Lev Davidovich Landau venäläinen fyysikko

Lev Davidovich Landau, (syntynyt 9. tammikuuta [22. tammikuuta, uusi tyyli], 1908, Baku, Venäjän imperiumi (nyt Azerbaidžan) - kuollut 1. huhtikuuta 1968, Moskova, Venäjä, Neuvostoliitto), Neuvostoliiton teoreettinen fyysikko, yksi perustajista tiivistyneen aineen kvantiteoriasta, jonka uraauurtava tutkimus tällä alalla tunnustettiin vuoden 1962 Nobelin fysiikkapalkinnolla.

Landau oli matemaattinen ihme ja enfant kauhea. Hänen koulunkäynninsä heijasti radikaalien koulutusuudistusten siksakkeja Venäjän vallankumouksen 1917 jälkeisen myrskyisän ajanjakson aikana. Kuten monet ensimmäisen Neuvostoliiton sukupolven tutkijat, Landau ei suorittanut virallisesti eräitä koulutusasteita, kuten lukion. Hän ei myöskään koskaan kirjoittanut väitöskirjaa, koska akateemiset tutkinnot oli poistettu ja vasta palautettiin vasta vuonna 1934. Hän suoritti fysiikan perustutkinto-opintoja Leningradin osavaltion yliopistossa, missä hän opiskeli vuosina 1924–1927. Vuonna 1934 Landaulle myönnettiin tohtorin tutkinto. jo vakiintunut tutkija.

Opiskellessaan Landau julkaisi ensimmäiset artikkelinsä. Noin vuosina ilmestyi Saksaan uusi kvantimekaniikan teoria, ja 20-vuotias valitti, että hän oli saapunut hiukan liian myöhään osallistuakseen suureen tieteelliseen vallankumoukseen. Vuoteen 1927 mennessä kvanttimekaniikka oli pääosin valmis, ja fyysikot aloittivat sen relativistisen yleistämisen ja sovellusten toteuttamisen puolijohde- ja ydinfysiikkaan. Landau kypsyi ammattimaisesti Yakov I. Frenkelin seminaarissa Leningradin fysikaalis-teknisessä instituutissa ja sitten ulkomaalaismatkallaan vuosina 1929–31. Neuvostoliiton stipendin ja Rockefeller -apurahan tuella hän vieraili Zürichin, Kööpenhaminan ja Cambridgen yliopistoissa opiskelemalla erityisesti fyysikoilta Wolfgang Paulilta ja Niels Bohrilta. Vuonna 1930 Landau huomautti uudesta vaikutuksesta, joka johtui kiteissä olevien vapaiden elektronien kvantisoinnista - Landau-diamagnetismi vastapäätä Paulin aikaisemmin käsittelemää spin-paramagnetismia. Fyysikko Rudolf Peierlsin kanssa tehdyssä yhteisessä lehdessä Landau väitti, että fysiikassa tarvitaan jälleen yksi radikaali käsitteellinen vallankumous relativistisen kvantiteorian kiinnittymisongelmien ratkaisemiseksi.

Vuonna 1932, pian palattuaan Neuvostoliittoon, Landau muutti Ukrainan fysikaalis-tekniseen instituuttiin (UFTI) Kharkoviin (nykyinen Kharkiv). Äskettäin nuorten fyysikkojen ryhmän järjestämä ja hallinnoima UFTI puhkesi uusiin ydin-, teoreettisen ja matalan lämpötilan fysiikan aloihin. Yhdessä ensimmäisten opiskelijoidensa - Jevgeny Lifshitsin, Isaak Pomeranchukin ja Aleksandr Akhiezerin - kanssa Landau laski vaikutuksia kvantielektrodynamiikassa ja työskenteli metalli-, ferromagnetiikka- ja suprajohtavuusteorian läheisessä yhteistyössä Lev Shubnikovin kokeellisen kryogenikalaboratorion kanssa instituutissa. Vuonna 1937 Landau julkaisi teoriansa toisen asteen vaihesiirtymistä, jossa järjestelmän termodynaamiset parametrit muuttuvat jatkuvasti, mutta sen symmetria muuttuu äkillisesti.

Samana vuonna poliittiset ongelmat aiheuttivat hänen äkillisen muuton Pjotr ​​Kapitsan fyysisten ongelmien instituuttiin Moskovaan. Institutionaaliset konfliktit UFTI: ssä ja Kharkov-yliopistossa sekä Landaun oma ikonoklastinen käyttäytyminen politisoituivat stalinistisen puhdistuksen yhteydessä, jolloin syntyi hengenvaarallinen tilanne. Myöhemmin vuonna 1937 poliittinen poliisi pidätti useita UFTI-tutkijoita, ja jotkut, Shubnikov mukaan lukien, teloitettiin. Valvonta seurasi Landaua Moskovaan, missä hänet pidätettiin huhtikuussa 1938 keskustellessaan stalinistisesta esitteestä kahden kollegansa kanssa. Vuotta myöhemmin Kapitsa onnistui vapauttamaan Landaun vankilasta kirjoittamalla Venäjän pääministerille Vjatseslav M. Molotoville, että hän vaatii teoreetikon apua ymmärtääkseen nestemäisessä heliumissa havaittuja uusia ilmiöitä.

