Страница:
Статья восемнадцатилетнего студента — развитие идей Гейзенберга, Шрёдингера и других основателей квантовой механики.
– Когда я познакомился с общей теорией относительности Эйнштейна, я был потрясён её красотой, — много лет спустя рассказывал Ландау ученикам. — Статьи Гейзенберга и Шрёдингера привели меня в восхищение. Никогда раньше я с такой ясностью не ощущал мощь человеческого гения.
В 1926 году студент пятого курса университета Лев Ландау поехал в Москву на V съезд русских физиков. Съезд открылся 15 декабря и продолжался пять дней. Ландау выступил с докладом: «К вопросу о связи классической и волновой механики», выступал и в прениях, полемизируя с В. Е. Лашкарёвым, допустившим неточность в трактовке теории гравитации. Прошла неделя, надо было возвращаться в Ленинград. Из Москвы Лев ехал вместе с научным руководителем его дипломной работы. Это был профессор Виктор Робертович Бурсиан, учёный старой школы, важный и солидный. Студенты знали, что дома у профессора висят полотенца с вышитыми мудрыми изречениями на немецком, родном языке Бурсиана.
Лев Ландау выполнил дипломную работу намного раньше срока. Защиту назначили на 20 января 1927 года. После защиты профессор Лейфет спросил выпускника, где он намерен работать. Ландау ответил, что ещё не решил окончательно.
– Зачем выпускают столько физиков? — проворчал Лейфет. — Я же говорил Рождественскому…
«Галопом по Европам»
В 1927 году Ландау поступил в аспирантуру Ленинградского физико-технического института, где вскоре был зачислен в группу теоретиков, которой руководил Яков Ильич Френкель. В группу кроме Ландау вошли В. А. Фок, М. П. Бронштейн и Д. Д. Иваненко. Лев подружился с Матвеем Бронштейном, остроумным, мягким и отзывчивым.
В это время Ландау начинает писать новую работу под названием «Проблема торможения в волновой механике». Анализируя механизмы торможения излучением, он (независимо от фон Неймана) вводит в квантовую механику новое важнейшее понятие матрицы плотности.
Дау по-прежнему много занимается. Физика доставляет ему огромное, ни с чем не сравнимое удовольствие. Его имя приобретает известность: учёные в своих исследованиях ссылаются на его работы. Иностранные физики, приезжающие в Ленинград, снова и снова предлагают Дау принять участие в своих семинарах.
Он с каждым днём становится взрослее. Если раньше на него особенно сильное впечатление производила, скажем, способность Жюльена Сореля в один присест выучить страницу газетного текста, то теперь его больше интересует духовный мир героя: величайшая трагедия человека, который вдруг осознает, что то, чего он всю жизнь добивался, не стоит затраченных усилий. Главное — не только сильный характер, но и достойная цель. Для него эта цель — наука, физика.
Став аспирантом, Лев решил, что настало время выбраться из-под надзора тётушки. Приятели помогли найти комнату на площади Пяти углов. Началась самостоятельная жизнь. Теперь друзья могли чаще приходить к нему. Компания подобралась дружная. Выдумкам не было конца. Начали с того, что переиначили друг другу имена: Дмитрий Иваненко — Димус, Женечка Канегизер — Лю, Георгий Гамов — Васька да Гамов или Джонни, Матвей Бронштейн — Аббатик, Михаил Корец — Корица, Илья Бытенский — Люся…
По любому, даже пустяковому, поводу создавались теории. Первая возникла для квалификации научных работ. К высшему, первому, классу работ принадлежат работы замечательные, ко второму — очень хорошие, к третьему — хорошие, к четвёртому — посредственные и к пятому — «патологические», ошибочные, непонятно каким образом появившиеся.
Затем была изобретена классификация зануд. Первый класс — гнусы (грубияны, драчуны, скандалисты). Второй — моралинники (выделяют «продукт» морали — моралин). Третий — постники (отличаются недовольным, постным выражением лица). Четвёртый — обидчивые (всегда на кого-нибудь в обиде).
Самым весёлым в компании был Лев. Находчивый в спорах, начитанный, он был сведущ больше сверстников не только в точных науках, но и в истории, в литературе, в живописи. Однако представления его о жизни были крайне наивны. Как-то он случайно узнал, что двое его друзей — он и она — встречаются тайком от него. Влюблённая пара, по мнению Дау, нарушила элементарнейшие правила дружбы, и, он рассорился с молодыми людьми.
Друзья выпускали рукописный юмористический журнал, разыгрывали шарады, решали кроссворды. Среди них был даже собственный поэт — Женечка Канегизер. Стихи её пользовались огромным успехом в университете, а сама она была украшением «джаза», в который кроме неё вошли три отважных мушкетёра: Дау, Гамов и Иваненко. «Джазистов» побаивались, во всяком случае, старались не задевать. Ну кому охота предстать перед всеми в карикатурном виде! Позднее «джаз» распался. Первой изменила ему Женечка. Она вышла замуж за талантливого физика Рудольфа Пайерлса и уехала с ним в Англию.
В 1928 году в Москве состоялся VI съезд физиков. Благодаря стараниям директора ЛФТИ академика А. Ф. Иоффе он был прекрасно организован. Этот съезд вошёл в историю науки. В его работе приняли участие Лебедев, Рождественский, Рожанский, Фок; многочисленные зарубежные гости: Бор, Дирак, Дебай, Бриллюэн, Франк, Джордж Эразм Дарвин, Ладенбург.
Большая аудитория физического факультета на Моховой. Съезд открывается докладом аспирантов Ленинградского физико-технического института Л. Д. Ландау и Д. Д. Иваненко «Основания квантовой статистики». Второй доклад Ландау и Иваненко назывался «Принцип причинности в современной физике». Третья работа Ландау, представленная съезду — «Магнитный электрон в волновой механике» — выполнена им без соавтора.
Прения велись на немецком языке. Дау прекрасно говорил по-немецки и по-французски и очень сожалел, что не знает английского: между англичанами и американцами часто вспыхивали споры, которых он не понимал. Заседания секции теоретической физики были посвящены в основном квантовой и волновой механике, электрону Дирака — позитрону, а также проблемам оптики. На заключительном заседании съезда была принята резолюция об образовании новых научно-исследовательских физических институтов в Харькове и Томске.
