Glavni znanost

Lev Davidovich Landau ruski fizičar

Lev Davidovich Landau ruski fizičar
Lev Davidovich Landau ruski fizičar
Anonim

Lev Davidovich Landau (rođen 9. siječnja [22. siječnja, Novi stil], 1908., Baku, Rusko carstvo (danas Azerbejdžan) - umro 1. travnja 1968., Moskva, Rusija, SSSR), sovjetski teorijski fizičar, jedan od osnivača kvantne teorije kondenzirane materije čije je pionirsko istraživanje na ovom polju prepoznato Nobelovom nagradom za fiziku iz 1962. godine.

Landau je bio matematički rod i užasan entuzijazam. Njegovo školovanje odrazilo je cik-cak radikalnih obrazovnih reformi tijekom burnog razdoblja nakon ruske revolucije 1917. Poput mnogih znanstvenika prve sovjetske generacije, Landau nije formalno završio neke obrazovne faze, poput srednje škole. Nikada nije napisao doktorski rad, jer su mu ukinute akademske diplome i nisu obnovljene do 1934. Završio je preddiplomski studij fizike na Državnom sveučilištu u Lenjingradu, gdje je studirao od 1924. do 1927. Godine 1934. Landau je doktorirao kao već etablirani učenjak.

Još kao student Landau je objavio svoje prve članke. Nova teorija kvantne mehanike pojavila se u Njemačkoj tih godina, a 20-godišnjak se žalio da je stigao malo prekasno da bi sudjelovao u velikoj znanstvenoj revoluciji. Do 1927. kvantna mehanika je u osnovi dovršena, a fizičari su počeli raditi na njenoj relativističkoj generalizaciji i primjenama na čvrstu i nuklearnu fiziku. Landau je profesionalno sazrio na seminaru Yakova I. Frenkela u fizikalno-tehničkom institutu Lenjingrad, a zatim tijekom inozemnog putovanja 1929–31. Potpomognut sovjetskom stipendijom i Rockefellerovim stipendijama, posjetio je sveučilišta u Zürichu, Kopenhagenu i Cambridgeu, posebno učeći od fizičara Wolfganga Paulija i Nielsa Bohra. 1930. Landau je ukazao na novi efekt koji je proizašao iz kvantizacije slobodnih elektrona u kristalima - Landauov dijamagnetizam, nasuprot spinovom paramagnetizmu kojeg je Pauli prethodno liječio. U zajedničkom radu s fizičarem Rudolfom Peierlsom Landau je tvrdio da je potrebna još jedna radikalna konceptualna revolucija u fizici kako bi se riješile sve veće poteškoće u relativističkoj kvantnoj teoriji.

1932., ubrzo po povratku u Sovjetski Savez, Landau se preselio u Ukrajinski fizičko-tehnički institut (UFTI) u Harkovu (sada Harkov). Nedavno koju je organizirala i vodila skupina mladih fizičara, UFTI je provalio u nova polja nuklearne, teorijske i fizike niskih temperatura. Zajedno sa svojim prvim studentima - Evgenyjem Lifshitsom, Isaakom Pomeranchukom i Aleksandrom Akhiezerom - Landau je izračunao učinke u kvantnoj elektrodinamici i radio na teoriji metala, feromagnetizma i superprovodljivosti u uskoj suradnji s eksperimentalnom laboratorijom kriogenetike Leva Shubnikova na institutu. Landau je 1937. objavio svoju teoriju faznih prijelaza drugog reda, u kojoj se termodinamički parametri sustava neprekidno mijenjaju, ali njegova simetrija naglo se mijenja.

Iste godine politički problemi uzrokovali su njegov nagli prelazak u Institut za fizičke probleme Pyotr Kapitsa u Moskvi. Institucionalni sukobi na UFTI i Harkovskom sveučilištu i Landauovo ikonoklastično ponašanje postali su politizirani u kontekstu staljinističke čistke, stvarajući opasne po život situacije. Kasnije 1937. godine politička policija uhitila je nekoliko znanstvenika UFTI-a, a neki, uključujući Shubnikov, pogubljeni. Nadzor je pratio Landau u Moskvi, gdje je uhićen u travnju 1938. nakon što je s dvojicom kolega razgovarao o anti-staljinističkom listu. Godinu dana kasnije, Kapitsa je uspio Landauu pustiti iz zatvora pišući ruskom premijeru Vjačeslavu M. Molotovu da mu je potrebna pomoć teoretičara kako bi razumio nove pojave promatrane u tekućem heliju.

