Hlavní Věda

Lev Davidovich Landau ruský fyzik

Lev Davidovich Landau ruský fyzik
Lev Davidovich Landau ruský fyzik
Anonim

Lev Davidovich Landau, (narozený 9. ledna [22. ledna, nový styl], 1908, Baku, Ruská říše (nyní Ázerbájdžán) - zemřel 1. dubna 1968, Moskva, Rusko, SSSR), sovětský teoretický fyzik, jeden ze zakladatelů kvantové teorie kondenzované hmoty, jejíž průkopnický výzkum v této oblasti byl uznán Nobelovou cenou za fyziku v roce 1962.

Landau byl matematický zázrak a děsivý děs. Jeho školní docházka odrážela klikatá radikálních vzdělávacích reforem během turbulentního období po ruské revoluci v roce 1917. Stejně jako mnoho vědců první sovětské generace Landau formálně nedokončil některé vzdělávací fáze, jako je střední škola. Nikdy nenapsal ani disertační práci, protože akademické tituly byly zrušeny a nebyly obnoveny až v roce 1934. Absolvoval vysokoškolské studium fyziky na Leningradské státní univerzitě, kde studoval od roku 1924 do roku 1927. V roce 1934 byl Landau doktorátem jako doktorát již zavedený učenec.

Zatímco ještě byl student, Landau publikoval jeho první články. Během těchto let se v Německu objevila nová teorie kvantové mechaniky a dvacetiletý stěžoval, že přišel příliš pozdě na to, aby se zúčastnil velké vědecké revoluce. 1927 kvantová mechanika byla nezbytně dokončena, a fyzici začali pracovat na jeho relativistic zevšeobecňování a aplikacích k pevné látce a jaderné fyzice. Landau profesionálně zrál na semináři Jakova I. Frenkela na Leningradském fyzikálně-technickém institutu a poté během zahraniční cesty v letech 1929–31. S podporou sovětského stipendia a rockefellerského společenství navštěvoval univerzity v Curychu, Kodani a Cambridge, učil se zejména od fyziků Wolfganga Pauliho a Nielse Bohra. V roce 1930 Landau poukázal na nový efekt vyplývající z kvantizace volných elektronů v krystalech - Landauův diamagnetismus, na rozdíl od spirálového paramagnetismu, který dříve léčil Pauli. Ve společném příspěvku s fyzikem Rudolfem Peierlsem Landau prosazoval potřebu další radikální koncepční revoluce ve fyzice, aby vyřešil narůstající potíže v relativistické kvantové teorii.

V roce 1932, brzy po návratu do Sovětského svazu, se Landau přestěhoval do Ukrajinského fyzikálně-technického institutu (UFTI) v Charkově (nyní Charkov). UFTI, nedávno organizovaná a vedená skupinou mladých fyziků, vtrhla do nových oborů jaderné, teoretické a nízkoteplotní fyziky. Spolu s jeho prvními studenty - Evgeny Lifshits, Isaak Pomeranchuk a Aleksandr Akhiezer - Landau vypočítal účinky v kvantové elektrodynamice a pracoval na teorii kovů, ferromagnetismu a supravodivosti v úzké spolupráci s experimentální kryogenickou laboratoří Leva Shubnikova v ústavu. V roce 1937 Landau publikoval svou teorii fázových přechodů druhého řádu, ve kterých se termodynamické parametry systému neustále mění, ale jeho symetrie se náhle mění.

Téhož roku způsobily jeho politické problémy náhlý přesun do Institutu fyzických problémů Pyotra Kapitsy v Moskvě. Institucionální konflikty na UFTI a Charkovské univerzitě a Landauovo vlastní ikonoklastické chování se zpolitizovaly v souvislosti se stalinistickým očištěním, což způsobilo život ohrožující situaci. Později v roce 1937 politická policie zatkla několik vědců UFTI a někteří, včetně Shubnikov, byli popraveni. Dohled následoval Landau do Moskvy, kde byl v dubnu 1938 zatčen poté, co se dvěma kolegy projednal anti-stalinistický leták. O rok později se Kapitsovi podařilo propustit Landau z vězení písemně ruskému premiérovi Vyacheslavovi M. Molotovovi, že od teoretika potřebuje pomoc, aby pochopil nové jevy pozorované v tekutém héliu.