В тот же день вереница автобусов доставила участников съезда на Курский вокзал: полтораста делегатов отправлялись в Нижний Новгород. В Нижний прибыли утром. Днем бродили по городу. Г. Льюис и Ф. Франк выступили с докладами перед студентами местного университета: Льюис рассказал о статистических основах термодинамики, Франк — о теоремах классической механики, применимых в квантовой механике.
Вечером поднялись на пароход. Началось путешествие вниз по Волге. Величавое спокойствие реки, необычная обстановка, сочетание серьёзных научных докладов и безудержного мальчишеского веселья — всё создавало отличное настроение.
В Саратове сошли на берег. По железной дороге добрались до Тифлиса. Здесь иностранные физики распрощались с советскими. Дау и его друзьям не хотелось сразу возвращаться в Ленинград. Они решили идти через Кавказский хребет до Батума. Плохо было только то, что денег у всех оставалось в обрез. Чтобы не потерять последние капиталы при встрече с рыцарями больших дорог, Дау завернул пять рублей в бумажку и спрятал их в башмак. Можно себе представить, во что они превратились после двухдневного перехода!
В городской банк Батума явился юноша, увидев которого милиционер уже не спускал с него глаз. Юноша был обтрёпан, худ, глаза у него горели голодным блеском. Он протянул кассиру до такой степени затёртую пятирублевку, что вначале тот наотрез отказался её обменять. Однако номер банкового билета был цел, и в конце концов кассир нехотя уступил. Туристы объявили «военный коммунизм» и собрали все деньги в общую кассу. Их хватило, чтобы пообедать и дать телеграмму в Ленинградский физико-технический институт: «Остались без копейки».
После VI съезда физиков Дау, как один из лучших аспирантов ЛФТИ, по путёвке Наркомпроса был послан за границу. Пришлось срочно учить английский. За полтора месяца Лев овладел разговорной речью и научился читать со словарем.
Л. Д. Ландау. 1929 г.
В октябре Дау приехал в Берлин. Однажды в Берлинском университете он увидел Альберта Эйнштейна. Он подошёл к знаменитому учёному и, смущаясь, попросил разрешения поговорить с ним, Эйнштейн пригласил юношу к себе домой.
И вот Лев в гостях у Эйнштейна. Ландау — двадцать один год, Эйнштейну пятьдесят. Мягкий, добрый, стареющий Эйнштейн, который из-за своей замкнутости не имел учеников, внимательно слушал молодого советского физика. Лев пытался доказать Эйнштейну правильность основного принципа квантовой механики — принципа неопределённости. Он недоумевал: как человек, теорией относительности совершивший переворот в науке, не может понять другой революционной теории — квантовой механики? Эйнштейну были симпатичны и горячность и убеждённость Ландау, и ясные, чётко сформулированные утверждения. Но переубедить Эйнштейна Лев не мог. Больше им не суждено было встретиться: в Европе началась эпидемия «коричневой чумы», и Альберту Эйнштейну пришлось бежать от фашистских инквизиторов за океан.
Из Берлина путь лежал в Гёттинген, к Максу Борну. Будучи в Ленинграде, Борн пригласил Дау посетить его семинары. Это была большая честь: на семинарах Борна выступали со своими новыми работами Эйнштейн, Бор, Гейзенберг, Шрёдингер, Паули.
Старинный университет пришёлся по душе романтически настроенному юноше. Скромный молодой человек на семинарах совершенно преображался, особенно когда начинался шумный спор.
Несколько недель в Гёттингене — дни упорного труда: за границей Лев занимался не меньше, чем в Ленинграде.
От Борна Ландау направился в Лейпциг, к одному из создателей квантовой механики Вернеру Гейзенбергу. Стремительный, слегка насмешливый Гейзенберг чем-то походил на Ландау. Оба любили поговорить и говорили часами. Профессору Гейзенбергу было двадцать девять лет. Четыре года назад он выполнил работу, которая была известна всем физикам мира (позднее, в 1932 году, он получил за эту работу Нобелевскую премию). Она содержала описание первого варианта квантовой механики — матричной механики.
Из Лейпцига Ландау едет в Данию, к лауреату Нобелевской премии Нильсу Бору. В декабре 1929 года Дау появился в Копенгагене, на известной всем физикам-теоретикам улице Блегдамсвей.
Здесь в доме № 15 находился институт теоретической физики, директором которого был профессор Нильс Бор.
Семинар в Институте теоретической физики в Копенгагене. 1930 г. В первом ряду (слева направо): О. Клейн, Н. Бор, В. Гейзенберг, В. Паули, Г. Гамов, Л. Ландау, Г. Крамерс.
О Нильсе Боре ходили легенды. Модель атома Бора — гениальное проявление физической интуиции. Альберт Эйнштейн писал об этой модели: «Было так, точно из-под ног ушла земля и нигде не было видно твёрдой почвы, на которой можно было бы строить. Мне всегда казалось чудом, что этой колеблющейся и полной противоречий основы оказалось достаточно, чтобы человеку с гениальной интуицией и тонким чутьём — Бору — найти главнейшие законы спектральных линий и электронных оболочек атомов… Это кажется мне чудом и теперь. Это — наивысшая музыкальность в области мысли».
– Хорошо, что вы приехали! Мы от вас многому научимся, — сказал Бор, пожимая руку гостю из Советской России.
Дау был потрясён. Услышать такие слова из уст легендарного Бора! Невероятно! Через несколько дней Дау узнал, что Нильс Бор по доброте встречает этой любезной фразой всех вновь прибывших.
Сколько блеска, ума и находчивости в семинарах Бора! Как он внимателен и нежен с учениками! Наделённый необыкновенным юмором, он никогда не позволяет себе насмешек над ними, а над собой посмеивается часто.
– Человек сейчас занимается такими проблемами, что у него дух захватывает и кружится голова. Однако пока вы не почувствуете лёгкого головокружения, вам не удастся понять их суть. Проблемы важнее решения. Решения могут устареть, а проблемы остаются, — любит повторять он.
Бор всегда подбирает мягкие, деликатные выражения:
– Давайте посмотрим, что нам известно, и попытаемся как можно лучше это сформулировать.
