Яков Смородинский - Воспоминания о Л. Д. Ландау

Но наиболее значительный вклад, которым физика обязана Ландау, — это создание им теории квантовых жидкостей. Значение этой новой области в настоящее время все более возрастает; несомненно, что ее развитие за последние десятилетия оказало революционизирующее влияние и на другие области физики — физику твердого тела и даже на физику ядра.

Теория сверхтекучести была создана Ландау в 1940—1941 гг., вскоре после открытия в конце 1937 г. П. Л. Капицей этого основного свойства гелия II. До этого предпосылки для понимания физической природы наблюдавшегося в жидком гелии фазового перехода по существу отсутствовали и неудивительно, что по этому поводу высказывались взгляды, которые в настоящее время могли бы даже показаться наивными [20] Так, сам Ландау в своей работе по теории фазовых переходов [29] высказал предположение о том, не является ли гелий II жидким кристаллом, хотя и подчеркивал сомнительность такого представления. . Замечательна та полнота, с которой теория гелия II была создана с самого начала: уже в первой классической статье Ландау [44] содержатся почти все основные идеи как микроскопической теории гелия II, так и построенной на ее основе макроскопической теории — термодинамики и гидродинамики этой жидкости (последней посвящена также статья [51]).

В основе теории Ландау лежит представление о квазичастицах (элементарных возбуждениях), составляющих энергетический спектр гелия II. Именно Ландау впервые поставил вопрос об энергетическом спектре макроскопического тела в таком наиболее общем виде, и он же нашел характер спектра для квантовой жидкости того типа, к которому относится жидкий гелий (изотоп Не 4), — как теперь говорят, бозевского типа. В работе 1941 г. Ландау предполагал, что спектр элементарных возбуждений состоит из двух ветвей: фононов — с линейной зависимостью энергии ε от импульса р и «ротонов» — с квадратичной зависимостью, отделенной от основного состояния энергетической щелью. Впоследствии Ландау нашел, что такой вид спектра не удовлетворителен с теоретической точки зрения (так как был бы неустойчив), а тщательный анализ появившихся к тому времени более полных и точных экспериментальных данных привел его в 1946 г. к установлению знаменитого спектра, содержащего всего одну ветвь, в которой «ротонам» отвечает минимум на кривой ε(р). Макроскопические представления теории сверхтекучести широко известны. В своей основе они сводятся к представлению о двух одновременно происходящих в жидкости движениях — «нормальном» и «сверхтекучем», которые можно для наглядности рассматривать как движения двух «компонент жидкости» [21] Некоторые идеи «двухкомпонентного» макроскопического описания жидкого гелия (хотя и без ясной их физической интерпретации) были введены независимо от Ландау Л. Тиссой. Его подробная статья, опубликованная во Франции в 1940 г., в силу условий военного времени была получена в СССР лишь в 1943 г., а небольшая заметка 1938 г. в «Докладах Парижской академии» осталась, к сожалению, незамеченной. Критика количественной стороны теории Тиссы дана Ландау в статье [64]. . Нормальное движение сопровождается, как и у обычных жидкостей, внутренним трением. Определение коэффициента вязкости представляет собой кинетическую проблему, требующую анализа процессов установления равновесия в «газе квазичастиц»; основы теории вязкости гелия II были развиты Ландау (совместно с И. М. Халатниковым) в 1949 г. [67, 68]. Наконец, еще в одной работе (совместно с И. Я. Померанчуком) рассмотрен вопрос о поведении посторонних атомов в гелии [62]; было показано, в частности, что всякий такой атом войдет в состав «нормальной компоненты» жидкости вне зависимости от того, обнаружило бы само по себе вещество примеси свойство сверхтекучести, — в противоположность высказывавшемуся до того в литературе неправильному взгляду.

Жидкий изотоп Не 3представляет собой квантовую жидкость другого типа, как теперь говорят фермиевского. Хотя ее свойства не так эффектны, как свойства жидкого Не 4, с принципиальной теоретической точки зрения они не менее интересны. Теория таких жидкостей была создана Ландау и изложена им в трех статьях, опубликованных в 1956—1958 гг. В двух первых работах [87. 88] был установлен характер энергетического спектра ферми-жидкости, рассмотрены ее термодинамические свойства и установлено кинетическое уравнение для релаксационных процессов в ней. Исследование кинетического уравнения привело Ландау к предсказанию особого типа колебательного процесса в жидком Не 3вблизи абсолютного нуля, который был назван им нулевым звуком. В третьей работе [93] кинетическое уравнение, вывод, которого содержал в себе ранее ряд интуитивных предположений, получило строгое микроскопическое обоснование.

Заканчивая этот краткий и далеко не полный обзор, остается лишь повторить, что для физиков нет необходимости в подчеркивании значения вклада Льва Давидовича Ландау в теоретическую физику. Сделанное им имеет непреходящее значение и останется в науке навсегда.

1. К теории спектров двухатомных молекул // Ztschr. Phys. 1926. Bd. 40. S. 621.

2. Проблема затухания в волновой механике // Ztschr. Phys. 1927. Bd. 45. S. 430.

3. Квантовая электродинамика в конфигурационном пространстве // Ztschr. Phys. 1930. Bd. 62. S. 188. (Совм. с Р. Пайерлсом).

4. Диамагнетизм металлов // Ztschr. Phys. 1930. Bd. 64. S. 629.

5. Распространение принципа неопределенности на релятивистскую квантовую теорию // Ztschr. Phys. 1931. Bd. 69. S. 56. (Совм. с Р. Пайерлсом.)

6. К теории передачи энергии при столкновениях. I // Phys. Ztschr. Sow. 1932. Bd. 1. S. 88.

7. К теории передачи энергии при столкновениях. II // Phys. Ztschr. Sow. 1932. Bd. 2. S. 46.

8. К теории звезд // Phys. Ztschr. Sow. 1932. Bd. 1. S. 285.

9. О движении электронов в кристаллической решетке // Phys. Ztschr. Sow. 1933. Bd. 3. S. 664.

10. Второй закон термодинамики и Вселенная // Phys. Ztschr. Sow. 1933. Bd. 4. S. 114. (Совм. с М. Бронштейном.)

11. Возможное объяснение зависимости восприимчивости от поля при низких температурах // Phys. Ztschr. Sow. 1933. Bd. 4. S. 675.

12. Внутренняя температура звезд // Nature. 1933. Vol. 132. P. 567. (Совм. с Г. Гамовым.)

13. Структура несмещенной линии рассеяния // Phys. Ztschr. Sow. 1934. Bd. 5. S. 172. (Совм. с Г. Плачеком.)

14. К теории торможения быстрых электронов излучением // Phys. Ztschr. Sow. 1934. Bd. 5. S. 761; ЖЭТФ. 1935. T. 5. C. 255.

15. Об образовании электронов и позитронов при столкновении двух частиц // Phys. Ztschr. Sow. 1934. Bd. 6. S. 244. (Совм. с E. М. Лифшицем.)

16. К теории аномалий теплоемкости // Phys. Ztschr. Sow. 1935. Bd. 8. S. 113.

17. К теории дисперсии магнитной проницаемости ферромагнитных тел // Phys. Ztschr. Sow. 1935. Bd. 8. S. 153. (Совм. с E. М. Лифшицем.)

18. О релятивистских поправках к уравнению Шрёдингера в задаче многих тел // Phys. Ztschr. Sow. 1935. Bd. 8. S. 487.