Ни один физик XX века не работал в стольких областях. Ландау оставил своё имя на десятке разделов физики — а отпечатки пальцев на куда большем.
Охладите жидкий гелий ниже 2,17 К — «лямбда-точки» — и происходит нечто сверхъестественное: он становится гелием-II, жидкостью с ровно нулевой вязкостью, которая взбирается по стенкам и протекает сквозь щели, непроходимые для обычной жидкости. В 1941 году Ландау это объяснил. Ключ был в том, чтобы перестать думать об отдельных атомах и описать коллективные квазичастицы жидкости — фононы (кванты звука) и ротоны (вихри большей энергии). Из их энергетического спектра он вывел критическую скорость, ниже которой течение бестрениево, и предсказал совершенно новую волну — «второй звук», позже подтверждённую в лаборатории.
Теория Ландау 1937 года описывает непрерывный фазовый переход через параметр порядка η, который отличен от нуля в упорядоченной фазе и плавно падает до нуля в критической точке. Проведите температуру через лямбда-точку (2,17 К) и смотрите, как гелий переходит из упорядоченного сверхтекучего в неупорядоченное нормальное состояние.
Подход Ландау к фазовым переходам второго рода (1937) — одна из самых влиятельных идей в современной физике. Вблизи непрерывного перехода он характеризовал изменение параметром порядка и раскладывал свободную энергию системы в степенной ряд по нему, позволяя симметрии решать, какие члены вообще возможны:
Разложение свободной энергии в теории Ландау; симметрия запрещает нечётные члены в симметричной системе.
Минимизация этой свободной энергии описывает и магнетики, и сверхпроводники, и сегнетоэлектрики, и сверхтекучие жидкости — и стала языком спонтанного нарушения симметрии в самом центре современной физики.
Возможно, глубочайшая единственная идея Ландау — квазичастица: что устрашающе сложная система взаимодействующих частиц может вести себя как простой газ новых, «одетых» сущностей. Его теория ферми-жидкости (1956–58) объяснила, почему так хорошо работает картина свободных электронов в металлах; его уровни Ландау (1930) квантуют электроны в магнитном поле и лежат в основе квантового эффекта Холла; его фононы и ротоны — квазичастицы сверхтекучей жидкости.
Мало чьё имя встречается в физике так часто. Неполный список того, что носит его имя или несёт его след:
В 1932 году он даже доказывал, что массивные звёзды должны коллапсировать до ядерных плотностей — предвосхищая нейтронные звёзды в тот самый месяц, когда был открыт нейтрон.
Вместе со своим учеником и соавтором Евгением Лифшицем Ландау написал «Курс теоретической физики» — около десяти томов, охватывающих механику, поля, квантовую механику, статистическую физику, гидродинамику и многое другое. Переведённый по всему миру и поныне в ежедневном употреблении, это одна из самых влиятельных серий научных учебников; за неё двое получили Ленинскую премию 1962 года.
Чтобы работать с Ландау, студент сначала должен был сдать его «теоретический минимум» — жестокую серию из примерно девяти экзаменов по всей теоретической физике. Большинство кандидатов Ландау экзаменовал лично. С 1934 по 1961 год его сдали лишь сорок три человека — и многие сами стали гигантами физики, знаменитой школой Ландау.
Полушутя Ландау ранжировал физиков по логарифмической шкале достижений, где каждый класс означал множитель в десять, а меньше — лучше. Ньютон стоял один на 0, Эйнштейн на 0,5, основатели квантовой механики на 1. Себя Ландау скромно поместил на 2,5 — а после работы о сверхтекучести позволил себе повышение до 2.
Меньше — лучше; каждый шаг — множитель в десять. Точные числа разнятся в пересказах — Гинзбург вспоминал, что Ландау ставил себя на 1,5, — так что считайте шкалу характерным остроумием, а не бухгалтерией.