Он избегает категорических заявлений. Слову «принцип» он предпочитает «точку зрения» или чаще «аргумент», «довод».
Любимые философы Бора — Спиноза и Гегель. Он призывает «учиться у природы и следовать её законам».
Дау был энергичен, остроумен, любил посмеяться, держался очень просто и быстро освоился на семинарах Бора.
Ему рекомендовали недорогой пансион недалеко от института. Здесь обитало несколько участников семинаров. Скоро Дау стал своим человеком в весёлой молодой компании. Его полюбили. «Внешне насмешливый и задиристый, что, возможно, — проявление самозащиты, Ландау в душе бесхитростен и добр. Я в жизни не знал человека лучше Ландау», — говорил Леон Розенфельд.
«Невозможно себе представить, какая атмосфера, какая жизнь, какая интеллектуальная активность царили в Копенгагене в это время. Бор был рядом, мы видели его работающим, разговаривающим, живущим среди молодых, весёлых, жизнерадостных энтузиастов. Они приближались к глубочайшим тайнам материи, одержимые духом свободы, духом борьбы и радости, которую невозможно описать», — писал Вейскопф 1, один из самых молодых участников копенгагенских семинаров.
К Бору со всего света стекалась талантливая молодёжь. Он всех принимал и всем радовался, но было заметно, что лучшим своим учеником он считает Ландау. Часто на семинарах его любимый ученик так горячился, что Бор то и дело сдерживал его:
– Ландау, не ругаться, а критиковать. А теперь позвольте сказать мне.
Дау жаловался приятелям:
– Бор всегда так делает. Больше всех говорит, а попытаешься его перебить, жалуется, что ему и рта не дают раскрыть.
Новый, 1930 год друзья встретили в швейцарском курортном городке Ароза. Погода стояла отличная. Весь день — на лыжах, а вечером — шарады, самодеятельные концерты, веселье без конца. Дау говорил по-немецки бегло, хотя и с акцентом, но актёром оказался неплохим.
После рождественских каникул Дау возвращается в Лейпциг, к Гейзенбергу, а из Лейпцига едет в Англию, в Кембриджский университет, где работал знаменитый Поль Дирак. Здесь спорить не пришлось: Дирак не способен был слушать, сам же мог говорить часами.
В Кембридже Ландау познакомился со своим соотечественником Петром Леонидовичем Капицей. С 1921 года Капица работал в знаменитой Кавендишской лаборатории у патриарха современной физики Эрнеста Резерфорда и лишь на время летнего отпуска приезжал на родину.
Отцу советской физики, неутомимому «папе Иоффе» в своё время пришла в голову счастливая мысль взять с собой в заграничную командировку своего ученика, выпускника Политехнического института Петра Капицу. Случилось так, что Резерфорд оставил Капицу поработать в своей лаборатории. Вскоре Капица стал любимым учеником Резерфорда. Пётр Леонидович постоянно жил и работал в Кембридже и удостоился высшего признания — стал членом Британского Королевского общества. Однако Пётр Леонидович не «обангличанился»: он остался советским подданным, и для обоих его сыновей, родившихся в Англии, родным языком был русский.
В Кембридже Ландау прожил четыре месяца. Как и в Копенгагене, он снял здесь небольшую комнатку с пансионом. Хозяйка была молода, миловидна и приветлива. Вскоре Дау заметил, что она краснеет, встречаясь с ним взглядом. Дау влюбился в англичанку, но так и не набрался смелости признаться ей в своих чувствах.
Из Англии Ландау едет в Цюрих, к Паули. Его интересует гипотеза Паули о существовании чрезвычайно слабо взаимодействующей с веществом элементарной частицы нейтрино. Большинству учёных гипотеза эта казалась искусственной и неправдоподобной. Дау сразу поверил в возможность существования частицы со столь странными свойствами. В Цюрихе он не пропускает ни одной лекции Паули. Однажды после лекции известный австрийский философ, профессор Nзатеял с Паули спор о принципе относительности. Паули разбил доводы философа, но тот не сдавался, придумывал новые вопросы и так запутал аудиторию, что многие перестали понимать, о чём идёт речь.
– Не будете ли вы любезны объяснить мне, в чём разница между выступлением профессора Паули и профессора N? — спросил у Ландау молодой репортёр местной газеты.
– В том, — ответил Ландау, — что профессор Паули понимает, о чём говорит, а профессор N— нет.
Друзья-иностранцы не догадывались, как много Дау работает. И на родине он не любил распространяться о том, что трудится с утра до ночи, а новым знакомым и подавно этого не рассказывал. Участникам семинаров он стал известен способностью моментально замечать ошибки и неточности в чужих работах. Когда о нём заходила речь, кто-нибудь непременно произносил:
– Ландау? Потрясающий критический ум!
Многие считали, что со временем он станет своеобразным научным критиком, и не более. Но они ошибались.
В 1927 году Вольфганг Паули пришёл к выводу: изменение поступательного движения электронов в магнитном поле не может привести к дополнительному магнетизму. Ландау усмотрел ошибку в доказательстве этого положения, хотя оно стало общепризнанным и ни у кого из учёных не вызывало сомнений. В № 64 «Zeitschrift fur Physik» за 1930 год появилась статья Л. Ландау «Диамагнетизм металлов».
С точки зрения современной науки о магнетизме все тела подразделяются на ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики. Ферромагнетики обладают магнетизмом в отсутствие внешнего поля. Парамагнетики и диамагнетики не обладают собственным магнетизмом, однако, намагничиваются под влиянием внешнего поля. При этом парамагнетики намагничиваются вдоль внешнего поля, так что магнитное поле внутри парамагнетика больше, чем приложенное извне. Что касается диамагнетиков, то они намагничиваются против внешнего поля и как бы частично выталкивают из своей толщи внешнее магнитное поле.
Ландау показал, что движение электрона в присутствии магнитного поля нельзя рассматривать с помощью методов классической механики. В действительности электрон в магнитном поле обладает дискретными (прерывными) энергетическими уровнями, которые описываются особой формулой. Расстояние между этими уровнями пропорционально полю. В результате такой дискретности уровней оказывается, что электронный газ обладает диамагнетизмом, связанным с изменением поступательного движения электронов. При больших значениях поля магнитная восприимчивость периодически меняется с изменением поля.
