Lev Davidovich Landau – Ле́в Дави́дович Ланда́

English: Niels Bohr and Landau Русский: Нильс Бор и Лев Ландау Українська: Нільс Бор та Лев Ландау

Lew Dawidowitsch Landau - English: Niels Bohr and Landau Русский: Нильс Бор и Лев Ландау Українська: Нільс Бор та Лев Ландау

Lev Davidovich Landau – Ле́в Дави́дович Ланда́у; January 22 [O.S.January 9] 1908 – April 1, 1968) was a prominent Soviet physicist who made fundamental contributions to many areas of theoretical physics. His accomplishments include the co-discovery of the density matrix method in quantum mechanics, the quantum mechanical theory of diamagnetism, the theory of superfluidity, the theory of second-order phase transitions, the Ginzburg–Landau theory of superconductivity, the theory of Fermi liquid, the explanation of Landau damping in plasma physics, the Landau pole in quantum electrodynamics, and the two-component theory of neutrinos. He received the 1962 Nobel Prize in Physics for his development of a mathematical theory of superfluidity that accounts for the properties of liquid helium II at a temperature below 2.17 K (−270.98 °C).

Landau was born on January 22, 1908 to a Jewish family in Baku, in what was then the Russian Empire. Landau’s father was an engineer with the local oil industry and his mother was a doctor. Recognized very early as a child prodigy in mathematics, Landau was quoted as saying in later life that he scarcely remembered a time when he was not familiar with calculus. Landau graduated at 13 from gymnasium. His parents considered him too young to attend university, so for a year he attended the Baku Economical Technicum. In 1922, at age 14, he matriculated at Baku State University, studying in two departments simultaneously: the department of Physics and Mathematics, and the department of Chemistry. Subsequently he ceased studying chemistry, but remained interested in the field throughout his life.

In 1924, he moved to the main centre of Soviet physics at the time: the Physics Department of Leningrad State University. In Leningrad, he first made the acquaintance of genuine theoretical physics and dedicated himself fully to its study, graduating in 1927. Landau subsequently enrolled for post-graduate study at theLeningrad Physico-Technical Institute, and at 21, received a doctorate. Landau got his first chance to travel abroad in 1929, on a Soviet government traveling fellowship supplemented by a Rockefeller Foundationfellowship.

After brief stays in Göttingen and Leipzig, he went to Copenhagen to work at Niels Bohr’s Institute for Theoretical Physics. After the visit, Landau always considered himself a pupil of Niels Bohr and Landau’s approach to physics was greatly influenced by Bohr. After his stay in Copenhagen, he visited Cambridge andZürich before returning to the Soviet Union. Between 1932 and 1937 he headed the department of theoretical physics at the Kharkov Polytechnical Institute.

During the Great Purge, Landau was investigated within the UPTI Affair in Kharkov, but he managed to leave for Moscow. Still, he was arrested on April 27, 1938 and held in an NKVD prison until his release on April 29, 1939, after his colleague Pyotr Kapitsa, an experimentallow-temperature physicist, wrote a letter to Joseph Stalin, personally vouching for Landau’s behavior. Gorelik, in a Scientific American article in 1997, described Landau’s life and interactions with the Soviet intelligence agency during Stalin era and post-Stalin phase.

On January 7, 1962, Landau’s car collided with an oncoming truck. He was severely injured and spent two months in a coma. Although Landau recovered in many ways, his scientific creativity was destroyed, and he never returned fully to scientific work. His injuries prevented him from accepting the 1962 Nobel Prize for physics in person.[2]

In 1965 former students and coworkers of Landau founded the Landau Institute for Theoretical Physics, located in the town of Chernogolovkanear Moscow, and headed for the following three decades by Isaak Markovich Khalatnikov.

Landau died on April 1, 1968, aged 60, from complications of the injuries from the car accident he was involved in 6 years earlier. He was buried at Novodevichy cemetery.

Apart from his theoretical accomplishments, Landau was the principal founder of a great tradition of theoretical physics in KharkovSoviet Union (now KharkivUkraine), sometimes referred to as the „Landau school„. He was the head of the Theoretical Division at the Institute for Physical Problems from 1937 until 1962 when, as a result of a car accident, he suffered injuries which stopped him from making further contributions to science.[5] His students included Lev PitaevskiiAlexei AbrikosovArkady LevanyukEvgeny LifshitzLev Gor’kovIsaak KhalatnikovBoris L. IoffeRoald Sagdeev and Isaak Pomeranchuk.

Landau developed a comprehensive exam called the „Theoretical Minimum“ which students were expected to pass before admission to the school. The exam covered all aspects of theoretical physics, and between 1934 and 1961 only 43 candidates passed.

