Решетник Александр Иванович
Нижневартовск, 2016
План
Введение……………………………………………………………………………...3
1.Краткая биография Л.Д. Ландау……………………………………..…………..4
2. Вклад физика-теоретика в науку ………………………………………...………5
Заключение……………………………………………………………………..….....8
Литература…………………………………………………………………………..10
Введение
Один из крупнейших физиков прошедшего XX в. Лев Давидович Ландау был величайшим универсалом, внесшим фундаментальный вклад в самые различные области: квантовую механику, физику твердого тела, теорию магнетизма, теорию фазовых переходов, ядерную физику и физику элементарных частиц, квантовую электродинамику, физику низких температур, гидродинамику, теорию атомных столкновений, теорию химических реакций и ряд других дисциплин.
Ландау одним из первых советских физиков получил Нобелевскую премию и выпустил из стен своей научной школы целую плеяду отечественных ученых — Нобелевских лауреатов. Он был учителем с большой буквы и воспитал таких же учеников.
Целью данной работы является изучение биографии физика-теоретика Л.Д. Ландау.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
- изучить биографию Л.Д. Ландау;
- изучить вклад физика-теоретика в науку.
Краткая биография Л.Д. Ландау
Лев Давидович Ландау родился 9 (22) января 1908 года в городе Баку в семье инженера-нефтяника. С 1916-го учился в еврейской гимназии. В 14 лет поступил в Бакинский университет, где обучался одновременно на двух факультетах: физико-математическом и химическом. За особые успехи был переведен в Ленинградский университет. Окончив в 1927 году его физическое отделение, Ландау стал аспирантом и начал работать над магнитной теорией электрона и квантовой электродинамикой в Ленинградском физико-техническом институте.
В 1926–1927 годах опубликовал первые работы по теоретической физике. Продолжил образование в 1929-м — отправился в научную командировку за рубеж, где работал с ведущими физиками-теоретиками, в том числе с Нильсом Бором. В 1931-м вернулся в Ленинград, через год переехал в Харьков, где возглавил теоретический отдел Украинского физико-технического института. В 1934-м Академия наук СССР присуждает Ландау ученую степень доктора физико-математических наук без защиты диссертации, а через год — звание профессора. В 1935-м он создал серию учебников — исчерпывающий курс теорфизики. С 1937 года руководил аналогичным отделом Института физических проблем (ИФП) АН СССР в Москве. Однако весной 1938-го Ландау арестовали за антисоветскую агитацию. В тюрьме он провел год и был выпущен по просьбе видных ученых Бора и Капицы. После освобождения до самой смерти Лев Давидович был сотрудником ИФП. Летом 1941 года ИФП эвакуировали в Казань. Как и все остальные сотрудники, Ландау выполнял оборонные заказы: строил теории и производил расчеты процессов, определяющих боеспособность вооружения.
После войны в «Докладах Академии наук» опубликовал три статьи по детонации взрывчатых веществ. На протяжении следующих 15 лет занимался поиском решений самых разнообразных задач. Зимой 1962-го попал в автокатастрофу. В результате много численных переломов, кровоизлияния и травмы головы он находился в течение 59 дней в коме. Спасти ученого удалось, но он перестал заниматься научной деятельностью. Умер 1 апреля 1968 года.
Вклад физика-теоретика в науку
Еще обучаясь в Ленинградском университете, Ландау и его близкие тогда друзья с восторгом встретили появление статей В. Гейзенберга и Э. Шрёдингера, в которых содержались основы квантовой механики. И почти сразу же 18-летний Ландау вносит фундаментальный вклад в квантовую теорию — вводит понятие матрицы плотности в качестве метода для полного квантово-механического описания систем, являющихся частью более крупной системы. Это понятие стало основным в квантовой статистике.
Вопросами применения квантовой механики к реальным физическим процессам Ландау занимался в течение всей своей жизни. Так, в 1932 г. он указал, что вероятность переходов при атомных столкновениях определяется пересечением молекулярных термов, и вывел соответствующие выражения для вероятности переходов и предиссоциации молекул (правило Ландау—Зинера—Штюкельберга). В 1944 г. он (совместно с Я. А. Смородинским) разработал теорию «эффективного радиуса», позволяющую описать рассеяние медленных частиц короткодействующими ядерными силами безотносительно конкретной модели последних.