«Диамагнетизм Ландау» вызвал в учёном мире сенсацию.
– Надо смотреть правде в лицо: все мы питаемся крошками со стола Ландау, — сказал Рудольф Пайерлс, прочитав статью друга.
Гейзенберг, Бор, Борн, Дирак, Паули оценили блестящие способности Ландау. Любой университет счёл бы честью пригласить к себе работать молодого учёного, одного из лучших советских физиков. И Ландау не раз получал такие предложения. Но едва лишь начинался разговор, он перебивал собеседника:
– Нет! Я вернусь в свою рабочую страну, и мы создадим лучшую в мире науку.
– А роскошь, который вы там никогда не увидите?
– К ней я равнодушен.
Он страшно удивился, когда узнал, что один из его знакомых решил не возвращаться после командировки на родину.
– Продался за доллары, — сказал Дау. — Лодырь. Работать никогда не любил. Что о нём говорить — самоликвидировался. Перестал работать и впал в ничтожество.
Из своей первой научной командировки за границу Ландау вернулся в 1931 году. «Если Дау вернулся в Россию, то это произошло потому, что там было его сердце. Это произошло потому, что сам он, в глубине души, был революционером», — писала позднее зарубежная пресса.
«Осторожно, кусается!»
В конце двадцатых годов директор ЛФТИ академик Абрам Федорович Иоффе занялся проблемой тонкослойной изоляции. Изобретение тонкослойной изоляции сулило промышленности молодого Советского государства миллионы рублей экономии. В популярной брошюре издания 1930 года Иоффе подробно рассказывает о причинах пробоя изоляторов. Только при очень низких температурах в изоляторе замирает хаотическое движение ионов (заряженных атомов), называемое тепловым движением. Если же к изолятору, положим к кристаллу, приложить напряжение, ионы начнут двигаться: в кристалле возникнет ионная лавина — ток. Каждый движущийся ион, сталкиваясь с атомом, закреплённым в кристалле, выбивает его, заставляет двигаться. На месте одной заряженной частицы оказываются две, при следующем столкновении — четыре, потом — восемь и так далее. «Однако и здесь удалось найти остроумный выход из положения, — пишет Иоффе. — Представим себе листок изолятора, толщина которого так мала, что ион при движении от одного электрода до другого испытывает всего пять столкновений… Словом, для тонкого листка изолятора ионная лавина не сможет достигнуть сколько-нибудь опасной величины. Чем меньше толщина изолятора, тем ближе его электрическая прочность к пределу прочности, вычисленному как электрическая сила, нужная для разрыва кристалла. Для очень тонких слоев изолятора, например для листочков слюды толщиной в несколько десятитысячных миллиметра, наблюденная электрическая прочность соответствует вычисленной». Поскольку в ту пору в Советском Союзе не было оборудования, необходимого для подобных экспериментов, опыты по тонкослойной изоляции проводились в Германии, в лаборатории Сименса.
В разгар работ по тонкослойной изоляции из полуторагодичной заграничной командировки в ЛФТИ вернулся молодой аспирант Лев Ландау. Он усомнился в правильности выводов Иоффе и доказал полную теоретическую необоснованность тонкослойной изоляции. Когда работы по тонкослойной изоляции были перенесены в СССР, опыты резко разошлись с данными лаборатории Сименса. Даже на материале, привезённом из Германии, не могли получить эффекта тонкослойности. Ландау показал, что теоретическая картина твёрдого тела не допускает необходимого для тонкослойной изоляции разгона ионов в твёрдом теле. Иоффе вынужден был признать, что само по себе уменьшение толщины не увеличивает прочности. Но Абрама Федоровича обидела резкость суждений молодого учёного. Однажды Иоффе в сердцах заявил Льву, что не видит смысла в его последней работе.
– Теоретическая физика — сложная наука, — ответил Ландау, — и не каждый может её понять.
Иоффе счёл себя оскорблённым. Он дал почувствовать Ландау, что дальнейшее его пребывание в институте нежелательно. Ландау ушёл из ЛФТИ.
Профессор Иван Васильевич Обреимов предложил Ландау занять кафедру теоретической физики в Харькове, и летом 1932 года Лев уехал из Ленинграда.
Украинский физико-технический институт (УФТИ) был открыт 7 ноября 1930 года. Ядро его составили бывшие сотрудники ЛФТИ: И. В. Обреимов, Л. В. Шубников, К. Д. Синельников, А. И. Лейпунский, А. К. Вальтер, Д. Д. Иваненко, В. В. Гей, Ю. Н. Рябинин, В. С. Горской. 15 августа 1932 года Л. Д. Ландау был назначен заведующим теоретическим отделом УФТИ вместо вернувшегося в Ленинград Иваненко. Одновременно он руководил кафедрой теоретической физики физико-механического факультета Харьковского механико-машиностроительного института, а позднее — и кафедрой общей физики Харьковского государственного университета. Лев получил комнату рядом с институтом, на улице Чайковского, 16. На двери своего служебного кабинета заведующий теоретическим отделом прибил табличку:
Л. Д. ЛАНДАУ
Осторожно, кусается!
Возвращаясь с работы домой, он вывешивал объявление: «Магазин открыт». Уходя, переворачивал его другой стороной: «Магазин закрыт». Институт был молод, и Дау был молод, работалось ему легко, трудился он увлечённо, засиживался за работой допоздна — словом, был счастлив.
У каждого сотрудника был свой ключ от библиотеки — занимались, сколько душе угодно.
В Харькове Ландау впервые выступил как лектор. Он явился на первую лекцию в сандалиях на босу ногу, широких парусиновых брюках и голубом пиджаке. Костюм молодого учёного произвёл фурор.
Лекции он читал блестяще. Великолепное знание материала, остроумие сделали Ландау любимым преподавателем. Со студентами он держался совсем просто. Его можно было спрашивать о чём угодно. Но едва начиналась сессия, студенческим восторгам приходил конец.
– Вы не знаете не только институтского курса, но даже школьной программы, — заявил он многим на первом экзамене.
– Лев Давидович, но я проработал два тома Хвольсона! — молил нерадивый студент.
– Если бы вы их прочли, у вас было бы другое выражение лица.
