Более глубокое последствие для низкотемпературной физики, однако, имели исследования, начатые им в Харькове и продолженные по переезде в Москву в связи с организацией Института физических проблем П. Л. Капицы. Интерес Ландау к проблеме диамагнетизма оказался переходным между проблемой квантовой механики и теорией металлов. Помимо объяснения эффекта де Гааза—ван Альфена, применение термодинамики к электронным системам при низких температурах привело Ландау к следующим результатам:
1) Введено понятие антиферромагнитного упорядочения как новой термодинамической фазы.
2) Развита термодинамическая теория магнитных доменов (вместе с Е. Лифшицем), явившаяся основанием теории магнитной восприимчивости и ферромагнитного резонанса.
3) Изучены фазовые переходы и установлена глубокая связь между переходами второго рода и изменением симметрии системы. Развита подробная термодинамическая теория поведения систем вблизи точки перехода.
4) Изучено промежуточное состояние сверхпроводников и предложена теория ламинарной структуры сверхпроводников.
Также в течение своего харьковского периода Ландау начал работу над серией теперь широко известных монографий по теоретической физике.
Совершенно естественно, что при переезде в Москву, где он был назначен заведующим теоретическим отделом Института физических проблем, внимание Ландау обратилось к проблеме сверхтекучести, которая в то время экспериментально изучалась Капицей. Этот период его жизни знаменуется всесторонним штурмом низкотемпературной физики, и под его натиском крупная проблема природы гелия II (фазы жидкого гелия-4) вскоре отступила. Эта работа была близка интересам Фритца Лондона, решившего ее применением совершенно другого подхода. Ключом к разгадке этой проблемы гелия (работа опубликована в 1941 г.) была в полученном Ландау полуэмпирическим путем спектре энергетических бозе-возбуждений в этой жидкости. Форма теперь уже хорошо известной кривой зависимости энергии от импульса для таких квазичастиц имела минимум на энергетической высоте, равной 8—10 К. Такой спектр допускал существование квазичастиц в равновесии на этом уровне, и их по предложению И. Тамма Ландау назвал ротонами. Энергетическая щель А, присущая ротонам, допускает существование сверхтекучести.
Объяснив явление сверхтекучести, Ландау смог независимо предсказать существование специфической моды распространения волн в жидком гелии II —второго звука (независимо, потому что несколько ранее Тисса предсказал второй звук на основе метода Фритца Лондона).
Заслуживают особого внимания два аспекта того, как Ландау решил проблему второго звука. Они также имеют отношение к сделанному им позднее предсказанию «нулевого звука» в жидком гелии-3:
1) Рассмотрение Ландау не касалось проблем экспериментального возбуждения и обнаружения второго звука. Ранее, до войны, предпринятые Шальниковым и Соколовым попытки оказались неудачными, так как обнаружение второго звука велось стандартными акустическими методами. В действительности на эту проблему пролила свет публикация Е. Лифшица, который отметил существенную тепловую природу второго звука. На основе этого предсказания Пешкову удалось экспериментально наблюдать второй звук в 1944 г.
2) В этой же работе 1941 г. Ландау правильно предсказал величину скорости второго звука вблизи абсолютного нуля: С1/√3, где С1 — скорость обычного звука. Он получил этот результат путем акробатически трудных математических вычислений, и можно только удивляться, сколько веры нужно было иметь, чтобы прийти к такому заключению. Вера Ландау в правильность полученного им результата красноречиво выражена в «Письме к Редактору» (Phys. Rev. 1949) в защиту своей теории: «…у меня нет никаких сомнений, что при температуре 1.0—1.1 К скорость второго звука будет иметь минимум и будет увеличиваться при дальнейшем уменьшении температуры. Это вытекает из вычислений термодинамических величин в гелии II, сделанных мною».
Кто мог бы быть так уверен? В этом явно проявилась необыкновенная физическая интуиция Ландау. Несмотря на запутаннейшие математические вычисления, он смог распознать ситуацию вблизи абсолютного нуля не как экстраполяцию, а как тонкую картину, подтверждающую его результаты. Трудности термодинамического характера исчезают при Т→0 К. В присутствии только фононов — квантов первого звука — средняя компонента скорости вдоль любого направления распространения может составить самое большее С1/√3. Это было козырем, оставленным Ландау про запас. Позднее мы еще вернемся к этим двум аспектам в связи с теорией «нулевого звука» в жидком гелии-3 и к тому, как они касаются этой проблемы.