Фундаментальный вклад внесли работы Ландау в физику магнитных явлений. В 1930 г. он установил, что в магнитном поле свободные электроны в металлах имеют, согласно квантовой механике, квазидискретный спектр энергий, и благодаря этому возникает диамагнитная (связанная с орбитальным движением) восприимчивость электронов в металлах. В малых магнитных полях она составляет одну треть их парамагнитной восприимчивости, определяемой собственным магнитным моментом электрона (связанным со спином). Одновременно он указал, что в реальной кристаллической решетке это соотношение может измениться в пользу диамагнетизма электронов, а в сильных полях при низких температурах должен наблюдаться необычный эффект: осцилляция магнитной восприимчивости. Этот эффект через несколько лет был обнаружен экспериментально; он известен под именем эффекта де Гааза — ванАльфена. Уровни энергии электронов в магнитном поле получили название уровней Ландау.
Работа Ландау по электронному диамагнетизму заложила основы для всей современной деятельности по установлению электронных энергетических спектров металлов и полупроводников. Отметим также, что наличие уровней Ландау оказалось решающим для интерпретации квантового эффекта Холла (за открытие и объяснение которого в 1985 и 1998 гг. были присуждены Нобелевские премии).
Совместно с Е. М. Лифшицем в 1935 г. Ландау развил теорию доменной структуры ферромагнетиков, впервые определил их форму и размеры, описал поведение восприимчивости в переменном магнитном поле и, в частности, явление ферромагнитного резонанса.
Важнейшее значение для теории различных физических явлений в веществах имеет общая теория фазовых переходов II рода, построенная Ландау в 1937 г. Ландау обобщил подход, использованный для антиферромагнетиков: любые фазовые превращения связаны с изменением симметрии вещества и поэтому фазовый переход должен происходить не постепенно, а в определенной точке, где скачком меняется симметрия вещества. Если при этом не меняется плотность и удельная энтропия вещества, фазовый переход не сопровождается выделением скрытой теплоты. В то же время скачком меняется теплоемкость и сжимаемость вещества. Такие переходы и получили название переходов II рода.
Одной из самых замечательных работ Ландау стала созданная им теория сверхтекучести, объяснившая открытое П. Л. Капицей явление сверхтекучести жидкого гелия-4.
В 1956–1957 гг. Ландау развил теорию ферми-жидкости (квантовой жидкости, в которой элементарные возбуждения обладают полуцелым спином и, соответственно, подчиняются статистике Ферми—Дирака), применимую к широкому кругу объектов (к электронам в металлах, жидкому гелию-3, нуклонам в ядрах). Дальнейшее развитие теории ферми-жидкости Л. П. Питаевским позволило ему предсказать, что при достаточно низкой температуре гелий-3 станет сверхтекучим. Исключительно красивое нетривиальное явление — отражение электронов на границе сверхпроводника с нормальным металлом — было предсказано А. Ф. Андреевым, последним студентом, которого Ландау принял в свою группу. Это явление получило в мировой литературе название «андреевского отражения» и начинает находить все более широкое применение.
Ряд работ Льва Давидовича был посвящен астрофизике. В 1932 г. он независимо от С. Чандрасекара установил верхний предел на массу белых карликов — звезд, состоящих из вырожденного релятивистского ферми-газа электронов.
Важный раздел в творчестве Ландау составляют его работы по гидродинамике и физической кинетике. К последней, помимо работ, связанных с процессами в жидком гелии, относятся работы по кинетическим уравнениям для частиц с кулоновским взаимодействием (1936) и широко известная классическая работа по колебаниям электронной плазмы (1946). В этой работе Лев Давидович, используя уравнение, выведенное А. А. Власовым, показал, что свободные колебания в плазме затухают даже в случае, когда можно пренебречь столкновениями частиц.
Кроме всего этого есть много других важных работах Льва Давидовича: по кристаллографии, горению, физической химии, статистической теории ядра, множественному рождению частиц при высоких энергиях и пр.
