«Я — поэт. Этим и интересен»,— сказал Маяковский.
Ландау — физик. Физик-теоретик. Во многом исключительный, не похожий на других. Этим и интересен. Поэтому нельзя писать о нем, не рассказав о сути его работ и не показав места их на всей огромной территории, именуемой «современная физика».
Как нельзя рассказывать о поэте, делая вид, что поэзия его существует от него отдельно, что о ней можно говорить, а можно и умолчать, отложить разговор до другого раза, так же нельзя рассказывать об ученом, сделав вид, что его работа, его наука есть нечто внешнее по отношению к нему, какая-то его одежда, которую можно снять, повесить в шкаф и забыть о ней. Или только упомянуть, что она существует; даже бегло, вскользь описать ее.
«В громадном здании физической науки для него не было запертых комнат». Так сказал академик Александр Александрович Андронов о своем учителе Леониде Исааковиче Мандельштаме. За плечами Мандельштама была тогда уже долгая жизнь в науке, и по работам его можно, вероятно, проследить, как он последовательно отпирал эти комнаты — одну дверь за другой.
Перед юношей, почти что мальчиком Ландау комнаты эти словно с самого начала были открыты настежь или сразу же распахивались, едва он к ним приближался.
Еще в тридцатые годы Ландау говорил: «Я один из немногих физиков-универсалов...» «Я — последний физик-универсал»,— сказал он после смерти Энрико Ферми. И это не было ни самомнением, ни только собственным его мнением. То же самое отмечали, подчеркивали и его коллеги — в разное время и по разным поводам. И у всех у них было редкое единодушие. Приведем несколько суждений, на этот раз даже не называя их авторов.
«Характернейшей чертой научного творчества Ландау является его широта, почти беспрецедентная по своему диапазону; оно охватывает собой всю теоретическую физику, от гидродинамики до квантовой теории поля. В наш век все усиливающейся узкой специализации расходились постепенно и научные пути его учеников. Сам же Лев Давидович объединял их всех, всегда сохраняя поистине удивительную заинтересованность во всем. В его лице ушел из физики, возможно, один из последних великих универсалов».
«Огромный творческий потенциал, широчайший диапазон интересов, редкий в наш век узкой специализации универсализм роднят Ландау по духу с великими людьми эпохи Возрождения».
«Буквально не сходя с места, не прибегая к литературным источникам, в любую минуту Ландау мог начать работу по привлекшему его внимание вопросу из какой угодно области теоретической физики».
«Только владея современным стилем, нашедшим такое яркое и законченное выражение в работах и курсе Л. Д. Ландау, можно остаться хозяином положения практически во всей теоретической физике. Можно сегодня заниматься теорией сверхтекучести, завтра квантовой теорией поля и послезавтра теорией металлов. Таким хозяином положения и является Л. Д. Ландау, и он же помог следовать по этому пути своим очным и заочным ученикам».
Цитирование можно было бы продолжить. Но ясно и так, что поле деятельности Ландау — почти вся теоретическая физика. Сильно сузить это поле — значит исказить образ Ландау-ученого. Потому что наряду с прочими особенностями в этом универсализме проявились его своеобразие, его особая одаренность.
Итак, остается повторить, теперь уже имея в виду Ландау, что в громадном здании физической науки все комнаты были ему открыты.
Крупный американский физик Н. Мермин так охарактеризовал научные труды Ландау: «Этот солидный том, «Собрание трудов Л. Д. Ландау», возбуждает чувства, подобные тем, которые вызывает полное собрание пьес Вильяма Шекспира или Кёхелевский каталог сочинений Моцарта. Безмерность совершенного одним человеком всегда представляется невероятной».
Но видна нам здесь и оборотная сторона медали. Как быть, если предмет и уровень трудов Ландау доступен лишь немногим? «Попытка дать представление нефизику о научном творчестве Ландау в коротких заметках — это попытка с негодными средствами. Она должна быть отвергнута с самого начала»,— решительно высказался Ю. Б. Румер, друг юности Ландау и его соавтор.