In Kharkov, he and his friend and former student, Evgeny Lifshitz, began writing the Course of Theoretical Physics, ten volumes that together span the whole of the subject and are still widely used as graduate-level physics texts.

Commemorative plaque inBaku.

Two celestial objects are named in his honor:

Landau kept a list of names of physicists which he ranked on a logarithmic scale of productivity ranging from 0 to 5. The highest ranking, 0.5, was assigned to Albert Einstein. A rank of 1 was awarded to „historical giants“Isaac NewtonEugene Wigner, and the founding fathers of quantum mechanicsNiels BohrWerner HeisenbergPaul Dirac and Erwin Schrödinger. Landau ranked himself as a 2.5 but later promoted himself to a 2. David Mermin, writing about Landau, referred to the scale, and ranked himself in the fourth division, in the article My Life with Landau: Homage of a 4.5 to a 2.[7][8]

  • Russian television film My Husband – the Genius (unofficial translation of the Russian title Мой муж — гений) released in 2008 tells biography of Landau (played by Daniil Spivakovsky), mostly relying on his private life. It was generally panned by critics. People who had personally met Landau, including famous Russian scientist Vitaly Ginzburg, said that the film was not only terrible but also false in historical facts.
  • Another film about Landau, Dau, is in the filming process now and was originally planned to be released in 2010. It is directed by Ilya Khrzhanovsky with non-professional actor Theodor Kurentzis (an orchestra conductor) as Landau.

See also

Lew Dawidowitsch Landau – Лев Давидович Ландау; * 9. Januarjul./22. Januar 1908greg. in Baku; † 1. April 1968 in Moskau) war ein sowjetischer Physiker und Nobelpreisträger.

Landau war der Sohn eines Ingenieurs, der in den Erdölfeldern bei Baku arbeitete. Wie Edmund Landau der jüdischen Familie Landau entstammend, aus der viele namhafte Rabbiner und Gelehrte hervorgegangen sind, beendete er bereits 1921 die Schule und studierte ab 1922 an der physikalisch-mathematischen und chemischen Fakultät der Universität Baku. 1924 wechselte er zur physikalischen Abteilung der Universität Leningrad, wo er Assistent von Abram Ioffe wurde. Enge Studienfreunde waren George Gamow und Iwanenko. 1926 erschien seine erste Veröffentlichung. 1929 erhielt Landau ein Forschungsstipendium, das ihn zu Max Born (Göttingen), Paul Ehrenfest (Leiden), Werner Heisenberg (Leipzig) und Wolfgang Pauli (Zürich) führte. Außerdem besuchte er Niels Bohr (in Kopenhagen, wo er nach 1929 auch 1933 und 1934 war) und Ernest Rutherford (Cambridge). In dieser Zeit entwickelte sich auch die Zusammenarbeit mit Rudolf Ernst Peierls.

Nach seiner Rückkehr nach Leningrad (1931) übernahm Landau 1932 die Abteilung für Theoretische Physik am Physikalisch-Technischen Institut in Charkow, wo er 1933 auch eine Professur für Theoretische Physik am Institut für Mechanik und Maschinenbau übernahm. Aufgrund seiner Verdienste wurde ihm 1934, ohne Vorlage einer Dissertation, der Doktortitel verliehen. 1935 erhielt er eine Professur für Allgemeine Physik an der Universität Charkow, 1937 folgte er einem Ruf Pjotr Kapizas an das Physikalische Institut in Moskau und übernahm dort die Leitung der Abteilung Theoretische Physik. Im April 1938 wurde Landau vom Geheimdienst zusammen mit seinen Freunden Moisey Korets und Rumer verhaftet. Der Grund war nach Gennady Gorelik ein antistalinistisches (aber von sozialistischem Pathos getragenes) Flugblatt, das er mit seinen Freunden am 1. Mai verbreiten wollte. Nach seiner Entlassung, die nach einer mutigen Einmischung von Kapiza 1939 beim Geheimdienstchef Beria zustande kam, kehrte er an das Moskauer Institut zurück, wo er eine wissenschaftliche Schule gründete, aus der hervorragende Physiker hervorgingen. Ende der 1940er Jahre und Anfang der 1950er Jahre arbeitete er am sowjetischen Wasserstoffbombenprojekt. Er organisierte die numerischen Rechnungen, mit denen ihnen eine erfolgreiche Vorhersage der Energiefreisetzung der ersten sowjetischen Wasserstoffbombe gelang (die nach Ideen von Andrei Sacharow im Slojka (Blätterteig) Design gebaut wurde). Landau wurde dafür mit zwei Stalinpreisen (1949, 1953) und als Held der sozialistischen Arbeit (1954) ausgezeichnet. In den 1950er Jahren war er am Institut für Physikalische Probleme der Sowjetischen Akademie der Wissenschaften (dem späteren Kapitza Institut). Nach wie vor misstraute man ihm von offizieller Seite, er durfte zum Beispiel trotz seines hohen Ansehens keine Auslandsreisen machen und auch die Leitung des Instituts blieb bei Kapitza. Ein Grund dafür war, dass er kein Blatt vor den Mund nahm und sich häufig sarkastisch äußerte.

