Lev Davidovich Landau ruský fyzik

Lev Davidovich Landau, (narodený 9. januára [22. januára, nový štýl], 1908, Baku, Ruská ríša (teraz Azerbajdžan) - zomrel 1. apríla 1968, Moskva, Rusko, ZSSR), sovietsky teoretický fyzik, jeden zo zakladateľov kvantovej teórie kondenzovanej hmoty, ktorej priekopnícky výskum v tejto oblasti bol ocenený Nobelovou cenou za fyziku z roku 1962.

Landau bol matematický zázrak a enfant strašný. Jeho školská dochádzka odrážala kľukaté radikálne reformy vzdelávania počas turbulentného obdobia po ruskej revolúcii v roku 1917. Rovnako ako mnohí vedci prvej sovietskej generácie, Landau formálne nedokončil niektoré vzdelávacie stupne, napríklad strednú školu. Nikdy nenapísal ani dizertačnú prácu, pretože akademické tituly boli zrušené a neobnovili sa až v roku 1934. Absolvoval vysokoškolské štúdium fyziky na Leningradskej štátnej univerzite, kde študoval v rokoch 1924 až 1927. V roku 1934 bol Landau doktorátom ako doktorát už zavedený učenec.

Zatiaľ čo ešte bol študentom, Landau publikoval svoje prvé články. Počas týchto rokov sa v Nemecku objavila nová teória kvantovej mechaniky a dvadsaťročný sťažoval, že prišiel príliš neskoro na to, aby sa zúčastnil veľkej vedeckej revolúcie. Do roku 1927 bola kvantová mechanika v podstate dokončená a fyzici začali pracovať na jej relativistickej generalizácii a aplikáciách na fyziku tuhých látok a jadrovú fyziku. Landau profesionálne dozrel na seminári Jakova I. Frenkela na Leningradskom fyzikálno-technickom ústave a potom počas zahraničnej cesty v rokoch 1929–31. S podporou sovietskeho štipendia a štipendia Rockefeller navštívil univerzity v Zürichu, Kodani a Cambridge, kde sa učil najmä od fyzikov Wolfganga Pauliho a Nielsa Bohra. V roku 1930 Landau poukázal na nový efekt vyplývajúci z kvantizácie voľných elektrónov v kryštáloch - Landauov diamagnetizmus, na rozdiel od spinového paramagnetizmu, ktorý predtým liečil Pauli. V spoločnom dokumente s fyzikom Rudolfom Peierlsom sa Landau zasadzoval za potrebu ďalšej radikálnej koncepčnej revolúcie vo fyzike, aby sa vyriešili narastajúce ťažkosti v relativistickej kvantovej teórii.

V roku 1932, čoskoro po návrate do Sovietskeho zväzu, sa Landau presťahoval do Ukrajinského fyzikálno-technického inštitútu (UFTI) v Charkove (teraz Charkov). UFTI, nedávno organizovaná a vedená skupinou mladých fyzikov, vtrhla do nových oblastí jadrovej, teoretickej a nízkoteplotnej fyziky. Spolu s jeho prvými študentmi - Evgeny Lifshits, Isaak Pomeranchuk a Aleksandr Akhiezer - Landau vypočítal účinky v kvantovej elektrodynamike a pracoval na teórii kovov, feromagnetizmu a supravodivosti v úzkej spolupráci s experimentálnym kryogenickým laboratóriom Leva Shubnikovho v ústave. V roku 1937 Landau publikoval svoju teóriu fázových prechodov druhého poriadku, v ktorých sa termodynamické parametre systému neustále menia, ale jeho symetria sa prudko mení.

V tom istom roku spôsobili jeho politické problémy náhly prechod na Ústav fyzických problémov Pyotra Kapitsu v Moskve. Inštitucionálne konflikty na UFTI a Charkovskej univerzite a Landauove vlastné ikonoklastické správanie sa spolitizovali v súvislosti so stalinistickým čistením, čo viedlo k život ohrozujúcej situácii. Neskôr v roku 1937 politická polícia zatkla niekoľko vedcov UFTI a niektorí vrátane Shubnikov boli popravení. Dohľad nasledoval Landau do Moskvy, kde bol v apríli 1938 zatknutý po diskusii o protinovinskom letáku s dvoma kolegami. O rok neskôr sa Kapitsovi podarilo prepustiť Landau z väzenia písomne ​​ruskému premiérovi Vyacheslavovi M. Molotovovi, že od teoretika potrebuje pomoc, aby pochopil nové javy pozorované v tekutom héliu.

