В эти 12 дней только спал и читал книги. Больше ничего! Мне даже было лень выходить из дому. Никогда не думал, что я устал до такой степени. Только теперь я несколько отошёл. По этому случаю завтра уеду куда-нибудь на юг.
Всё время вспоминаю о тебе. Любимая моя девочка, ты сама не понимаешь, как много ты для меня значишь.
Целую 10n раз.
ДАУ».
С каждым днём он всё больше привязывался к Коре. Если бы ему предложили более интересную работу в другом городе, он, не задумываясь, отказался бы — лишь бы почаще видеть Кору. И всё же из Харькова пришлось уехать.
Однажды ректор университета пригласил Льва Давидовича к себе в кабинет и тоном, исполненным недовольства, сказал:
– У вас странные методы преподавания, профессор. Вы спрашиваете у студентов-физиков то, что входит в программу филологического факультета: кто написал «Евгения Онегина» и так далее. Педагогическая наука не допускает ничего подобного.
– В жизни не слышал большей глупости, — ответил Дау.
Ректор обиделся:
– Если вы не возьмёте своих слов обратно, я вас уволю.
– Не имеете права.
– Посмотрим.
В тот же день Ландау был уволен, хотя ректор не имел права увольнять профессора без ведома наркома просвещения. Ландау счёл глупостью тратить время и силы на то, чтобы доказывать неправоту ректора. Он уехал в Москву. Недели через три после отъезда он сообщил харьковским друзьям и ученикам, что будет работать в Институте физических проблем у П. Л. Капицы. «А вы, — писал профессор, — уже достигли уровня третьего с половиной класса и можете работать самостоятельно».
«В Капичнике идеальные условия для работы»
Верховным судьёй всякой физической теории является опыт.
Лев Ландау, Юлий Румер.
«Что такое теория относительности»
Институт физических проблем с момента своего возникновения связан с именем академика Капицы.
«Осенью 1934 года, когда я, как обычно, поехал в Советский Союз, чтобы повидать мать и друзей, и был совершенно неожиданно для меня лишён возможности вернуться в Кембридж, я в последний раз видел Резерфорда и больше не слышал его голоса и смеха», — пишет Пётр Леонидович Капица в своих воспоминаниях, опубликованных в 1966 году в журнале «Новый мир».
Капицу оставили в Москве для организации нового физического института.
Место для института было выбрано на редкость удачное: старинный парк на высоком берегу Москвы-реки, в самом начале Воробьёвского шоссе.
Здесь вырос целый комплекс домов строгой архитектуры: главный корпус, лаборатории, мастерские, особняк директора и длинный, двухэтажный дом для сотрудников, глядящий на Калужское шоссе. По другую сторону улицы — там, где сейчас витрины Дома обуви, — был пустырь. За ним деревянные дома совсем по-деревенски вытянулись вдоль дороги, дальше шли огороды. По утрам молочница спешила через дорогу с парным молоком.
Из Англии в Институт физических проблем прибыло первоклассное оборудование Монд-лаборатории, построенной Резерфордом в 1933 году специально для Капицы. Советское правительство купило это оборудование за 30 тысяч фунтов стерлингов. Сотрудники Резерфорда недоумевали: как он мог отправить в Москву уникальнейшие приборы, с которыми раньше не согласился бы расстаться ни за какие деньги. А Эрнесту Резерфорду, как истинному учёному, важно было не то, где находится оборудование — в Англии или в Советском Союзе, — а то, что интересы науки требуют продолжения начатых Капицей экспериментов. Если Капица не может приехать в лабораторию Резерфорда, пусть лаборатория Резерфорда едет к Капице.
Капица оказался талантливым организатором. Он выискивал для своего института лучших специалистов, создавал им все условия для работы, был строг и требователен.
О том, что это были за специалисты, можно судить хотя бы по мастеру Александру Васильевичу Петушкову.
Ни для кого не секрет, что есть опыты, успех которых зависит от того, сумеет стеклодув сделать нужный прибор или нет. Работая с жидким гелием, Пётр Леонидович не мог довести до конца опыт потому, что гелий испарялся прежде, чем он успевал опыт закончить. Работы велись в четырёхстенном цилиндрическом дьюаре.
– А что, если сделать шаровой дьюар? — предложил Петушков.
– Это, конечно, прекратило бы наши мучения, гелий не испарялся бы так быстро, — ответил Пётр Леонидович, — да только удастся ли?
Цилиндрический четырёхстенный дьюар — тончайший прибор, просветы между стеклами малы, а допуски не превышают полумиллиметра. Но цилиндры можно сначала сделать, а потом уже вставить один в другой и спаять, а вот выдуть один в другом четыре стеклянных шара дьюара трёхлитрового объёма — задача почти невыполнимая.
