Яков Смородинский - Воспоминания о Л. Д. Ландау

В промышленности, как правило, пламена турбулентны уже потому, что заранее, до горения, турбулизованы потоки горящей смеси. Но и в лабораторных условиях (бунзеновская горелка, медленное послойное сгорание смеси в трубе или сосуде) число Рейнольдса гораздо больше 1. Поэтому Дау был убежден, что ламинарным пламя практически никогда не бывает. Между тем достаточно посмотреть на бунзеновскую горелку, чтобы убедиться в стационарном и ламинарном характере процесса. Специальные опыты с центральным зажиганием показали, что спонтанная автотурбулизация горения, по Ландау, возникает лишь при Re≥10 4÷10 6?! Понадобилось несколько десятилетий, уже после аварии и смерти Дау, чтобы понять причину такого большого критического числа Рейнольдса.

Первыми А. Г. Истратов и В. Б. Либрович показали, что при распространении сферического пламени от зажигающей точки в центре возмущения растут медленно. В самом деле, длина волны каждой моды возмущения растет пропорционально радиусу. Инкремент обратно пропорционален длине волны. В результате получается степенной, а не экспоненциальный закон роста возмущений. Далее. Уже в семидесятых годах автор (вместе с Н. И. Кидиным и В. Б. Либровичем) рассмотрел неустойчивость вытянутого параболического пламени. В этом случае одновременно с ростом возмущений происходит их сползание от выпуклого места, обращенного к горючей смеси, в сторону края, т. е. к стенке. Возмущения уходят со сцены, не успев вырасти! Все это объясняет отрицательный результат наблюдений в лабораторных условиях. Вместе с тем нет сомнения, что в технических условиях при горении турбулентного газа определенную роль в поддержании турбулентности играет и открытая Л. Д. Ландау автотурбулизация.

В военные годы и в ближайшие годы после войны Дау вместе с Кириллом Петровичем Станюковичем активно занимался вопросом детонации взрывчатых веществ и близкими вопросами теории ударных волн взрыва. При детонации получаются горячие продукты взрыва с плотностью больше 2 г/см³ и температурой несколько тысяч градусов. Формально можно сказать, что это горячий газ. Предыдущие исследователи по инерции, подражая описанию газа малой и средней плотности, пользовались уравнением Ван-дер-Ваальса. Формула соответствует картине жестких молекул с вполне определенным минимальным объемом v min= b. Ландау сразу учел плавность закона отталкивания молекул, приводящую к степенной зависимости давления Р = kρ ⁿ = k/v ⁿ. В работе со Станюковичем учтены и следующие члены разложения. Важно было пробить брешь в старых представлениях. Станюкович показал, как изящно решаются задачи гидродинамики при n = 3. Указанные выше работы до сих пор сохраняют свое значение в ряде областей науки и техники, где применяются взрывчатые вещества. О некоторых своих гидродинамических работах Дау во время войны и позже вспоминал, что они были сделаны в 1938 г., в заключении: все-таки гидродинамика проще квантовой теории и теории элементарных частиц.

Как все мы благодарны Петру Леонидовичу Капице за то, что период занятий Дау гидродинамикой не слишком затянулся!

Пожалуй, больше всего мне с Дау довелось говорить о теории металлов. При этом каждый раз выявлялось различное понимание самого существа проблемы. Для Дау и в значительной мере для всей его школы, а также для примыкавшей к ней школы Ильи Михайловича Лифшица главным был вопрос о свойствах металлов. Назовем здесь электропроводность и ее зависимость от температуры, теплоемкость электронов, свойства, зависящие от формы ферми-поверхности. Меня же волновал вопрос, может быть более примитивный, а будет ли данное вещество, данный элемент металлом или диэлектриком. Как ответ зависит от плотности вещества? Здесь уместно сказать, что в данных условиях (при заданных давлении и температуре) обычно вещество имеет одну, вполне определенную плотность, является газом, жидкостью или твердым телом. Таким образом, если мы хотим менять плотность, то нужно менять условия. Но в этом случае возможны не все ситуации, т. е. не все значения плотности при низкой температуре. Поэтому появляется идеализированная задача об атомах (ядрах), «прибитых гвоздиками» к определенным местам, на определенных расстояниях друг от друга. Такая постановка задачи была чужда Дау, он считал ее не физической, не интересной.

На позиции Дау в какой то мере сказывался тот переворот в физике, который произошел, когда утверждалась квантовая механика. Желание иметь дело только с наблюдаемыми величинами очень характерно для этого периода. Применительно к данной теме итог хорошо известен: свойства металлов великолепно исследованы Ильей Лифшицем, Дау и его школой. Решение вопроса о возникновении металла принесло славу Невиллу Мотту и другим. Дау и я опубликовали небольшую совместную заметку о превращении диэлектрика в металл, при одновременном фазовом превращении газ—жидкость.

Любопытно, что такой же подход, как к теории металлов, сказался и в теории сверхтекучести. Теория сверхтекучести Дау — одно из его лучших творений, увенчанное Нобелевской премией, — по существу является теорией свойств жидкости, сверхтекучесть которой установлена экспериментально. Дау довольно критически относился к работам Тиссы и других, связывавших сверхтекучесть с бозе-конденсацией атомов гелия. Великолепная работа Н. Н. Боголюбова по теории сверхтекучести относилась к случаю газа, атомы которого только отталкивались, и буквально к жидкому гелию была неприменима. Все это побуждало Дау к развитию феноменологической (в отличие от микроскопической) теории свойств гелия. До сих пор помню семинар в «капичнике» (Институте физических проблем) — наверное в 50-х годах, где Дау особенно настаивал на том, что есть одна только жидкость, которую бог сделал сверхтекучей. Я не гарантирую точность цитирования, может быть, вместо бога говорилось о природе. Твердо помню общий смысл: ситуация такова, что надо исследовать свойства такой жидкости, а не спрашивать, откуда произошла сама сверхтекучесть. Но я помню и замечание с места покойного академика Обреимова: есть два стабильных изотопа гелия: 4Не и 3Не. Значит, есть и вопрос, будут ли они оба сверхтекучими, сравнение позволит выявить роль бозе-конденсации. Здесь я, естественно, не буду ничего писать о том, что произошло в науке (в частности, в сверхтекучести и сверхпроводимости) после аварии, трагически оборвавшей деятельность Дау.

Оценка своей деятельности (да и своего таланта, своей личности) всегда была и остается одной из важнейших особенностей облика человека. В молодости Дау часто говорил о классификации ученых. Он очень отчетливо выделял «нулевой» и «первый» класс — 10—12 человек от Ньютона и Эйнштейна до Шрёдингера, Гейзенберга, Дирака. Он самокритично заявлял, что ни одна отдельно взятая его работа не достигла уровня создания теории относительности или квантовой механики. Поэтому себя он не вписывал в первый класс.