Казалось бы, тут можно ухватиться за спасительные слова: «короткие заметки». Но вот в физике, скажем, весьма относительны, а часто и бессодержательны определения, к примеру, малого и большого, краткого и долгого, короткого и длинного, если не указать, о каком процессе идет речь. И книжка может обернуться короткими заметками, невнятной скороговоркой, если завести речь обо всем — или о многом,— что Ландау сделал в науке.
Единственная общая черта, присущая работам Ландау,— это их первоклассность. В остальном же они отличаются друг от друга не одной только тематикой. Так, для решения одних задач Ландау создавал свой собственный, доселе не применявшийся метод. А в других привлекал идеи и методы из совершенно отдаленных, казалось бы, областей физики, никак с данной областью не связанных,— это тоже особенность его творчества.
За годы своей интенсивной работы Ландау решал и решил множество задач, среди которых были и узкие, ставшие ответом на какой-то частный, заданный физикой вопрос. Вот уж чего в нем никогда не было, это некоего «ученого снобизма» — стремления браться лишь за великие проблемы. Наоборот, он презирал такой подход к науке. И издевался над теми, кто поставил своей целью совершать великие открытия. Правда, с другой стороны, Ландау не уставал повторять, что работа обязательно должна вносить что-то новое, делаться чисто и на высоком уровне и не содержать бездоказательной болтовни — «филологии», по его любимому определению. «Ввиду краткости нашей жизни мы не можем позволить себе роскошь заниматься вопросами, не обещающими новых результатов»,— сказал Ландау в последней своей статье «О фундаментальных проблемах».
Иногда работа Ландау вливалась в обширное русло большой проблемы, которую сообща решало много теоретиков. В этом случае бессмысленно говорить о работе Ландау, не познакомившись со всей проблемой в целом.
Иногда работа Ландау была завершением или разрешением какой-то полемики, и тогда, чтобы понять ее и оценить, требуется знание позиций сторон.
Иногда его работа касалась некоторых сверхтонкостей, интересных лишь немногим, особых нюансов задачи, теории, постановки проблемы.
Так, действуя методом исключения, удается сузить круг работ, из которых мы выберем то, о чем можно попытаться рассказать популярно, причем, конечно, только на уровне идей.
Но ведь работы Ландау не состоят из одних идей, которые можно изобразить чисто словесно, не прибегая к математике. Наоборот, именно великолепное владение математическим аппаратом — главным орудием теоретика — особенно отличало Ландау и часто вызывало удивление и восхищение у тех, кто мог его в достаточной степени оценить. И в таком виртуозном и изобретательном применении орудий своего труда и заключалась собственно его работа (наличие идей подразумевается как само собой разумеющееся и, естественно, как необходимый фундамент).
Конечно, каждый серьезный физик-теоретик не может не владеть математическим аппаратом — это его обычное, нормальное, повторим, орудие труда. И страницы любой статьи теоретика в любом физическом журнале заполнены формулами и математическими выкладками. Но опытный глаз сразу оценит, что скрывается за математическими формулами. Богатое ли содержание: шаг вперед или новый подход к проблеме. А бывает и такое: он увидит, что вся эта якобы сложность маскирует идейную пустоту, тривиальность, «сотрясение воздуха», как любил говорить Ландау.
Наш рассказ пойдет, повторяем, «на уровне идей». Но все равно придется привлечь много новых и сложных понятий. И объяснить их физический смысл хотя бы «на пальцах».
В веселый юбилей Ландау, в день его пятидесятилетия, среди прочих остроумных подарков ему преподнесли мраморные «скрижали», на которых были выгравированы «Десять заповедей Ландау». Десять его формул, где, так сказать, материализовались десять важнейших, по мнению авторов подарка (скрижали вручил академик И. К. Кикоин от имени Института атомной энергии), работ — или открытий — Ландау.
Вероятно, это не абсолютное и не единственное истолкование вклада, который внес Ландау в физику. Здесь возможны некоторые разночтения. Но большая часть «заповедей» — это, бесспорно, важнейшее, что сделал Ландау. И выбирать надо отсюда.
