult znanosti je prispeval k javnemu priznanju in čaščenju junakov, ki jih je prejel v poznejših letih. Leta 1962 je Landau v prometni nesreči utrpel hude telesne poškodbe. Zdravniki so mu uspeli rešiti življenje, vendar si ni nikoli dovolj opomogel, da bi se vrnil na delo, in umrl je zaradi kasnejših zapletov.