Страница:
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.
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. Предсказания теории Ландау подтвердились многочисленными экспериментами. В частности, в опыте Доунта и Мендельсона из предельно узкой щели вытекала жидкость более низкой, чем в сосуде, температуры. Тайна жидкого гелия была разгадана.
Теория сверхтекучести создавалась с перерывом: в конце мая 1938 года Ландау арестовали. «По нелепому доносу, — писал он в «Комсомольской правде» 8 июля 1964 года, — я был арестован. Меня обвинили в том, что я немецкий шпион. Сейчас это иногда кажется мне даже забавным, но тогда, поверьте, было совсем не до смеха. Год я провёл в тюрьме, и было ясно, что даже ещё на полгода меня не хватит: я просто умирал. Капица поехал в Кремль и заявил, что он требует моего освобождения, а в противном случае будет вынужден оставить институт. Меня освободили. Вряд ли надо говорить, что для подобного поступка в те годы требовались немалое мужество, большая человечность и кристальная честность».
Целый год он не мог звонить и писать Коре. Она ждала. И вот ночью в квартире на улице Дарвина раздался звонок. К телефону подошла Татьяна Ивановна, Корина мать. Через минуту плачущая, улыбающаяся, счастливая Кора услышала родной голос:
– Коруша, приезжай.
Был канун майских праздников 1939 года. Кора взяла отпуск на кондитерской фабрике, где работала инженером-технологом, и вылетела в Москву.
Праздники промчались быстро, Кора уехала домой, и Дау почувствовал себя страшно одиноким.
«Очень смешно читать твои письма, в которых ты волнуешься по поводу моей любви к тебе, — пишет он ей. — Ведь я просто по временам с ума схожу от любви к тебе, ведь ты такая изумительная, тебя вообще трудно не любить. А о других ты зря волнуешься. Подумай, Корунечка, ведь мы живём всего только один раз и то так мало, больше никакой жизни не будет. Ведь надо ловить каждый момент, каждую возможность сделать свою жизнь ярче и интереснее. Каждый день я с грустью думаю о том, сколько неиспользованных возможностей яркой жизни пропадает. Пойми, Корунечка, эта жадность к жизни ничем не мешает моей безумной любви к тебе».
Летом он поехал на Кавказ. Вид у него был неважный: ввалившиеся щёки, неестественная бледность. Однажды в Теберде он нарядился привидением. Смотреть на него было жутко.
Каждую минуту он думал о Коре:
«Корунечка, золотая моя. Ну разве ты не жулик? Оказывается, ты не можешь быть счастлива т.к. я-де не могу любить тебя, как ты.
Единственное, чего мне хочется, это чтобы ты была счастливой и хоть немного любила меня. А о том, насколько ты любишь меня, я всегда могу судить по тому, как ты ласкаешься и целуешься. Мне абсолютно безразлично, сколько и каких романов ты заводишь, но когда я почувствую, что ты целуешься без энтузиазма и мои ласки наводят на тебя скуку, я пойму, что твоей любви ко мне пришёл конец.
Но счастливой ты должна быть обязательно, всё равно, хочешь ты этого или нет. И то, что ты всячески саботируешь счастье, пытаясь быть несчастной под всяческими жульническими предлогами, меня необыкновенно возмущает…
Крепко целую нахальную сероглазую девочку.
ДАУ».
В одном из писем у Дау вырвалось признание, которое проливает свет на всю его сознательную жизнь. Только один раз у него вырвалось такое признание, один-единственный раз, но этого достаточно, чтобы понять, какого огромного, доходящего до границы человеческих сил напряжения стоила ему творческая работа:
«16 июня 1939 года. Ты не представляешь себе, Корунечка, как я устал. Помнишь, как я мечтал раньше отдохнуть хотя бы несколько месяцев подряд, в течение которых меня бы никто и ничто не мучило. Ведь уже 13 лет подряд я живу в постоянном нервном напряжении. Но ты знаешь, что из моей мечты так ничего и не вышло. Сначала переезд в Москву, потом непрерывное боление, потом этот жуткий год. Когда ты была у меня в Москве, я старался держаться веселее, и ты, вероятно, не видела, до какой степени я сейчас устал. Меньше 1? месяцев отдыха в полубольном состоянии — это, конечно, слишком мало…»
Стало очевидно, что они не должны жить в разлуке. Иногда ему удавалось вырваться в Харьков, но потом он снова возвращался в свою холостяцкую московскую квартиру. Он пишет ей всё чаще и чаще. В письмах — грусть и тоска, они полны любви, тревоги и нежности. 10 августа 1940 года он пишет:
«…иногда мне становится вдруг очень страшно, что, может быть, ты больна. Это, конечно, глупо, но я так люблю тебя, что страх потерять тебя мелькает у меня в голове. До свидания, моя самая, самая любимая.