Landau julkaisi vuonna 1941 kvanttiteoreettisen selityksen Kapitsan löydetystä nestemäisen heliumin ylijäämäisyydestä. Landaun teoria perustui kollektiivisten viritysten käsitteeseen, jota Frenkel ja fyysikko Igor Tamm olivat aikaisemmin ehdottaneet. Monien atomipartikkeleiden kvantisoitu kollektiivisen liikkeen yksikkö, sellainen heräte voidaan kuvata matemaattisesti ikään kuin se olisi jonkin uuden tyyppinen hiukkanen, jota usein kutsutaan ”kvaasiosaksi”. Selittääkseen superlujuutta, Landau postuloi, että fononin (ääniaallon kvantti) lisäksi on olemassa myös yksi kollektiivinen viritys, rotoni (pyörreliikkeen kvantti). Landaun supervirtausteoria sai hyväksynnän 1950-luvulla, kun useat kokeet vahvistivat joitain uusia vaikutuksia ja siihen perustuvia kvantitatiivisia ennusteita.

Vuonna 1946 Landau valittiin Neuvostoliiton tiedeakatemian varsinaiseksi jäseneksi. Hän järjesti fyysisten ongelmien instituutissa teoreettisen ryhmän Isaak Khalatnikovin ja myöhemmin Aleksei A. Abrikosovin kanssa. Uusien opiskelijoiden oli läpäistävä sarja haastavia kokeita, nimeltään Landau minimum, voidakseen liittyä ryhmään. Ryhmän viikoittainen keskustelu pidettiin Moskovan teoreettisen fysiikan suurimpana keskustelukeskuksena, vaikka monet puhujat eivät pystyneet selviytymään kokouksissaan normaaliksi katsotusta tuhoisasta kritiikistä. Vuosien mittaan Landau ja Lifshits julkaisivat teoreettisen fysiikan monivolumeenisen kurssin, joka on tärkeä oppimisväline useille tutkijaryhmille ympäri maailmaa.

Landaun ryhmän kollektiivinen työ kattoi käytännössä kaikki teoreettisen fysiikan haarat. Vuonna 1946 hän kuvasi ilmiötä, jossa Landau vaimentaa sähkömagneettisia aaltoja plasmassa. Yhdessä Vitaly L. Ginzburgin kanssa Landau sai vuonna 1950 oikeat yhtälöt makroskooppisen (fenomenologisen) suprajohtavuuden teorian. 1950-luvun aikana hän ja yhteistyökumppanit huomasivat, että jopa renormalisoidussa kvanttielektrodynamiikassa ilmenee uusi hajaantumisvaikeus (Moskovan nolla tai Landaun napa). Ilmiö, että kytkentävakio muuttuu äärettömäksi tai häviää jonkin energian suhteen, on tärkeä piirre nykyaikaisissa kvanttikenttäteorioissa. Vuoden 1941 supervirtausteoriansa lisäksi Landau esitteli erilaisen kvanttinesteen, jonka kollektiiviset virheet käyttävät tilastollisesti fermioneina (kuten elektronit, neutronit ja protonit) pikemmin kuin bosoneina (kuten mesonit). Hänen Fermi-nestemäinen teoria tarjosi perustan nykyaikaiselle metallien elektronien teorialle ja auttoi myös selittämään heliumin kevyemmän isotoopin He-3 superfluiditeetin. Landaun ja hänen opiskelijoidensa teoksissa kvaasipartikkeleiden menetelmää sovellettiin onnistuneesti erilaisiin ongelmiin ja siitä tuli välttämätön perusta tiivistetyn aineen teorialle.

Jo avioliitonsa jälkeen vuonna 1939 Landau kiinni teoriasta, jonka mukaan unioni ei saa rajoittaa molempien kumppanien seksuaalista vapautta. Hän ei pitänyt dialektisen materialismin luonnollisesta filosofiasta, varsinkin kun sitä sovellettiin fysiikkaan, mutta hän piti historiallista materialismia - marxilaista poliittista filosofiaa - esimerkkinä tieteellisestä totuudesta. Hän vihasi Joseph Stalinia vuoden 1917 vallankumouksen ihanteiden pettämisestä ja kritisoi 1930-luvun jälkeen Neuvostoliiton hallintojärjestelmää, joka ei ollut enää sosialistinen vaan fasisti. Landau tiesi, että aiempia poliittisia syytöksiä ei ollut peruutettu virallisesti, ja hän teki joitain laskelmia Neuvostoliiton ydinaseprojektille, mutta Stalinin kuoleman jälkeen vuonna 1953 hän kieltäytyi luokittelemasta työtä, jota ei enää tarvita hänen henkilökohtaiseen suojaansa. Sodanjälkeinen tiedekultti myötävaikutti myöhempien vuosien aikana julkiseen tunnustamiseen ja sankaripalvontaan. Vuonna 1962 Landau sai vakavia vammoja auto-onnettomuudessa. Lääkärit onnistuivat pelastamaan hänen henkensä, mutta hän ei koskaan toipunut tarpeeksi palatakseen töihin ja hän kuoli myöhemmissä komplikaatioissa.