По макроскопической электродинамике можно было использовать, правда в очень малой степени, известную книгу Я. И. Френкеля «Электродинамика».
Теорию гравитации приходилось изучать по книге Эдингтона «Теория относительности» и замечательной книге Г. Вейля «Пространство, время, материя».
Как-то поздно вечером, когда я изучал эту книгу, в библиотеку вошел Ландау и подошел ко мне. Я восхищался прочитанным, и моя реакция ему очень понравилась. Общую теорию относительности Эйнштейна он считал величайшим творением человеческого гения и тут же процитировал знаменитые слова А. Зоммерфельда о создании этой теории: «С глубокомыслием и последовательностью философского мышления, не встречавшимися никогда до сих пор в умах естествоиспытателей, с математической силой, которая напоминает Гаусса и Римана, Эйнштейн возвел в течение десяти лет здание, перед которым мы, следившие из года в год за его работой с напряженным вниманием, стоим, чувствуя изумление и головокружение».
Он сильно ободрил меня, сказав, что после сдачи теорминимума я смогу более или менее свободно владеть аппаратом всей теоретической физики. При этом он подчеркнул различие между теоретической физикой и математикой, сказав, что математика безгранична и ею овладеть так же «просто», как теоретической физикой, невозможно. «Именно поэтому, — добавил он, — я стал физиком-теоретиком, а не математиком, ибо я могу быть хозяином во всей теоретической физике, но не в математике». Так и было в течение всей жизни Ландау: он свободно владел всей теоретической физикой и знал ее, как мало кто в мире.
Как, однако, далеко ушла теоретическая физика с 30-х годов: теперь уже нельзя быть хозяином не только в математике, но и в теоретической физике.
Так как нужных книг не было, то вполне естественным было желание Ландау написать общедоступный курс всей современной теоретической физики.
К этой задаче он и приступил вскоре после своего переезда в Харьков.
Две книги этого курса были написаны Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшицем в харьковский период творчества Ландау. Одна из них была посвящена классической механике, а другая — статистической физике.
Отличительной чертой курса механики было то, что в нем с самого начала вводилась функция Лагранжа механической системы и устанавливалась связь между законами сохранения и свойствами симметрии пространства-времени и силового поля. Получалась очень ясная картина классической механики Ньютона, выявлялась физическая сущность механики и создавалась надежная база для изучения всех дальнейших физических теорий.
В статистической физике излагалась термодинамика, причем изложение основывалось на общем распределении Гиббса. Благодаря этому устанавливалась фундаментальная связь между термодинамикой и статистической механикой.
В следующих книгах были те же четкость, ясность, простота. В «Теории поля» электродинамике Максвелла предшествовала специальная теория относительности, в результате чего получался синтез релятивистской механики и микроскопической электродинамики.
В квантовой механике с самого начала вводились операторы физических величин, и казалось, что по-другому и не может строиться физическая теория.
Большое число конкретных задач прекрасно разъясняло физический смысл и значение квантовой механики.
Повсюду действовало правило Ландау — «брать быка за рога», т. е. вводить читателя сразу в суть дела.
У Ландау была мысль написать ряд обзоров по различным вопросам физики. Реализовать это желание ему удалось только частично — он написал вместе с А. С. Компанейцем обзор по электропроводности металлов и вместе с Я. А. Смородинским обзор по теории ядра.
Однако делом всей его жизни было написание многотомного курса теоретической физики. 24-летний молодой человек решил, что такой курс должен быть написан, и до конца своих дней занимался этим делом, переиздавая и изменяя одни части курса и работая над созданием других частей. Работа была столь большой, что Ландау не успел ее завершить, но оставил общие принципы написания курса.
Можно сказать, что создание курса было подвигом, и этот курс является подлинным памятником Ландау и его соавтору Е. М. Лифшицу. Курс этот, лучший из всех курсов, написанных на эту тему, сыграл и продолжает играть важнейшую роль в деле подготовки молодых физиков. Не могла бы развиваться подготовка молодых физиков как у нас в стране, так и за ее рубежами, если бы не было этого курса. Этот курс в полном смысле слова произвел революцию в преподавании теоретической физики.
Однако вернемся к тому времени, когда своего курса теоретической физики у Ландау еще не было. Ему нужны были молодые способные люди, чтобы они, изучив теорминимум, стали его учениками и могли самостоятельно получать новые результаты в любимой им науке. С этой целью Ландау предпринял попытку привлечь новых молодых людей, в первую очередь из Ленинграда. Такого же взгляда придерживался и Лев Васильевич Шубников — лучший друг Ландау, который также хотел создать свою школу — школу физиков-экспериментаторов. И вот в Ленинград был послан специальный эмиссар, и дело увенчалось успехом.
Из Ленинграда прибыло пополнение — четыре молодых человека — И. Я. Померанчук, Н. Е. Алексеевский, А. К. Кикоин и С. С. Шалыт, которым предстояло выполнить дипломные работы в УФТИ. Первый из них пошел к Ландау, а остальные трое к Л. В. Шубникову.