Landau war Mitglied vieler wissenschaftlicher Gremien. So gehörte er sowohl der sowjetischen Akademie der Wissenschaften an (ab 1946 als volles Mitglied) als auch der Dänemarks (1951), der Niederlande (1956) und der USA (National Academy of Sciences 1960 und ebensoAmerican Academy of Arts and Sciences). Außerdem war er Mitglied der Royal Society (1960) und Ehrenmitglied des britischen Institute of Physics (1959). Vielfach ausgezeichnet, erhielt er 1962 für seine richtungsweisenden Arbeiten zur Theorie der kondensierten Materie(insbesondere zum flüssigen Helium) den Nobelpreis für Physik. 1960 erhielt er den US-amerikanischen Fritz-London-Preis und die deutscheMax-Planck-Medaille.

Landau lieferte Arbeiten zu fast allen Bereichen der modernen Physik. Nach frühen Forschungen zur Quantenmechanik und zum Magnetismus untersuchte er 1930 die diamagnetischen Eigenschaften von Metallen (u.a. Landau-Quantisierung), 1935 formulierte er eine mathematische Darstellung der Magnetisierungsmechanismen bei Ferromagnetika. In einer seiner ersten Veröffentlichungen führte er 1927 die Dichtematrix ein. Bei einer Arbeit über Höhenstrahlung begründete er 1938 die Kaskadentheorie der Elektronenschauer. Im Anschluss daran begann Landau mit Forschungen auf dem Gebiet der Tieftemperaturphysik. Bei Phasentransformationen entdeckte er 1938 an flüssigem Helium das Phänomen der Suprafluidität, bei der ein Stoff ab einer bestimmten, stoffcharakteristischen Sprungtemperatur seine viskosen Eigenschaften verliert. 1941 formulierte er die Theorie der Suprafluidität auf quantenmechanischer Grundlage, mit der erstmals die Eigenschaften von Flüssigkeiten vollständig beschrieben wurden. 1950 stellte Landau zusammen mit Witali Ginsburg die phänomenologische Theorie der Supraleitung auf[4], welche die elektromagnetischen Eigenschaften dieser Leiter bei niedrigsten Temperaturen zusammenfasste (Ginzburg-Landau-Theorie). Gegen Ende der 1950er Jahren arbeitete Landau mit seiner Schule auch über Elementarteilchentheorien und Quantenfeldtheorien, ein Bereich, den er vorher trotz der Erfolge von Richard Feynman und anderen im Westen gemieden hatte. Hier gelang ihm und einigen anderen sowjetischen Physikern wie z. B. Isaak Pomerantschuk die Entdeckung eines inhärenten Problems derQuantenelektrodynamik, die Divergenz der Kopplungskonstante mit zunehmender Energie (oder anders ausgedrückt des „Verschwindens der nackten Ladung“). Das führte dazu, dass die Quantenfeldtheorie allgemein in der russischen Schule, die stark von Landau dominiert war, noch lange Zeit mit starker Skepsis betrachtet wurde.

