Лев Ландау

В первый класс включились ученые, создавшие какой-то раздел физической теории, – например Лагранж, Гамильтон и Якоби в механике. Ко второму классу принадлежали разработавшие проблему, к третьему – открывшие или объяснившие физическое явление, к четвертому – разработавшие частный вопрос.

Однажды Ландау прочел в Харьковском университете лекцию об истории физики. Это была замечательная лекция о столкновении новых, прогрессивных течений с отжившими, консервативными, о том, что новое всегда побеждает, о творцах и мучениках науки.

В 1932 году Ландау высказал гипотезу, что существуют звезды с невероятной плотностью вещества. Известно, что звезды светят благодаря тому, что в их недрах происходят термоядерные реакции. Очень высокие температуры, порядка десятков миллионов градусов, и очень высокие давления приводят к тому, что в недрах звезд осуществляется синтез ядер. Возникающее излучение (рентгеновское, световое и радиоволны) пробивается из центра звезды к оболочке и рассеивается в мировом пространстве. Это излучение своим давлением сдерживает периферию звезды от падения к центру. Однако, в конце концов, водород весь выгорает, температура в недрах звезд падает, давление излучения уменьшается, звезда стареет и умирает.

Теперь хорошо известно, что конечная судьба звезды зависит от ее массы. Если масса звезды меньше, чем, скажем, 1,2 массы Солнца, то звезда умирает как «белый карлик» (звезда при остывании сжимается, раздавливает атомы и превращается в смесь ядер и электронов; такие звезды очень малы, они называются «белыми карликами»). Плотность таких звезд более чем в 100 тысяч раз превышает плотность Солнца. Они светят белым светом, излучая энергию по мере дальнейшего сжатия.

Если же масса звезды находится между 1,2 и 2,5 массы Солнца, то звезда кончает свое существование как нейтронная (при угасании звезды раздавливаются уже не только атомы, но и атомные ядра; протоны, входившие в ядро, превращаются в нейтроны, весь центр звезды представляет собой один большой нейтронный сгусток с небольшим количеством остаточных протонов и электронов, свободно движущихся вокруг). Плотность нейтронных звезд намного больше, чем плотность «белых карликов»: если бы наша Земля была сжата до такой плотности, то ее диаметр равнялся бы 100 метрам.

Если же масса звезды больше, чем 2,5 массы Солнца, то со звездой при сжатии происходит более страшная катастрофа, силы всемирного тяготения приводят к тому, что звезда спадается в область ничтожных размеров, грубо говоря, в точку. Это явление получило название гравитационного коллапса, а образовавшиеся таким образом тела назвали «черными дырами».

В этой стройной картине гибели звезд Ландау принадлежит пионерская работа. И хотя его труд «К теории звезд» не относится к числу его самых выдающихся работ, в нем теоретически предсказано существование нейтронных звезд, представление о которых вошло в науку лишь тридцать пять лет спустя. Сейчас подавляющее большинство астрономов и физиков признает реальность нейтронных звезд.

Славное это было время – далекие тридцатые годы, институт на улице Чайковского и работа, работа запоем, с неудачами, огорчениями и победами.

В Харькове начал издаваться на русском и немецком языках «Физический журнал Советского Союза». Вначале работать было трудно: наборщики не знали немецкого языка, и приходилось делать до двенадцати корректур. Чтобы привлечь зарубежных подписчиков, целый год журнал рассылали по разным странам бесплатно. Шрифты заказывали в Ленинграде.

Летом 1933 года Ландау и Гамов отправились в путешествие на Север, в Хибины. В те времена существовала Комиссия содействия ученым, сокращенно КСУ. Она имела базу близ Мурманска, где научные работники могли работать и отдыхать. Молодые люди прибыли на базу, которая оказалась заброшенной избушкой. Здесь друзья были предоставлены самим себе: никаких других обитателей на базе не было. Погода стояла прекрасная. Днем бродили по окрестностям, вечером отдыхали, любуясь звездами, и говорили, говорили.