Kvantno teorijsko objašnjenje Kapitinog otkrića suvišne tekućine u tekućem heliju Landau je objavio 1941. Landauova teorija oslanjala se na koncept kolektivnih uzbuđenja koji su nešto ranije sugerirali Frenkel i fizičar Igor Tamm. Kvantizirana jedinica kolektivnog gibanja mnogih atomskih čestica, takvo pobuđenje može se matematički opisati kao da je to jedna čestica neke nove vrste, često nazvana "kvazičestica". Kako bi objasnio suvišnost, Landau je postulirao da pored fonona (kvantnog zvučnog vala) postoji još jedno kolektivno pobuđenje, roton (kvant gibanja vrtloga). Landauova teorija o suvišnoj tekućini dobila je prihvaćanje 1950-ih nakon što je nekoliko pokusa potvrdilo neke nove učinke i kvantitativna predviđanja na temelju toga.

1946. Landau je izabran za redovitog člana Akademije nauka SSSR-a. Organizirao je teorijsku skupinu u Institutu za fizičke probleme s Isaakom Khalatnikovom i kasnije Aleksejem A. Abrikosovom. Novi studenti morali su položiti niz zahtjevnih ispita, nazvanih Landau minimum, kako bi se pridružili grupi. Tjedni kolokvij grupe poslužio je kao glavni centar za raspravu o teorijskoj fizici u Moskvi, iako se mnogi govornici nisu mogli nositi s pogubnom razinom kritike koja se na njenim sastancima smatrala normalnom. Tijekom godina, Landau i Lifshits objavili su svoj višenamjenski tečaj teorijske fizike, glavni alat za učenje nekoliko generacija studenata istraživanja širom svijeta.

Skupni rad Landauove grupe obuhvatio je praktički svaku granu teorijske fizike. 1946. opisao je fenomen prigušivanja Landaua elektromagnetskih valova u plazmi. Zajedno s Vitalijem L. Ginzburgom, Landau je 1950. dobio ispravne jednadžbe makroskopske (fenomenološke) teorije superprovodljivosti. Tijekom 1950-ih, on i suradnici otkrili su da se čak i kod renormalizirane kvantne elektrodinamike pojavljuje nova poteškoća u divergenciji (moskovska nula ili Landauov stup). Fenomen konstante spajanja postaje beskonačan ili nestaje na nekoj energiji važno je obilježje modernih teorija kvantnog polja. Uz svoju teoriju o fluidnosti iz 1941. godine, Landau je 1956–58 predstavio drugačiju vrstu kvantne tekućine, čija se kolektivna pobudnja statistički ponašaju kao fermioni (poput elektrona, neutrona i protona), a ne kao bozoni (poput mesona). Njegova teorija Fermi-tekućina dala je osnovu za modernu teoriju elektrona u metalima, a također je pomogla objasniti višak fluida u He-3, lakšem izotopu helija. U radovima Landaua i njegovih učenika, metoda kvaziparticija uspješno se primjenjuje na različite probleme i razvija se u nezamjenjiv temelj teorije kondenzirane materije.

Čak i nakon braka 1939., Landau se držao teorije da sindikat ne smije ograničiti seksualnu slobodu oba partnera. Nije mu se svidjela prirodna filozofija dijalektičkog materijalizma, pogotovo ako se primjenjuje na fiziku, ali je podržao povijesni materijalizam - marksističku političku filozofiju - kao primjer znanstvene istine. Mrzio je Josepha Staljina zbog izdaje ideala revolucije 1917., a nakon 1930-ih kritizirao je sovjetski režim kao više socijalističkog, nego fašističkog. Svjestan da ranije političke optužbe protiv njega nisu službeno povučene, Landau je izveo neke proračune za sovjetski projekt atomskog naoružanja, ali nakon Staljinove smrti 1953. odbio je klasificirani rad kao da više nije potreban za njegovu osobnu zaštitu. Poslijeratni kult znanosti pridonio je javnom priznanju i obožavanju heroja koje je dobio tijekom kasnijih godina. Landau je 1962. godine u prometnoj nesreći zadobio teške ozljede. Liječnici su mu uspjeli spasiti život, ali on se nikad nije oporavio dovoljno da bi se vratio na posao i umro je od naknadnih komplikacija.