Заключение
В заключении данной работы можно сделать следующий вывод.
За свою биографию Ландау успел сделать значительный вклад в развитие таких направлений физики, как: низких температур, атомного ядра, плазмы, твердого тела, космических лучей квантовой теории поля и механики.
Л.Д. Ландау ввел понятие матрицы плотности, которое в настоящее время широко используется в квантовой статистике и механике. С его помощью удалось наиболее полно описать самые сложные системы. Современники Ландау говорили, что сам Лев Давидович считал это открытие самым выдающимся из всех.
Талантливый физик создал квантовую теорию диамагнетизма (свойство вещества намагничиваться) электронного газа и рассчитал эту величину для свободных электронов в металлах. Теперь данное явление известно как «диамагнетизм Ландау».
К следующему важному достижению ученого следует отнести введение понятия полярона – электрона с крайним энергетическим состоянием. Так был открыт эффект расположения не самого электрона, а так называемой дырки (места, где должен быть расположен электрон, но его там нет, поэтому оно оказывается положительно заряженным).Такие дырки играют важную роль в процессах люминесценции, туннельных эффектах, запоминании информации в кристалле.
На счету Льва Давидовича также полуфеноменологическая теория сверхпроводимости, названная позже теорией Гинзбурга - Ландау. За нее в 2003 году Виталий Лазаревич Гинзбург получил Нобелевскую премию. Более того, на ее основе были развиты другие работы в данной области, а авторы этих исследований также были отмечены Нобелевскими премиями. Отношение Ландау к этому открытию некоторые могут посчитать косвенным, однако именно его удивительно правильное предсказание обеспечило учению универсальность.
Способность охватить все разделы физики и глубоко проникнуть в них является характерной чертой гениальности Л.Д. Ландау. Она ярко проявилась в созданном Ландау в сотрудничестве с Е.М. Лифшицем уникальном курсе теоретической физики, последние тома которого были завершены по плану Ландау его учениками Е. М. Лифшицем, Л. П. Питаевским и В.Б. Берестецким.
Ничего подобного не существует во всей мировой литературе. Полнота изложения в сочетании с четкостью и оригинальностью, единый подход к проблемам и органическая связь различных томов сделали этот курс настольной книгой для многих поколений физиков различных стран, от студентов до профессоров.
Будучи переведен на многие языки, курс оказал огромное влияние на уровень теоретической физики во всем мире. Несомненно, он сохранит свое значение и для ученых будущего.
Литература
1. Баранов М.И. Лев Давидович Ландау − основоположник харьковской научной школы теоретической физики и квантовой физики конденсированного состояния материи // Электротехника и электромеханика. - 2008. - № 1. - С. 5-14.
2. Бессараб М.Я. Лев Ландау. - Москва, 2008. – 97 с.
3. Бондарев Б.В., Калашников Н.П., Спирин Г.Г. Курс общей физики. Книга 3. - 2-е изд. - М.: Юрайт, 2013. - 384 с.
4. Можейко А.А. Разгадка таланта Л.Д. Ландау // Оптико-электронные информационно-энергетические технологии. - 2008. - № 2 (16). - С. 226-231.
5. Мокрова М.В. Ландау Лев Давидович // В сборнике: Московская энциклопедия Пивовар Е.И., Шмидт С.О., Зверев С.П., Кривошеина Г.Г., Митрофанов Н.Н., Михайлов С.В., Никольский С.Л., Петроковский А.И., Уваров С.А., Шокарев С.Ю. Москва. - 2008. - С. 380-381.
6. Немченко К.Э. Физика.- М.: Эксмо, 2016. – 371 с.
7. Повзнер А.А., Андреева А.Г., Шумихина К.А. Физика. Базовый курс. Часть 1. - Екатеринбург: Изд-во Урал.ун-та, 2016. - 168 с.
8. Трофимова Т.И., Фирсов А.В. Курс физики. - 4-е изд., испр. - М.: Издательский центр «Академия», 2011. - 612 с.
9. Фейгин О.О. Лев Ландау - последний гений физики // Люди науки. – 2011. – С. 23-29.