ДАУ».
14 августа новое письмо:
«Дорогая моя девочка. А вдруг выяснится, что ты разлюбила меня… Вообще всё это очень глупо. Всю жизнь, как ни хорошо я относился к людям, я никогда не чувствовал себя зависимым от кого-либо, а сейчас ведь я так сильно завишу от тебя.
Если бы я только мог быть уверен, что ты совсем, совсем счастлива!
ДАУ».
Следом за письмом летит телеграмма:
«Такую не разлюбишь тчк Дау».
Ей нелегко было расставаться со своей фабрикой, но осенью 1940 года она оставила Харьков и переехала в Москву. Поселились Ландау в одной квартире с Евгением Михайловичем Лифшицем, который тоже перешёл в Институт физических проблем. Женитьбе Дау очень обрадовалась его мать. Любовь Вениаминовна боялась, что сын с его заумными теориями вообще никогда не женится. Она любила приезжать к молодоженам и с необыкновенной добротой относилась к своей невестке. Когда сын уходил на службу, Любовь Вениаминовна рассказывала Коре о его детстве, о том, что перед числами он благоговел так же, как начинающий поэт перед стихами и рифмами.
Накануне войны Любовь Вениаминовна умерла. Дау был вне себя от горя. Он вернулся с похорон постаревшим на десять лет. Кора подумала, что некоторое время Дау не сможет работать, но в четверг без пяти одиннадцать он, как всегда, вышел из дому, и семинар начался без опоздания. Он знал, что многие приезжают на семинар из других городов.
Немногим раньше Халатникова в Капичнике появился талантливый юноша Аркадий Мигдал. Он подошёл к Льву Давидовичу в перерыве между заседаниями выездной научной конференции и спросил, можно ли показать ему свои работы. Профессор приветливо смотрел на него:
– Приезжайте в Москву. Если вам негде остановиться, направляйтесь прямо ко мне. Буду очень рад.
Мигдал воспользовался приглашением. Работы его так понравились профессору, что он был освобождён от сдачи теоретического минимума и сразу зачислен в семинар.
Участников семинара год от году становилось всё больше: Я. А. Смородинский, которого Дау знал с юности, Л. П. Питаевский, И. Е. Дзялошинский, И. М. Шмушкевич, С. С. Гернштейн, А. А. Веденов… Всех не перечислишь.
Известность не изменила характера Дау. Любой мог поговорить, посоветоваться с ним. Невозможно было представить себе профессора Ландау важничающим.
Вскочив с постели, Дау стремился поскорее покончить со всеми утренними делами. Чисто выбритый, он садился к столу: в левой руке газета, в правой вилка или ложка. Утренние газеты просматривались очень внимательно, ничего интересного не пропускалось.
Вот он выходит из дому. На соседнем крыльце появляется жена Шальникова — Ольга Григорьевна. Поклонившись соседке, Дау спрашивает у неё, не проспал ли Шура. Не успевает Ольга Григорьевна ответить, как из подъезда выбегает Александр Иосифович, и друзья отправляются в институт. Дау очень любит Шуру и, говоря о нём, часто вспоминает четверостишие их однокурсницы Женечки Канегизер:
Не плечист, зато речист,
Сердцем нежен, духом чист.
Просто грех о нём злословить —
Шура Шальников.
Вот Ландау заглядывает в комнату теоретиков и останавливается в дверях. Увидел на столе Петра Леонидовича Капицы новый прибор:
– Какой красивый прибор!