Из всех третьекурсников Ландау перевел на четвёртый курс только одного. Остальные провалились. Неслыханный скандал! Был срочно созван учёный совет. Ландау намекнули, что знания студентов зависят от качества преподавания.
– Когда я познакомился с общей теорией относительности Эйнштейна, я был потрясён её красотой, — много лет спустя рассказывал Ландау ученикам. — Статьи Гейзенберга и Шрёдингера привели меня в восхищение. Никогда раньше я с такой ясностью не ощущал мощь человеческого гения.
В 1926 году студент пятого курса университета Лев Ландау поехал в Москву на V съезд русских физиков. Съезд открылся 15 декабря и продолжался пять дней. Ландау выступил с докладом: «К вопросу о связи классической и волновой механики», выступал и в прениях, полемизируя с В. Е. Лашкарёвым, допустившим неточность в трактовке теории гравитации. Прошла неделя, надо было возвращаться в Ленинград. Из Москвы Лев ехал вместе с научным руководителем его дипломной работы. Это был профессор Виктор Робертович Бурсиан, учёный старой школы, важный и солидный. Студенты знали, что дома у профессора висят полотенца с вышитыми мудрыми изречениями на немецком, родном языке Бурсиана.
Лев Ландау выполнил дипломную работу намного раньше срока. Защиту назначили на 20 января 1927 года. После защиты профессор Лейфет спросил выпускника, где он намерен работать. Ландау ответил, что ещё не решил окончательно.
– Зачем выпускают столько физиков? — проворчал Лейфет. — Я же говорил Рождественскому…
«Галопом по Европам»
Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов.
Исаак Ньютон
В 1927 году Ландау поступил в аспирантуру Ленинградского физико-технического института, где вскоре был зачислен в группу теоретиков, которой руководил Яков Ильич Френкель. В группу кроме Ландау вошли В. А. Фок, М. П. Бронштейн и Д. Д. Иваненко. Лев подружился с Матвеем Бронштейном, остроумным, мягким и отзывчивым.
В это время Ландау начинает писать новую работу под названием «Проблема торможения в волновой механике». Анализируя механизмы торможения излучением, он (независимо от фон Неймана) вводит в квантовую механику новое важнейшее понятие матрицы плотности.
Дау по-прежнему много занимается. Физика доставляет ему огромное, ни с чем не сравнимое удовольствие. Его имя приобретает известность: учёные в своих исследованиях ссылаются на его работы. Иностранные физики, приезжающие в Ленинград, снова и снова предлагают Дау принять участие в своих семинарах.
Он с каждым днём становится взрослее. Если раньше на него особенно сильное впечатление производила, скажем, способность Жюльена Сореля в один присест выучить страницу газетного текста, то теперь его больше интересует духовный мир героя: величайшая трагедия человека, который вдруг осознает, что то, чего он всю жизнь добивался, не стоит затраченных усилий. Главное — не только сильный характер, но и достойная цель. Для него эта цель — наука, физика.
Став аспирантом, Лев решил, что настало время выбраться из-под надзора тётушки. Приятели помогли найти комнату на площади Пяти углов. Началась самостоятельная жизнь. Теперь друзья могли чаще приходить к нему. Компания подобралась дружная. Выдумкам не было конца. Начали с того, что переиначили друг другу имена: Дмитрий Иваненко — Димус, Женечка Канегизер — Лю, Георгий Гамов — Васька да Гамов или Джонни, Матвей Бронштейн — Аббатик, Михаил Корец — Корица, Илья Бытенский — Люся…
По любому, даже пустяковому, поводу создавались теории. Первая возникла для квалификации научных работ. К высшему, первому, классу работ принадлежат работы замечательные, ко второму — очень хорошие, к третьему — хорошие, к четвёртому — посредственные и к пятому — «патологические», ошибочные, непонятно каким образом появившиеся.
Затем была изобретена классификация зануд. Первый класс — гнусы (грубияны, драчуны, скандалисты). Второй — моралинники (выделяют «продукт» морали — моралин). Третий — постники (отличаются недовольным, постным выражением лица). Четвёртый — обидчивые (всегда на кого-нибудь в обиде).
Самым весёлым в компании был Лев. Находчивый в спорах, начитанный, он был сведущ больше сверстников не только в точных науках, но и в истории, в литературе, в живописи. Однако представления его о жизни были крайне наивны. Как-то он случайно узнал, что двое его друзей — он и она — встречаются тайком от него. Влюблённая пара, по мнению Дау, нарушила элементарнейшие правила дружбы, и, он рассорился с молодыми людьми.
Друзья выпускали рукописный юмористический журнал, разыгрывали шарады, решали кроссворды. Среди них был даже собственный поэт — Женечка Канегизер. Стихи её пользовались огромным успехом в университете, а сама она была украшением «джаза», в который кроме неё вошли три отважных мушкетёра: Дау, Гамов и Иваненко. «Джазистов» побаивались, во всяком случае, старались не задевать. Ну кому охота предстать перед всеми в карикатурном виде! Позднее «джаз» распался. Первой изменила ему Женечка. Она вышла замуж за талантливого физика Рудольфа Пайерлса и уехала с ним в Англию.
В 1928 году в Москве состоялся VI съезд физиков. Благодаря стараниям директора ЛФТИ академика А. Ф. Иоффе он был прекрасно организован. Этот съезд вошёл в историю науки. В его работе приняли участие Лебедев, Рождественский, Рожанский, Фок; многочисленные зарубежные гости: Бор, Дирак, Дебай, Бриллюэн, Франк, Джордж Эразм Дарвин, Ладенбург.
Большая аудитория физического факультета на Моховой. Съезд открывается докладом аспирантов Ленинградского физико-технического института Л. Д. Ландау и Д. Д. Иваненко «Основания квантовой статистики». Второй доклад Ландау и Иваненко назывался «Принцип причинности в современной физике». Третья работа Ландау, представленная съезду — «Магнитный электрон в волновой механике» — выполнена им без соавтора.
Прения велись на немецком языке. Дау прекрасно говорил по-немецки и по-французски и очень сожалел, что не знает английского: между англичанами и американцами часто вспыхивали споры, которых он не понимал. Заседания секции теоретической физики были посвящены в основном квантовой и волновой механике, электрону Дирака — позитрону, а также проблемам оптики. На заключительном заседании съезда была принята резолюция об образовании новых научно-исследовательских физических институтов в Харькове и Томске.