Однако Петушков изготовил уникальный шаровой четырёхстенный дьюар, и Пётр Леонидович блестяще закончил эксперимент.
Не раз заводы просили Институт физических проблем откомандировать в помощь инженерам, не сумевшим наладить выпуск сложной продукции, не кандидата или доктора наук, а мастера-стеклодува Александра Васильевича Петушкова. И не было случая, чтобы он не справился с работой, как бы сложна она ни была.
Жизнь в институте била ключом, работать здесь было интересно. Дау повезло, что он попал в Капичник (так называли институт его сотрудники).
– Без экспериментаторов теоретики скисают, — часто повторял он.
Он довольно быстро освоился на новом месте. Ему дали жильё в доме при институте. Здесь всё было устроено на английский лад: квартира — в два этажа, в верхние комнаты ведёт дубовая лестница, в гостиной камин. Стол, стулья, тахта, низенький столик, несколько забавных игрушек — вот и вся обстановка.
В одной квартире с Ландау поселился Коля Алексеевский, молодой физик-экспериментатор, знакомый ещё по Харькову. Дау много работал, ему нравился институт, но он тосковал о харьковских друзьях и о Коре. При всей своей нелюбви к эпистолярному творчеству, он писал ей очень часто.
«25 декабря 1937 года. От тебя ничего нет. Как я боюсь за тебя, моя девочка. Когда я думаю о том, что с тобой может что-нибудь случиться, или ты меня разлюбишь, становится так жутко, жутко. Я как-то даже представить себе не могу, как я мог бы жить дальше, зная, что больше никогда не увижу моей Корочки.
Не обращай внимания на унылый тон письма. Я просто беспокоюсь за тебя и немного скис, но в общем со мной всё в порядке.
Читала ли ты «Война 1936 г.» в № 8 журнала «Знамя» за 1937 г. Немного жутко, но неплохо написано. Там же очень милые стихи об испанской интернациональной бригаде. Вот это люди!»
В 1937 году Ландау публикует две работы, посвящённые теории фазовых переходов, — «Теория фазовых переходов» и «К теории фазовых переходов». Вопрос о фазовых переходах был запутан. Не было ясности даже в том, возможен или нет непрерывный переход из жидкого состояния в кристаллическое. Ландау впервые отметил тот факт, что понятие фазового перехода в твёрдом теле неразрывно связано с изменением симметрии тела, а потому фазовый переход не может быть непрерывным, и обязательно должна существовать точка перехода, где симметрия меняется скачком.
Это изменение симметрии может быть связано со скачкообразным изменением состояния тела, а может происходить в условиях, когда состояние тела меняется непрерывно. В первом случае мы имеем дело с обычным фазовым переходом, связанным с выделением теплоты, изменением объёма и т.д. Однако наибольший интерес представляет второй случай, названный впоследствии переходом второго рода. При этом переходе не выделяется скрытая теплота, и объём меняется непрерывно. К моменту написания работ Л. Д. Ландау такие переходы были известны (например, переход ферромагнетика в парамагнитное состояние, некоторые структурные переходы кристаллов).
В своих работах Ландау детально исследовал фазовые переходы второго рода. При этом было выяснено, что во всех случаях такого перехода тело может быть охарактеризовано некоторым параметром, отличным от нуля ниже точки перехода и равным нулю выше этой точки. Было показано, что в точке перехода действительно должен непрерывным образом меняться объём тела и не должна выделяться скрытая теплота. В то же время теплоёмкость, сжимаемость, коэффициент температурного расширения и т.п. должны испытывать скачки.
Наиболее интересное явление представляет собой скачок теплоёмкости, установленный Ландау ещё в 1935 году. Ландау выяснил, что теплоёмкость всегда больше в менее симметричной фазе, которая почти во всех случаях соответствует более низкой температуре. В точке фазового перехода второго рода возможны далеко не все случаи изменения симметрии. В частности, переход между твёрдым и жидким состоянием может быть только обычным фазовым переходом первого рода.
В последующие годы теория фазовых переходов второго рода получила широкое применение, главным образом, для изучения конкретных типов переходов в твёрдых телах. Сюда относятся исследования Е. М. Лифшица по структурным переходам в кристаллах, теория сегнетоэлектрического перехода В. Л. Гинзбурга и работы И. Е. Дзялошинского по теории антиферромагнетизма.
Кроме построения теории фазовых переходов второго рода Л. Д. Ландау получил ряд других важных результатов относительно фазовых превращений и симметрии тел. Им был изучен вопрос о пересечении различных кривых перехода, рассмотрены свойства жидких кристаллов, показана невозможность существования одномерных и двумерных кристаллов.