Kvantové teoretické vysvětlení Kapitsovy objevu nadbytečnosti tekutého hélia bylo publikováno Landauem v roce 1941. Landauova teorie se spoléhala na koncepci kolektivních excitací, která byla o něco dříve navržena Frenkelem a fyzikem Igorem Tammem. Kvantifikovaná jednotka kolektivního pohybu mnoha atomových částic, taková excitace může být matematicky popsána, jako by to byla jediná částice nějakého nového druhu, často nazývaná „kvazičástice“. Aby vysvětlil nadbytečnost, Landau předpokládal, že kromě fononu (kvantum zvukové vlny) existuje ještě další kolektivní buzení, roton (kvantum pohybu víru). Landauova teorie superfluidity získala uznání v padesátých letech poté, co několik experimentů potvrdilo některé nové efekty a kvantitativní předpovědi na jejich základě.

V roce 1946 byl Landau zvolen řádným členem Akademie věd SSSR. Ustavil teoretickou skupinu v Ústavu fyzických problémů s Isaakem Chajlatnikovem a později Alexeyem A. Abrikosovem. Noví studenti museli složit řadu náročných zkoušek, nazvaných Landau minimum, aby se mohli připojit ke skupině. Týdenní kolokvium skupiny sloužilo jako hlavní diskusní centrum pro teoretickou fyziku v Moskvě, ačkoli mnoho řečníků se nedokázalo vypořádat s ničivou úrovní kritiky, která byla na jejích schůzích považována za normální. V průběhu let vydaly Landau a Lifshits svůj multivolumeový kurs teoretické fyziky, hlavní nástroj učení pro několik generací studentů výzkumu po celém světě.

Kolektivní práce Landauovy skupiny zahrnovala prakticky každé odvětví teoretické fyziky. V roce 1946 popsal jev Landauova tlumení elektromagnetických vln v plazmě. Spolu s Vitaly L. Ginzburgem získal Landau v roce 1950 správné rovnice makroskopické (fenomenologické) teorie supravodivosti. Během padesátých let spolu se spolupracovníky objevili, že i v renormalizované kvantové elektrodynamice se objevují nové divergenční potíže (moskevská nula nebo Landauův pól). Fenomén spojovací konstanty, která se stává nekonečnou nebo mizí v nějaké energii, je důležitým rysem moderních kvantových teorií pole. Kromě své teorie superfluidity z roku 1941 zavedl Landau jiný druh kvantové kapaliny, jejíž kolektivní excitace se chovají statisticky jako fermiony (jako jsou elektrony, neutrony a protony) spíše než bosony (jako jsou mesony). Jeho Fermi-kapalinová teorie poskytla základ pro moderní teorii elektronů v kovech a také pomohla vysvětlit superfluiditu v He-3, lehčím izotopu helia. V Landauových a jeho studentech byla metoda kvazičástic úspěšně aplikována na různé problémy a stala se nezbytným základem teorie kondenzované hmoty.

I po svém sňatku v roce 1939 se Landau držel teorie, že unie nesmí omezovat sexuální svobodu obou partnerů. Nelíbil se mu přirozená filosofie dialektického materialismu, zvláště když byl aplikován na fyziku, ale jako příklad vědecké pravdy prosazoval historický materialismus - marxistickou politickou filozofii. Nenáviděl Josepha Stalina za zradu ideálů revoluce z roku 1917 a po třicátých letech kritizoval sovětský režim jako socialistického, nikoli fašistického. Landau si byl vědom toho, že dřívější politické obvinění proti němu nebyly oficiálně staženy, a provedl několik výpočtů pro sovětský projekt atomových zbraní, ale po Stalinově smrti v roce 1953 odmítl klasifikovanou práci jako nadále pro svou osobní ochranu již nepotřebnou. Poválečný kultura vědy přispěla k veřejnému uznání a uctívání hrdinů, které získal během svých pozdějších let. V roce 1962 Landau utrpěl při dopravní nehodě vážné zranění. Doktorům se podařilo zachránit život, ale nikdy se nezotavil natolik, aby se vrátil do práce, a zemřel na následné komplikace.