В тот же день вереница автобусов доставила участников съезда на Курский вокзал: полтораста делегатов отправлялись в Нижний Новгород. В Нижний прибыли утром. Днем бродили по городу. Г. Льюис и Ф. Франк выступили с докладами перед студентами местного университета: Льюис рассказал о статистических основах термодинамики, Франк — о теоремах классической механики, применимых в квантовой механике.
Вечером поднялись на пароход. Началось путешествие вниз по Волге. Величавое спокойствие реки, необычная обстановка, сочетание серьёзных научных докладов и безудержного мальчишеского веселья — всё создавало отличное настроение.
В Саратове сошли на берег. По железной дороге добрались до Тифлиса. Здесь иностранные физики распрощались с советскими. Дау и его друзьям не хотелось сразу возвращаться в Ленинград. Они решили идти через Кавказский хребет до Батума. Плохо было только то, что денег у всех оставалось в обрез. Чтобы не потерять последние капиталы при встрече с рыцарями больших дорог, Дау завернул пять рублей в бумажку и спрятал их в башмак. Можно себе представить, во что они превратились после двухдневного перехода!
В городской банк Батума явился юноша, увидев которого милиционер уже не спускал с него глаз. Юноша был обтрёпан, худ, глаза у него горели голодным блеском. Он протянул кассиру до такой степени затёртую пятирублевку, что вначале тот наотрез отказался её обменять. Однако номер банкового билета был цел, и в конце концов кассир нехотя уступил. Туристы объявили «военный коммунизм» и собрали все деньги в общую кассу. Их хватило, чтобы пообедать и дать телеграмму в Ленинградский физико-технический институт: «Остались без копейки».
После VI съезда физиков Дау, как один из лучших аспирантов ЛФТИ, по путёвке Наркомпроса был послан за границу. Пришлось срочно учить английский. За полтора месяца Лев овладел разговорной речью и научился читать со словарем.
В октябре Дау приехал в Берлин. Однажды в Берлинском университете он увидел Альберта Эйнштейна. Он подошёл к знаменитому учёному и, смущаясь, попросил разрешения поговорить с ним, Эйнштейн пригласил юношу к себе домой.
И вот Лев в гостях у Эйнштейна. Ландау — двадцать один год, Эйнштейну пятьдесят. Мягкий, добрый, стареющий Эйнштейн, который из-за своей замкнутости не имел учеников, внимательно слушал молодого советского физика. Лев пытался доказать Эйнштейну правильность основного принципа квантовой механики — принципа неопределённости. Он недоумевал: как человек, теорией относительности совершивший переворот в науке, не может понять другой революционной теории — квантовой механики? Эйнштейну были симпатичны и горячность и убеждённость Ландау, и ясные, чётко сформулированные утверждения. Но переубедить Эйнштейна Лев не мог. Больше им не суждено было встретиться: в Европе началась эпидемия «коричневой чумы», и Альберту Эйнштейну пришлось бежать от фашистских инквизиторов за океан.
Из Берлина путь лежал в Гёттинген, к Максу Борну. Будучи в Ленинграде, Борн пригласил Дау посетить его семинары. Это была большая честь: на семинарах Борна выступали со своими новыми работами Эйнштейн, Бор, Гейзенберг, Шрёдингер, Паули.
Старинный университет пришёлся по душе романтически настроенному юноше. Скромный молодой человек на семинарах совершенно преображался, особенно когда начинался шумный спор.
Несколько недель в Гёттингене — дни упорного труда: за границей Лев занимался не меньше, чем в Ленинграде.
От Борна Ландау направился в Лейпциг, к одному из создателей квантовой механики Вернеру Гейзенбергу. Стремительный, слегка насмешливый Гейзенберг чем-то походил на Ландау. Оба любили поговорить и говорили часами. Профессору Гейзенбергу было двадцать девять лет. Четыре года назад он выполнил работу, которая была известна всем физикам мира (позднее, в 1932 году, он получил за эту работу Нобелевскую премию). Она содержала описание первого варианта квантовой механики — матричной механики.
Из Лейпцига Ландау едет в Данию, к лауреату Нобелевской премии Нильсу Бору. В декабре 1929 года Дау появился в Копенгагене, на известной всем физикам-теоретикам улице Блегдамсвей.
Здесь в доме № 15 находился институт теоретической физики, директором которого был профессор Нильс Бор.
О Нильсе Боре ходили легенды. Модель атома Бора — гениальное проявление физической интуиции. Альберт Эйнштейн писал об этой модели: «Было так, точно из-под ног ушла земля и нигде не было видно твёрдой почвы, на которой можно было бы строить. Мне всегда казалось чудом, что этой колеблющейся и полной противоречий основы оказалось достаточно, чтобы человеку с гениальной интуицией и тонким чутьём — Бору — найти главнейшие законы спектральных линий и электронных оболочек атомов… Это кажется мне чудом и теперь. Это — наивысшая музыкальность в области мысли».
– Хорошо, что вы приехали! Мы от вас многому научимся, — сказал Бор, пожимая руку гостю из Советской России.
Дау был потрясён. Услышать такие слова из уст легендарного Бора! Невероятно! Через несколько дней Дау узнал, что Нильс Бор по доброте встречает этой любезной фразой всех вновь прибывших.
Сколько блеска, ума и находчивости в семинарах Бора! Как он внимателен и нежен с учениками! Наделённый необыкновенным юмором, он никогда не позволяет себе насмешек над ними, а над собой посмеивается часто.
– Человек сейчас занимается такими проблемами, что у него дух захватывает и кружится голова. Однако пока вы не почувствуете лёгкого головокружения, вам не удастся понять их суть. Проблемы важнее решения. Решения могут устареть, а проблемы остаются, — любит повторять он.
Бор всегда подбирает мягкие, деликатные выражения:
– Давайте посмотрим, что нам известно, и попытаемся как можно лучше это сформулировать.
Он избегает категорических заявлений. Слову «принцип» он предпочитает «точку зрения» или чаще «аргумент», «довод».
Любимые философы Бора — Спиноза и Гегель. Он призывает «учиться у природы и следовать её законам».
Дау был энергичен, остроумен, любил посмеяться, держался очень просто и быстро освоился на семинарах Бора.