Прибор его любимого цвета — красного.
Две молоденькие аспирантки с невероятно серьёзным видом что-то пишут. Дау подходит, секунду вникает в суть их работы и весело хмыкает.
– Лев Давидович, разве неправильно? — вспыхивают девушки.
– Учеба — любимое занятие женщины. Я не принадлежу к числу мужчин, которые сильный пол ставят выше слабого. Однако, если бы у меня было столько забот, сколько у вас, я бы никогда не стал физиком, — отвечает Дау и исчезает так же внезапно, как появился.
Аспирантки хохочут.
Во дворе Института физических проблем, прямо против окон жилого корпуса, устроены теннисные корты. Дау очень любит теннис. Чаще всего его партнер — Александр Шальников.
– Дау, а почему ты прижимаешь ракетку к плечу? — кричит он.
– А мне так удобнее, — невозмутимо отвечает Дау.
Низенький Шальников и высокий Дау — весьма живописная пара. Они беспрестанно друг над другом подшучивают. Это подшучиванье превратилось в своеобразную игру. Можно было удивляться их постоянной готовности парировать очередной выпад противника.
Однажды Ландау навестил старенький гимназический учитель. Лев Давидович с любовью смотрел на высокого старика со строгой белой бородкой. Учитель на радостях прослезился. Дау не знал, куда усадить гостя, он весь расплылся в улыбке, когда учитель, немного успокоившись, сказал:
– Лев Давидович, только теперь я могу честно сознаться, как я боялся тебя, то есть вас… — Ландау сделал рукой протестующий знак, — тебя спрашивать. Ведь я иногда не мог понять, как, каким способом ты решаешь задачи. Вот ученик был, так ученик…
1941 год. Война. Институт физических проблем эвакуировался в Казань. Вместе с коллегами профессор Ландау выполнял спецзадания. Может быть, он участвовал в создании знаменитой «катюши», сыгравшей славную роль в Великой Отечественной войне, или какого-либо другого вида оружия? Когда его спрашивали об этом, он только улыбался в ответ. «Ландау помог поднять советскую физику на невиданную высоту, и он был в значительной степени повинен в том потрясении, которое произошло в Соединённых Штатах, когда Россия стремительно обогнала всех в производстве водородной бомбы» — подобные заявления зарубежной прессы Ландау отказывался комментировать.
Позднее, в февральском номере американского журнала «Fortune» за 1957 год, появилась небольшая заметка:
«По крайней мере один из представителей Советской России войдёт в список десяти лучших физиков-теоретиков мира — речь идёт о Л. Д. Ландау, 49 лет, который, по-видимому, внёс более крупный вклад в более широкий круг теоретических проблем, чем кто-либо другой из ныне живущих людей. Он является авторитетом в области физики высоких энергий, низких температур, твёрдого тела и даже в области гидродинамики. После войны выяснилось, что в 1941 году он открыто опубликовал теорию гидродинамических явлений, которая два года спустя стала темой секретного английского издания, считавшего её оригинальной».
Однажды кто-то из военных рассказал учёным о пятнадцатилетнем мальчике Виле Чикмакове, судьба которого напоминает судьбу Пети Ростова. Немцы двигались к Севастополю, а Виля не брали в комсомольский партизанский отряд: мал ещё. Он не отставал от секретаря горкома комсомола, пока не был записан в отряд. В первом же бою у Байдарских ворот, едва завидев немцев, Виль выскочил из окопа и бросился навстречу врагу. Он не успел сделать ни одного выстрела — был убит наповал. За ним поднялись все, и атака была отбита. Немцы отступили.
– Жалко как, — сказал один из присутствующих, — и не жил совсем. Бессмысленная гибель.
– Нет, не бессмысленная, — возразил Дау. — Только так и можно победить в этой войне.
В конце войны, уже после возвращения из Казани, Дау достал где-то сборник стихов Константина Симонова — небольшую книгу в ярком синем переплёте. Скоро он знал на память почти все стихи из этой книги. Двух дней кряду не проходило, чтобы он не прочёл наизусть какого-нибудь стихотворения.