Kvantové teoretické vysvetlenie Kapitsovho objavu superfluidity v tekutom héliu vydal Landau v roku 1941. Landauova teória sa spoliehala na koncept kolektívneho vzrušenia, ktorý skôr navrhol Frenkel a fyzik Igor Tamm. Kvantizovaná jednotka kolektívneho pohybu mnohých atómových častíc, ako je excitácia, sa dá matematicky opísať, akoby išlo o jedinú časticu nejakého nového druhu, ktorá sa často nazýva „kvasipartikula“. Na vysvetlenie nadbytočnosti Landau predpokladal, že okrem fonónu (kvantum zvukovej vlny) existuje aj ďalšie kolektívne budenie, rotón (kvantum pohybu vírenia). Landauova teória superfluidity získala akceptáciu v 50-tych rokoch po niekoľkých pokusoch, ktoré potvrdili niektoré nové účinky a kvantitatívne predpovede na ich základe.

V roku 1946 bol Landau zvolený za riadneho člena Akadémie vied ZSSR. Zorganizoval teoretickú skupinu v Inštitúte fyzikálnych problémov s Isaakom Chalanikovom a neskôr Alexeyom A. Abrikosovom. Noví študenti museli zložiť sériu náročných skúšok, nazývaných minimum Landau, aby sa pripojili k skupine. Týždenný kolokvium skupiny slúžilo ako hlavné diskusné centrum pre teoretickú fyziku v Moskve, hoci mnohí rečníci sa na svojich stretnutiach nedokázali vyrovnať s ničivou úrovňou kritiky. V priebehu rokov vydali Landau a Lifshits svoj multivolumeový kurz Teoretická fyzika, hlavný vzdelávací nástroj pre niekoľko generácií študentov výskumu na celom svete.

Kolektívna práca skupiny Landau zahŕňala prakticky všetky odvetvia teoretickej fyziky. V roku 1946 opísal jav Landauovho útlmu elektromagnetických vĺn v plazme. Spolu s Vitalijom L. Ginzburgom získal Landau v roku 1950 správne rovnice makroskopickej (fenomenologickej) teórie supravodivosti. Počas päťdesiatych rokov spolu so spolupracovníkmi zistili, že aj v renormalizovanej kvantovej elektrodynamike sa objavujú nové problémy s divergenciou (moskovská nula alebo Landauov stĺp). Fenomén spojovacej konštanty, ktorý sa stáva nekonečným alebo mizne pri určitej energii, je dôležitým prvkom moderných kvantových teórií poľa. Okrem svojej teórie superfluidity z roku 1941 predstavil Landau aj iný druh kvantovej kvapaliny, ktorej kolektívne excitácie sa štatisticky správajú ako fermióny (ako sú elektróny, neutróny a protóny), a nie bozóny (napríklad mezóny). Jeho Fermiho-kvapalná teória poskytla základ pre modernú teóriu elektrónov v kovoch a tiež pomohol vysvetliť superfluiditu v He-3, ľahšom izotope hélia. V prácach Landau a jeho študentov sa metóda kvasipartikúl úspešne aplikovala na rôzne problémy a vyvinula sa do nevyhnutného základu teórie kondenzovanej hmoty.

Aj po svojom manželstve v roku 1939 sa Landau držal teórie, že zväzok nesmie obmedzovať sexuálnu slobodu oboch partnerov. Nepáčil sa mu prírodná filozofia dialektického materializmu, najmä keď sa uplatňoval vo fyzike, ale ako príklad vedeckej pravdy podporoval historický materializmus - marxistickú politickú filozofiu. Nenávidel Josepha Stalina za zradu ideálov revolúcie z roku 1917 a po 30. rokoch kritizoval sovietsky režim ako socialistu, nie skôr fašistu. S vedomím, že predchádzajúce politické obvinenia proti nemu neboli oficiálne stiahnuté, Landau vykonal niektoré výpočty pre projekt sovietskych atómových zbraní, ale po Stalinovej smrti v roku 1953 odmietol klasifikovanú prácu ako nevyhnutnú pre svoju osobnú ochranu. Povojnový kult vedy prispel k verejnému uznávaniu a uctievaniu hrdinov, ktoré dostal počas svojich neskorších rokov. V roku 1962 Landau utrpel pri dopravnej nehode vážne zranenia. Doktorom sa mu podarilo zachrániť život, ale nikdy sa nezotavil natoľko, aby sa vrátil do práce, a zomrel na následné komplikácie.