В том же 1937 году Лев Давидович пишет работу «К статистической теории ядер». В этой работе получен ряд важных соотношений, характеризующих тяжёлые ядра.
На возможность применения к ядру статистических методов впервые указали Я. И. Френкель и Нильс Бор. Исходя из этой идеи, Г. Бете исследовал распределение ядерных уровней по энергиям. Однако при этом Бете рассматривал ядро как идеальный газ, что заведомо неверно вследствие сильного взаимодействия частиц в ядре. В действительности ядро следовало рассматривать как квантовую жидкость. Этот подход и был применён в работе Л. Д. Ландау.
В первой части работы была выведена общая формула для распределения энергетических уровней в ядре, а также формула распределения уровней для состояний с определённым вращательным моментом. Особо рассмотрен случай столкновения ядра с нейтроном.
Наиболее интересна вторая часть работы, где впервые была выведена формула, связывающая расстояние между уровнями ядра с так называемой нейтронной шириной, определяющей вероятность излучения нейтрона.
Аналогичная формула была получена и для случая распада ядра с вылетом не нейтрона, а протона или альфа-частицы.
Исследования Л. Д. Ландау по статистической теории ядер были продолжены рядом авторов (Вейскопф и др.) и изложены во всех книгах по ядерной физике.
В 1938 году Л. Д. Ландау совместно с Ю. Б. Румером построил теорию электронных ливней в космических лучах.
Идея о том, что так называемые ливни в космических лучах представляют собой размножающиеся потоки электронов и позитронов, незадолго до этого была высказана Баба и Гайтлером, а также Карлсоном и Оппенгеймером. Согласно концепции этих авторов, размножение электронов и позитронов происходит благодаря тормозному излучению фотонов заряженными частицами, которые, в свою очередь, превращаются в электронно-позитронные пары.
Статья Л. Д. Ландау и Ю. Б. Румера «Лавинная теория электронных ливней» — пример прямого и в то же время исключительно изящного подхода к вопросу. Соавторы получили уравнения, которые связывают изменения чисел электронов, позитронов и фотонов на единице длины с эффективными сечениями тормозного излучения. Был получен ряд интересных соотношений, как, например, зависимость числа частиц в ливне от глубины проникновения для любой заданной начальной энергии, энергетическое распределение на заданной глубине, а также рассмотрен вопрос о переходе ливня из воздуха в другие среды.
В последующих работах Ландау нашёл угловое распределение частиц в ливне, вычислил ширину ливня и рассмотрел вопрос о вторичных ливнях, вызванных мезонами.
Результаты каскадной теории ливней были проверены в многочисленных экспериментах и явились важным этапом в изучении космических лучей.
Работа в Институте физических проблем целиком захватила Дау. В институте царила деловая атмосфера. Она помогла Ландау создать одну из лучших его работ, посвящённую проблеме сверхтекучести жидкого гелия.
В 1937 году Пётр Леонидович Капица обнаружил у гелия парадоксальное свойство: при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю, жидкий гелий не только не становится твёрдым, но теряет вязкость, переходя в состояние сверхтекучести. Абсолютный нуль — температура, при которой хаотическое движение атомов прекращается. Следовательно, при абсолютном нуле все тела должны быть твёрдыми. Жидкий гелий — единственное вещество, которое не затвердевает при абсолютном нуле.
П. Л. Капица (пятый справа) в лаборатории Л. В. Шубникова (третий справа). Л. Д. Ландау — крайний слева.
Попытки построить теорию сверхтекучести оставались неудачными до тех пор, пока объяснить явление сверхтекучести не взялся Ландау. Он доказал, что состояние тела может меняться без поглощения или выделения тепла. Бурно кипящий при нормальном давлении гелий-I при абсолютном нуле переходит в новую модификацию — спокойный сверхтекучий гелий-II. Ландау применил к гелию-II квантовую теорию, объяснившую все явления сверхтекучести: в жидком гелии при температуре близ абсолютного нуля часть жидкости не сохраняет теплового движения. Но это невероятно! Ведь атомы жидкого гелия одни и те же. Одно вещество ведёт себя так, словно оно состоит из двух компонентов!
Один из компонентов гелия-II Ландау назвал сверхтекучим, ибо вязкость его равна нулю, другой — нормальным. Поразительно то, что сверхтекучий, движущийся компонент не переносит никакого тепла — оно остаётся как бы оторванным от массы вещества, выделенным в чистом виде: сверхтекучая часть жидкости может уйти, а её нормальный компонент, то есть тепло, останется.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17