Zusammen mit Jewgeni M. Lifschitz und später noch einigen anderen Autoren verfasste er ein zehnbändiges, richtungsweisendes Lehrbuch der Theoretischen Physik (in Russland ab 1938), das als zeitloses Werk von hoher Qualität international einen großen Einfluss hat. In dem Lehrbuch wird ein sehr breites Spektrum der theoretischen Physik behandelt, entsprechend den weitgespannten Interessen der Landau-Schule. Es spiegelt mit seinen sorgfältig ausgearbeiteten Übungsaufgaben auch den Geist des Physik-Unterrichts in der Landau-Schule wider. Wer dort Zugang erhalten wollte, musste eine Reihe von schriftlichen Prüfungen privat bei Landau und seinen Mitarbeitern bestehen, die im Niveau weit über den staatlichen Prüfungen lagen („Theoretisches Minimum“ von Landau und seinen Mitarbeitern genannt). Prüfen lassen konnte sich jeder nach vorheriger Absprache, auch ohne universitäre Voraussetzungen. Zu seinen Schülern zählen unter anderem Lew PitajewskiAlexei AbrikosowIsaak ChalatnikowLew GorkowIsaak PomerantschukBoris JoffeJewgeni LifschitzRoald SagdejewIgor DsyaloschinskiAlexander PataschinskiAlexander Achijeser und Semjon Gerschtein. Ebenso bekannt waren die Landau-Seminare, in denen Landau bei Unklarheiten jederzeit mit bohrenden Fragen unterbrechen konnte, was formal auch anderen gestattet war. Nach einer Anekdote unterbrach Landau, als er in den 1920er Jahren Deutschland besuchte, auch Albert Einstein in einem Vortrag bei einem Fehler. Einstein überlegte kurz, gestand den Fehler ein, die Zuhörer auffordernd, das zuvor Vorgetragene zu vergessen. Landau schätzte Einstein im Übrigen hoch ein. Er teilte Physiker in eine logarithmische Skala von 0 bis 5 ein (0 war die höchste Stufe), stufte Einstein bei 0.5 ein, die Väter der Quantenmechanik (Schrödinger, Bohr, Heisenberg, Bose, Dirac, Wigner) bei 1, sich selbst anfangs bei 2.5, und relativ spät in seiner Karriere bei 2.

Am 7. Januar 1962 ereignete sich ein tragischer Unfall: Auf dem Weg von Moskau nach Dubna stieß Landaus Auto auf vereister Straße mit einem entgegenkommenden Lastwagen zusammen. Elf Knochen und der Schädel waren gebrochen. Er rang in den anschließenden Wochen mit dem Tode und musste mindestens viermal wiederbelebt werden. Nach drei Monaten erwachte Landau wieder aus dem Koma. Von den Folgen des Unfalls jedoch konnte er sich nie wieder vollständig erholen, und er erlangte auch seine große Kreativität nicht annähernd zurück, trotz der Unterstützung seiner vielen Schüler und der sowjetischen Physiker-Gemeinde bei seiner Genesung. Lew Landau starb letztlich an den Folgen des Autounfalls sechs Jahre später am 1. April 1968.

Landaus Forschergruppe wurde zum Kristallisationskeim des 1965 gegründeten, weltweit bekannten Landau-Instituts für Theoretische Physikin Tschernogolowka bei Moskau. Zu dessen ersten Mitgliedern gehört der spätere Nobelpreisträger Alexei Alexejewitsch Abrikossow, der dort bis 1988 forschte.

Schriften

  • mit Lifschitz: Lehrbuch der theoretischen Physik, deutsch bei Harri Deutsch, Thun:
    • Bd.1 Mechanik
    • Bd.2 Klassische Feldtheorie
    • Bd.3 Quantenmechanik
    • Bd.4 Quantenelektrodynamik (mit Lew P. Pitajewski, Wladimir B. Berestezki, früher auch als Relativistische Quantentheorie in zwei Teilen)
    • Bd.5 Statistische Physik, Teil 1 (bis in die 1970er Jahre nur in einem Band)
    • Bd.6 Hydrodynamik
    • Bd.7 Elastizitätstheorie
    • Bd.8 Elektrodynamik der Kontinua
    • Bd.9 Statistische Physik, Teil 2, Theorie des kondensierten Zustands, mit L. Pitajewski
    • Bd.10 Physikalische Kinetik, mit L. Pitajewski (behandelt werden Nichtgleichgewichtsprozesse)

Die erste deutsche Ausgabe erschien im Akademie Verlag, Berlin, ab 1957 (herausgegeben von Gerhard Heber, später Paul Ziesche). Eine englische Ausgabe erschien ab 1958 im Pergamon Verlag. Diese ersten Ausgaben gingen nur bis zum heutigen Bd.8. Es gibt auch eine zweibändige Ausgabe Theoretische Physik kurzgefasst, Hanser 1975 (Bd.1 Mechanik, Elektrodynamik, Bd.2 Quantentheorie)

Weitere Bücher von Landau:

  • Gesammelte Abhandlungen, Moskau, Nauka 1969 (russisch)
  • mit Rumer: Was ist Relativitätstheorie?, Teubner, 11. Auflage 1985
  • mit Alexander Kitajgorodski: Physik für alle, 4 Bände, Aulis Verlag 1981-1983 (Bd.1 Physikalische Körper, Bd.2 Moleküle, Bd.3 Elektronen, Bd.4 Photonen und Kerne)
  • mit Alexander Iljitsch Achijeser, Lifschitz: Mechanik und Molekularphysik, Akademie Verlag 1970

94 Gedanken zu “Lev Davidovich Landau – Ле́в Дави́дович Ланда́

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