В разговорах слышались отголоски копенгагенских споров. У обоих была богатая фантазия, постоянно рождались новые идеи. Немудрено, что друзья пришли к решению написать совместную работу. В основу ее легло предположение, что некоторые процессы внутри атомного ядра идентичны процессам, происходящим в звездах. Произвели расчеты, но, поскольку оба писать не особенно любили, работа получилась очень короткая – полторы странички текста. Название ее – «Внутренняя температура звезд».

Соавторы отправили статью в британский журнал «Nature», где она появилась на 567-й странице тома 132. Год – 1933-й, место, где работа выполнена, – Ksoochia Ваzа (Ксучья база). В двухтомнике работ Ландау, выпущенном издательством «Наука», местом создания «Внутренней температуры звезд» названы Хибины.

В 1933 году Нильс Бор прислал своему ученику приглашение принять участие в конференции по теоретической физике, и Ландау снова побывал в Копенгагене. В жизни Бора произошли некоторые перемены: в 1932 году датское правительство предложило Бору переехать во дворец «Дом чести». Он был построен Якобсеном, владельцем знаменитых пивоваренных заводов, и предназначался для самого почетного гражданина в стране. Разумеется, ученики Бора приходили во дворец так же запросто, как и в его квартиру в университете.

Дау застал Бора в парке, разбитом возле дворца. Бор любил деревья, цветы, он мог часами ходить по дорожкам, особенно когда искал ответа на мучившие его вопросы. Встреча была чрезвычайно приятна для обоих. Бор улыбался, его добрые голубые глаза светились любовью, когда он смотрел на гостя. Дау чувствовал это, и сердце его наполнялось радостью.

К обеду вся большая семья Бора была в сборе. Старшему сыну Христиану уже исполнилось восемнадцать, он был совсем взрослый. Ханс, Эрик, Оге и Эрнест тоже выросли за те два года, что Дау их не видел. Фру Маргарет была все так же добра и приветлива. Дау снова соприкоснулся с милыми, радушными людьми и даже забыл, что находится в богатом дворце, хозяева которого принимали здесь королей и премьер-министров. Другим ученикам Бора, пришедшим к обеду, по-видимому, тоже не приходило в голову ничего подобного.

Едва покончили с послеобеденным кофе, как все расселись на полу вокруг Бора, и начался один из тех задушевных разговоров, которые невозможно передать, потому что говорили обо всем, начиная с детективов и ковбойских фильмов, которые так любил Бор, и кончая политикой, в частности поджогом германского рейхстага 27 февраля 1933 года.

Ландау всегда очень много работал, где бы он ни находился. Так было и на этот раз. Хочется остановиться на одной давно забытой дискуссии, о которой вспоминает Эдвард Теллер в предисловии, написанном им к книге Р. Энгельмана «Эффект Яна-Теллера в молекулах и кристаллах», назвав это предисловие «Историческим примечанием» (написанное в июле 1971 года предисловие приводится без какого бы то ни было стремления поддержать идею Теллера переименовать эффект Яна-Теллера в эффект Ландау).

«В 1934 году мы с Ландау были в институте Нильса Бора в Копенгагене. Научные споры отнимали у нас очень много времени. Я рассказал Ландау о работе моего студента Р. Реннера по вырожденным состояниям в линейной молекуле. Я объяснил, что в этом случае возникает сложная связь между расщеплением электронных состояний и колебаниями ядер, которая модифицирует применимость приближения Борна-Оппенгеймера к этим состояниям.

Ландау возражал. Он сказал, что я должен быть очень осторожным. В вырожденном электронном состоянии симметрия, на которой основано это вырождение (в данном случае линейное расположение трех атомов в равновесии), вообще говоря, нарушается. Я сумел убедить Ландау, что его сомнения необоснованны (это, может быть, единственный случай, когда я выиграл спор с Ландау).

Через год в Лондоне я спросил себя, существует ли другое исключение из постулированного Ландау утверждения. Было ясно, что электронное вырождение может расстроить симметрию, на которой оно основано. Но как часто происходит это необходимое вырождение? Вопрос оказался непростым. Я начал обсуждать эту проблему с Яном (H.A. Jahn), который, как и я, был беженцем из Германии. Мы просмотрели все возможные симметрии и нашли, что линейные молекулы составляют единственное исключение. Во всех остальных случаях подозрение Ландау подтвердилось.