Мы выбираем теорию сверхтекучести жидкого гелия. По следующим причинам.
Первая. Открытие это само по себе, по своей сути очень большое и важное. Им зачинается новая область физики — квантовая физика жидкостей или, шире, конденсированного состояния, или, что звучит уж вовсе удивительно, квантовая физика макрообъектов. Смысл, содержание всех этих разных терминов в том, что законами квантовой механики описываются не атомы, не атомные ядра, не элементарные частицы, для описания которых квантовая механика и была создана, так как классическая физика тут «не играла», а именно макросистемы, которые должны, „казалось бы, целиком подчиняться классическим законам. Правда,— и в этом все дело — эти макрообъекты находятся в особом состоянии.
Вторая. Работа эта, с одной стороны, как бы замкнута в себе и, раз поставленная, доведена Ландау, автором ее, до конца. А с другой стороны, она имела и имеет большое и важное продолжение. И выходы в совсем другие, далеко отстоящие области физики, такие, как атомное ядро, твердое тело и даже астрофизика.
Третья. Это тот случай, когда теория не только объяснила загадочные явления, которые поставили физиков в тупик и, казалось бы, не поддавались никакому объяснению, но и предсказала новые явления; потом эти последние были обнаружены экспериментально и повели себя в точном согласии с теорией.
Четвертая. В этой работе в самом чистом виде проявилось содружество Ландау с экспериментаторами, которое было весьма характерным свойством физика-теоретика Ландау.
Пятая. Эта работа занимает особое место в творчестве Ландау. Многие ученики его полагают, что теория квантовых жидкостей является главным делом его научной жизни. Кстати, так же оценила эту работу и мировая научная общественность. Ландау получает Нобелевскую премию «за пионерские исследования в теории конденсированного состояния материи, в особенности жидкого гелия».
Шестая. Хотя считается, что главное оружие Ландау — его логика, в данной, одной из самых замечательных его работ, проявились необычайно ярко научная интуиция и сила научного воображения.
Есть еще ряд причин, и последняя из них та, что эту проблему показалось возможным изложить более или менее понятно и последовательно. Повторяем, на уровне идей, но так, чтобы читатель-нефизик понял ее суть, красоту и значение.
Правда, тут нелишне пересказать разговор Ландау с одним из его учеников. Тот спросил:
— Дау, какую свою работу вы считаете лучшей?
— Теорию сверхтекучести,— ответил Ландау.— Потому, что ее до сих пор никто по-настоящему не понимает.
В этом, безусловно, была доля шутки, но какая?
Однако мы все же отважимся рассказать именно об этой теории. Начнем с азов, с предыстории и постепенно будем двигаться вместе с читателем вверх, со ступени на ступень...
Может быть, впоследствии кто-нибудь осуществит более обширную программу знакомства с творчеством Ландау. Например, появится подробный рассказ о его интересе к процессам перехода вещества из одного состояния в другое, к теории фаз и фазовым переходам, к диаграммам состояний. Интересе, который привел к созданию им теории фазовых переходов второго рода. При этом должно быть объяснено содержание этой теории, показано ее значение. И то, как и из чего она возникла. И связь ее с другими проблемами физики (кстати, как мы увидим, она внесла свою лепту и в теорию сверхтекучести).
Еще Ландау весьма занимала проблема симметрии: симметрия пространства; открытие Ли и Янга несохранения четности при слабых взаимодействиях; новые возникшие трудности, в стороне от которых не остался Ландау, и предложенный им в разрешение противоречия принцип комбинированной четности (этот этап тоже еще не был конечным, не стал полным решением проблемы).
Интересны и значительны работы по магнетизму, в том числе одна из ранних, где было сделано открытие, пользуясь нынешней терминологией, «диамагнетизма Ландау».
И работы по физике ядра, и по физике плазмы, и по общим вопросам квантовой механики... «Заповедей»-то по меньшей мере десять.