Ему рекомендовали недорогой пансион недалеко от института. Здесь обитало несколько участников семинаров. Скоро Дау стал своим человеком в весёлой молодой компании. Его полюбили. «Внешне насмешливый и задиристый, что, возможно, — проявление самозащиты, Ландау в душе бесхитростен и добр. Я в жизни не знал человека лучше Ландау», — говорил Леон Розенфельд.
«Невозможно себе представить, какая атмосфера, какая жизнь, какая интеллектуальная активность царили в Копенгагене в это время. Бор был рядом, мы видели его работающим, разговаривающим, живущим среди молодых, весёлых, жизнерадостных энтузиастов. Они приближались к глубочайшим тайнам материи, одержимые духом свободы, духом борьбы и радости, которую невозможно описать», — писал Вейскопф 1, один из самых молодых участников копенгагенских семинаров.
К Бору со всего света стекалась талантливая молодёжь. Он всех принимал и всем радовался, но было заметно, что лучшим своим учеником он считает Ландау. Часто на семинарах его любимый ученик так горячился, что Бор то и дело сдерживал его:
– Ландау, не ругаться, а критиковать. А теперь позвольте сказать мне.
Дау жаловался приятелям:
– Бор всегда так делает. Больше всех говорит, а попытаешься его перебить, жалуется, что ему и рта не дают раскрыть.
Новый, 1930 год друзья встретили в швейцарском курортном городке Ароза. Погода стояла отличная. Весь день — на лыжах, а вечером — шарады, самодеятельные концерты, веселье без конца. Дау говорил по-немецки бегло, хотя и с акцентом, но актёром оказался неплохим.
После рождественских каникул Дау возвращается в Лейпциг, к Гейзенбергу, а из Лейпцига едет в Англию, в Кембриджский университет, где работал знаменитый Поль Дирак. Здесь спорить не пришлось: Дирак не способен был слушать, сам же мог говорить часами.
В Кембридже Ландау познакомился со своим соотечественником Петром Леонидовичем Капицей. С 1921 года Капица работал в знаменитой Кавендишской лаборатории у патриарха современной физики Эрнеста Резерфорда и лишь на время летнего отпуска приезжал на родину.
Отцу советской физики, неутомимому «папе Иоффе» в своё время пришла в голову счастливая мысль взять с собой в заграничную командировку своего ученика, выпускника Политехнического института Петра Капицу. Случилось так, что Резерфорд оставил Капицу поработать в своей лаборатории. Вскоре Капица стал любимым учеником Резерфорда. Пётр Леонидович постоянно жил и работал в Кембридже и удостоился высшего признания — стал членом Британского Королевского общества. Однако Пётр Леонидович не «обангличанился»: он остался советским подданным, и для обоих его сыновей, родившихся в Англии, родным языком был русский.
В Кембридже Ландау прожил четыре месяца. Как и в Копенгагене, он снял здесь небольшую комнатку с пансионом. Хозяйка была молода, миловидна и приветлива. Вскоре Дау заметил, что она краснеет, встречаясь с ним взглядом. Дау влюбился в англичанку, но так и не набрался смелости признаться ей в своих чувствах.
Из Англии Ландау едет в Цюрих, к Паули. Его интересует гипотеза Паули о существовании чрезвычайно слабо взаимодействующей с веществом элементарной частицы нейтрино. Большинству учёных гипотеза эта казалась искусственной и неправдоподобной. Дау сразу поверил в возможность существования частицы со столь странными свойствами. В Цюрихе он не пропускает ни одной лекции Паули. Однажды после лекции известный австрийский философ, профессор Nзатеял с Паули спор о принципе относительности. Паули разбил доводы философа, но тот не сдавался, придумывал новые вопросы и так запутал аудиторию, что многие перестали понимать, о чём идёт речь.
– Не будете ли вы любезны объяснить мне, в чём разница между выступлением профессора Паули и профессора N? — спросил у Ландау молодой репортёр местной газеты.
– В том, — ответил Ландау, — что профессор Паули понимает, о чём говорит, а профессор N— нет.
Друзья-иностранцы не догадывались, как много Дау работает. И на родине он не любил распространяться о том, что трудится с утра до ночи, а новым знакомым и подавно этого не рассказывал. Участникам семинаров он стал известен способностью моментально замечать ошибки и неточности в чужих работах. Когда о нём заходила речь, кто-нибудь непременно произносил:
– Ландау? Потрясающий критический ум!
Многие считали, что со временем он станет своеобразным научным критиком, и не более. Но они ошибались.
В 1927 году Вольфганг Паули пришёл к выводу: изменение поступательного движения электронов в магнитном поле не может привести к дополнительному магнетизму. Ландау усмотрел ошибку в доказательстве этого положения, хотя оно стало общепризнанным и ни у кого из учёных не вызывало сомнений. В № 64 «Zeitschrift fur Physik» за 1930 год появилась статья Л. Ландау «Диамагнетизм металлов».
С точки зрения современной науки о магнетизме все тела подразделяются на ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики. Ферромагнетики обладают магнетизмом в отсутствие внешнего поля. Парамагнетики и диамагнетики не обладают собственным магнетизмом, однако, намагничиваются под влиянием внешнего поля. При этом парамагнетики намагничиваются вдоль внешнего поля, так что магнитное поле внутри парамагнетика больше, чем приложенное извне. Что касается диамагнетиков, то они намагничиваются против внешнего поля и как бы частично выталкивают из своей толщи внешнее магнитное поле.
Ландау показал, что движение электрона в присутствии магнитного поля нельзя рассматривать с помощью методов классической механики. В действительности электрон в магнитном поле обладает дискретными (прерывными) энергетическими уровнями, которые описываются особой формулой. Расстояние между этими уровнями пропорционально полю. В результате такой дискретности уровней оказывается, что электронный газ обладает диамагнетизмом, связанным с изменением поступательного движения электронов. При больших значениях поля магнитная восприимчивость периодически меняется с изменением поля.
«Диамагнетизм Ландау» вызвал в учёном мире сенсацию.
– Надо смотреть правде в лицо: все мы питаемся крошками со стола Ландау, — сказал Рудольф Пайерлс, прочитав статью друга.