Ты помнишь, Алёша, дороги Смоленщины,
Как шли бесконечные, злые дожди…
Он читал, не пропуская ни строчки, с начала до конца в неизменном ритме, монотонно, нараспев. Читал подолгу и с таким самозабвением, как читают только поэты. Не изменяя своей старой любви — Лермонтову, не забывая блоковского «О доблестях, о подвигах, о славе», во время войны он больше читал Симонова: его поэзия в те годы была ближе всего его душе.
С 1943 по 1947 год Лев Давидович преподаёт на кафедре физики низких температур Московского государственного университета, с 1947 по 1950 год — на кафедре общей физики Московского физико-технического института. В связи с работой над книгой «Механика сплошных сред», изданной в 1944 году, в этот период он интенсивно занимается проблемами гидродинамики, в частности разрывами и турбулентностью. Одна из наиболее существенных работ в этой области — «Об ударных волнах на далёких расстояниях от места их возникновения» (1945 г.) — посвящена исследованию ударных волн на больших расстояниях от источника. Ландау показал, что на больших расстояниях от тела, движущегося со сверхзвуковой скоростью, существуют в действительности не одна, а две ударные волны, следующие одна за другой. В первой волне давление испытывает скачок вверх. Затем следует область постепенного уменьшения давления, где сгущение сменяется разрежением, после чего давление вновь возрастает скачком во второй ударной волне. В работе определены форма профиля волн и закон убывания их интенсивности.
В эти же годы создаётся работа по теории медленного горения («К теории медленного горения», 1944 г.), где описано условие устойчивости режима горения, при котором передача тепла от продуктов горения к несгоревшему газу происходит благодаря теплопроводности.
Тогда же решена задача о затопленной струе («Об одном новом точном решении уравнений Навье–Стокса», 1944 г.) и написана работа «К проблеме турбулентности» (1944 г.), где Ландау нашёл совершенно новый подход к этой проблеме.
В 1945 году Л. Д. Ландау и К. П. Станюкович написали ряд работ, посвящённых теории детонации взрывчатых веществ.
В 1946 году Ландау создал теорию колебаний электронной плазмы — ионизированного газа, четвёртого состояния вещества. И солнце, и звёзды — это плазма. С плазмой связана проблема получения управляемых термоядерных реакций. Поэтому она и привлекает такое внимание учёных.
До Ландау проблема плазмы была настолько запутана, что казалась неразрешимой. Особенностью плазмы является то, что в ней проявляются плазменные колебания, отличные от обычного звука и чем-то напоминающие второй звук в жидком гелии. В воздухе звук передаётся путем соударения молекул. Длина их пробега при атмосферном давлении — около 10–5 см. Допустим, что мы посылаем волны, которые делаются короче и короче. Когда длина волны становится сравнимой с длиной пробега молекул, волны начинают сильно затухать и в конце концов не будут распространяться.
Ландау впервые выяснил, что в разреженной плазме соударений нет, а затухание волн происходит. Так в чём же здесь дело? Электроны в плазме движутся хаотически и имеют разные скорости. Среди них есть и такие, которые движутся вместе с плазменной волной, т.е. скорость их такова, что они перемещаются лишь вдоль фронта волны, не отставая и не обгоняя её. Эти электроны находятся всё время под действием одного и того же электрического поля и поэтому начинают ускоряться или замедляться, одним словом, отбирают у волны заметную долю её энергии. Физики назвали этот эффект «затуханием Ландау».
Для управляемых термоядерных реакций требуется нагреть плазму. Её нагревают, используя «затухание Ландау».
1946 год был для Ландау счастливым. 30 ноября 1946 года он избран действительным членом Академии наук СССР. Кандидатуру его поддержал Сергей Иванович Вавилов, президент Академии наук, талантливый физик-экспериментатор. Льву Давидовичу была присуждена Государственная премия за работы по теории фазовых переходов и теории сверхтекучести.
К Ландау по-прежнему приходило множество студентов и аспирантов. Как-то утром в квартире его раздался звонок. Кора открыла. На пороге стоял розовощёкий круглолицый мальчик.