Нас стало четверо. И. Я. Померанчук, быстро сдавший теорминимум, органически вошел в группу Ландау. (Ландау начал: называть его Чуком.) Ландау стал в подлинном смысле слова кумиром Чука на всю жизнь, и как-то впоследствии Чук говорил, что за Ландау он пошел бы на каторгу.
Дипломная работа Чука касалась свойств металлов при очень низких температурах. Первым делом для этой цели нужно было изучить теорию металлов, но без излишней мишуры и ненужных деталей. Для этого очень подходящей оказалась обзорная статья Р. Пайерлса в «Ergebnisse der exakten Naturwissenschaften», написанная по-немецки. Статью эту вместе с Чуком изучал и я. Ландау и нам вслед за ним нравилось в этой статье то, что в ней с самого начала электрон рассматривается не как свободная частица, а как некоторая квазичастица, обладающая определенными энергией и квазиимпульсом, причем зависимость энергии от квазиимпульса может быть произвольной. Впоследствии эту зависимость, которую стали называть произвольным законом дисперсии, вроде бы «переоткрыли» заново, хотя она была известна с 1928 г. после классической работы Ф. Блоха. Не дай бог, если бы при изучении свойств электронов проводимости в металле в материалах, представляемых Ландау, или, как мы их называли, формулярах, он увидел бы квадратичный, а не произвольный закон дисперсии — был бы колоссальный «разгон»! Используя общий закон дисперсии электронов в кристалле, Чук вывел формулу для температурной зависимости электропроводности металла, обусловленной взаимодействием электронов друг с другом. Этот важный результат вместе с исследованием термоЭДС металлов стал основой дипломной работы Померанчука, которую он успешно защитил в Ленинграде.
Примерно в то же время в число сотрудников теоротдела был принят иностранный гражданин Л. Тисса, который был участником международной теоретической конференции, созванной Ландау. Ландау произвел на него такое сильное впечатление, что он решил стать его учеником и выхлопотал себе разрешение быть зачисленным в УФТИ. После сдачи теорминимума Ландау поручил ему исследовать образование электронно-позитронных пар при β-распаде.
После защиты дипломной работы Чук возвратился в Харьков и был принят на работу в УФТИ. С этого времени мы стали близкими друзьями и начался длительный период нашей совместной с ним работы, продолжавшийся до смерти И. Я. Померанчука.
Первой работой, которую Ландау поручил нам, было исследование рассеяния света светом — эффекта, который возможен в электродинамике вакуума, основанной на теории Дирака. На этой работе следует остановиться особо, так как она входила в круг основных задач квантовой электродинамики того времени, основывающейся на релятивистской квантовой механике электрона Дирака.
Релятивистская квантовая механика Дирака была вершиной теорфизики того времени. Из релятивистского уравнения Дирака вместе с принятой в то время интерпретацией отрицательных уровней энергии электрона вытекал ряд замечательных выводов. Помимо образования и аннигиляции электронно-позитронных пар, к ним относились рассеяние фотона фотоном и когерентное рассеяние фотона электростатическим полем, например полем ядра (эффект Дельбрюка).
Об образовании пар при столкновении тяжелых частиц, а также при β-распаде речь шла уже выше (этими задачами занимались Е. М. Лифшиц и Л. Тисса). Новые же эффекты — рассеяние фотона фотоном и рассеяние фотона в поле ядра — Ландау поручил нам с Чуком. Эффекты представлялись столь интересными, что, как мы выяснили очень скоро, ими занимался не кто иной, как сам В. Гейзенберг.
В отличие от образования пар эти эффекты относились к высшим приближениям теории вомущений: они были эффектами 4-го порядка, в то время как образование пар представляет собой эффект 2-го порядка.
С высшими приближениями в те времена еще не работали. К тому же существовало убеждение, что высшие приближения всегда приводят к бессмысленным физическим результатам.
Гейзенберг был первым, кто не побоялся трудностей и вместе со своим учеником Эйлером нашел поправку к функции Лагранжа свободного электромагнитного поля, обусловленную дираковским «морем» электронов на отрицательных уровнях. Более того, он нашел правильное выражение для функции Лагранжа свободного электромагнитного поля, учитывающего это «море». Из этой функции Лагранжа вытекали нелинейные электродинамические эффекты в вакууме, такие, как рассеяние света светом. В этом отношении Гейзенберг «обскакал» Ландау, который хотн и понимал всю картину в целом, но не успел или не смог найти эту функцию Лагранжа.
К началу нашей деятельности функция Лагранжа уже была найдена, и работу Гейзенберга Ландау назвал героической. На Ландау был не из тех, кто быстро сдавался и опускал руки. Он сразу догадался, что Гейзенберг решил только часть задачи, хотя, может быть, и самую красивую ее часть.