Гейзенберг, Бор, Борн, Дирак, Паули оценили блестящие способности Ландау. Любой университет счёл бы честью пригласить к себе работать молодого учёного, одного из лучших советских физиков. И Ландау не раз получал такие предложения. Но едва лишь начинался разговор, он перебивал собеседника:
– Нет! Я вернусь в свою рабочую страну, и мы создадим лучшую в мире науку.
– А роскошь, который вы там никогда не увидите?
– К ней я равнодушен.
Он страшно удивился, когда узнал, что один из его знакомых решил не возвращаться после командировки на родину.
– Продался за доллары, — сказал Дау. — Лодырь. Работать никогда не любил. Что о нём говорить — самоликвидировался. Перестал работать и впал в ничтожество.
Из своей первой научной командировки за границу Ландау вернулся в 1931 году. «Если Дау вернулся в Россию, то это произошло потому, что там было его сердце. Это произошло потому, что сам он, в глубине души, был революционером», — писала позднее зарубежная пресса.
«Осторожно, кусается!»
Без вдохновения нет воли, без воли нет борьбы, а без борьбы — ничтожество и произвол.
Николай Пирогов
В конце двадцатых годов директор ЛФТИ академик Абрам Федорович Иоффе занялся проблемой тонкослойной изоляции. Изобретение тонкослойной изоляции сулило промышленности молодого Советского государства миллионы рублей экономии. В популярной брошюре издания 1930 года Иоффе подробно рассказывает о причинах пробоя изоляторов. Только при очень низких температурах в изоляторе замирает хаотическое движение ионов (заряженных атомов), называемое тепловым движением. Если же к изолятору, положим к кристаллу, приложить напряжение, ионы начнут двигаться: в кристалле возникнет ионная лавина — ток. Каждый движущийся ион, сталкиваясь с атомом, закреплённым в кристалле, выбивает его, заставляет двигаться. На месте одной заряженной частицы оказываются две, при следующем столкновении — четыре, потом — восемь и так далее. «Однако и здесь удалось найти остроумный выход из положения, — пишет Иоффе. — Представим себе листок изолятора, толщина которого так мала, что ион при движении от одного электрода до другого испытывает всего пять столкновений… Словом, для тонкого листка изолятора ионная лавина не сможет достигнуть сколько-нибудь опасной величины. Чем меньше толщина изолятора, тем ближе его электрическая прочность к пределу прочности, вычисленному как электрическая сила, нужная для разрыва кристалла. Для очень тонких слоев изолятора, например для листочков слюды толщиной в несколько десятитысячных миллиметра, наблюденная электрическая прочность соответствует вычисленной». Поскольку в ту пору в Советском Союзе не было оборудования, необходимого для подобных экспериментов, опыты по тонкослойной изоляции проводились в Германии, в лаборатории Сименса.
В разгар работ по тонкослойной изоляции из полуторагодичной заграничной командировки в ЛФТИ вернулся молодой аспирант Лев Ландау. Он усомнился в правильности выводов Иоффе и доказал полную теоретическую необоснованность тонкослойной изоляции. Когда работы по тонкослойной изоляции были перенесены в СССР, опыты резко разошлись с данными лаборатории Сименса. Даже на материале, привезённом из Германии, не могли получить эффекта тонкослойности. Ландау показал, что теоретическая картина твёрдого тела не допускает необходимого для тонкослойной изоляции разгона ионов в твёрдом теле. Иоффе вынужден был признать, что само по себе уменьшение толщины не увеличивает прочности. Но Абрама Федоровича обидела резкость суждений молодого учёного. Однажды Иоффе в сердцах заявил Льву, что не видит смысла в его последней работе.
– Теоретическая физика — сложная наука, — ответил Ландау, — и не каждый может её понять.
Иоффе счёл себя оскорблённым. Он дал почувствовать Ландау, что дальнейшее его пребывание в институте нежелательно. Ландау ушёл из ЛФТИ.
Профессор Иван Васильевич Обреимов предложил Ландау занять кафедру теоретической физики в Харькове, и летом 1932 года Лев уехал из Ленинграда.
Украинский физико-технический институт (УФТИ) был открыт 7 ноября 1930 года. Ядро его составили бывшие сотрудники ЛФТИ: И. В. Обреимов, Л. В. Шубников, К. Д. Синельников, А. И. Лейпунский, А. К. Вальтер, Д. Д. Иваненко, В. В. Гей, Ю. Н. Рябинин, В. С. Горской. 15 августа 1932 года Л. Д. Ландау был назначен заведующим теоретическим отделом УФТИ вместо вернувшегося в Ленинград Иваненко. Одновременно он руководил кафедрой теоретической физики физико-механического факультета Харьковского механико-машиностроительного института, а позднее — и кафедрой общей физики Харьковского государственного университета. Лев получил комнату рядом с институтом, на улице Чайковского, 16. На двери своего служебного кабинета заведующий теоретическим отделом прибил табличку:
Л. Д. ЛАНДАУ
Осторожно, кусается!
Возвращаясь с работы домой, он вывешивал объявление: «Магазин открыт». Уходя, переворачивал его другой стороной: «Магазин закрыт». Институт был молод, и Дау был молод, работалось ему легко, трудился он увлечённо, засиживался за работой допоздна — словом, был счастлив.
У каждого сотрудника был свой ключ от библиотеки — занимались, сколько душе угодно.
В Харькове Ландау впервые выступил как лектор. Он явился на первую лекцию в сандалиях на босу ногу, широких парусиновых брюках и голубом пиджаке. Костюм молодого учёного произвёл фурор.
Лекции он читал блестяще. Великолепное знание материала, остроумие сделали Ландау любимым преподавателем. Со студентами он держался совсем просто. Его можно было спрашивать о чём угодно. Но едва начиналась сессия, студенческим восторгам приходил конец.
– Вы не знаете не только институтского курса, но даже школьной программы, — заявил он многим на первом экзамене.
– Лев Давидович, но я проработал два тома Хвольсона! — молил нерадивый студент.
– Если бы вы их прочли, у вас было бы другое выражение лица.
Из всех третьекурсников Ландау перевел на четвёртый курс только одного. Остальные провалились. Неслыханный скандал! Был срочно созван учёный совет. Ландау намекнули, что знания студентов зависят от качества преподавания.