Невозможно рассмотреть все стороны достижений, сделанных Ландау. Характерным с точки зрения разносторонности его интересов является цикл из четырех его работ, опубликованных в 1945 г. по проблеме ударных волн на большом расстоянии от места их зарождения и по другим связанным с этим вопросам. (Эта работа проводилась по заказу Инженерного комитета Красной Армии.)
В 1946 г. появились работы по колебаниям в плазме, которые, как утверждается, широкое признание получили в более позднее время в связи с изучением свойств плазмы. В последнее время большая работа в этой области проделана группой физиков в Харькове под руководством А. И. Ахиезера.
В конце сороковых годов Ландау проявил себя в самых различных сферах. Работа, проводимая им в области физики низких температур, в основном состояла в дальнейшем приложении полученного им спектра возбуждений жидкого гелия к изучению различных кинетических явлений, в том числе вязкости, теплопроводимости и затухания волн второго звука (вместе с И. М. Халатниковым. Позже его усилия вылились в цикл работ (вместе с А. А. Абрикосовым и И. М. Халатниковым) по квантовой электродинамике.
В то время когда Ли и Янгом было сделано утверждение о несохранности четности в слабых взаимодействиях, но до экспериментального подтверждения этого факта Ландау выдвинул гипотезу о сохранении «комбинированной четности». Он обратил внимание на то, что несохранение четности не обязательно влечет за собой нарушение свойств симметрии пространства, если предположить, что зарядовое сопряжение также не сохраняется, а сохраняется произведение этих величин, названное им «комбинированной четностью». Это налагает определенные ограничения на общую гипотезу о сохранении четности. Как Ли и Янг, он также предсказал поляризацию нейтрино, но Ли и Янг, однако, не связали ее с принципом комбинированной четности. Он также изучил вопрос о поляризации β-частиц.
Теория «нулевого звука» в жидком гелии-3 вылилась, возможно, в одно из самых крупных достижений Ландау в области низкотемпературной физики. Здесь соединились его достижения в области диагмагнетизма и свойств квантовых жидкостей. По существу, это было изучением колебаний поверхности Ферми, а Ландау был опытным штурманом в волнах моря Ферми.
Как и в успешном подходе к проблеме гелия-4, Ландау рассматривал не движение отдельных частиц, а коллективные движения, т. е. элементарные возбуждения, или квазичастицы. Как в предсказании второго звука, точный характер «нулевого звука» не обсуждался с точки зрения экспериментальных методов его возбуждения или обнаружения; по крайней мере такова моя точка зрения как экспериментатора. Вездесущий √3 вновь появляется, как и ранее. Я уверен, что он имеет больший физический смысл, чем просто некоторая предельная форма какой-то сложной формулы. Но здесь скорость «нулевого звука» равна скорости С1, помноженной на √3, а не С1, деленной на √3. Очевидно, это и объясняет, почему Ландау назвал эту моду «нулевым звуком», а, к примеру, не «третьим звуком».
Научные достижения Льва Давидовича получили признание на его Родине. В 1946 г. он был избран действительным членом Академии наук СССР. Трижды он был лауреатом Государственной премии (в 1941 г.— за теорию жидкого гелия и за работу по фазовым переходам). За пределами своей страны Ландау был избран членом Датской и Голландской академий, недавно он стал иностранным членом Королевского общества в Лондоне и Национальной академии США. Он опубликовал более ста научных статей в более чем десяти научных журналах, он является автором и соавтором в общей сложности десяти книг. Я хотел бы заключить свое выступление двумя отрывками из статьи, опубликованной в ЖЭТФ по поводу его пятидесятилетия, которые кажутся мне особенно уместными:
«Знаменательно то, что на руководимом Львом Давидовичем еженедельном семинаре в Институте физических проблем, посещаемом многочисленными физиками-теоретиками Москвы и других городов, наряду с докладами о теоретических исследованиях реферируются также и результаты экспериментальных работ по самым разнообразным вопросам физики. Участники семинара не перестают удивляться, когда Лев Давидович с равным энтузиазмом и знанием дела обсуждает, например, свойства энергетического спектра электронов в кремнии непосредственно вслед за свойствами так называемых странных частиц…
Еще убедительнее широту охвата Львом Давидовичем современной физики показывает созданный им совместно с Е. М. Лифшицем курс „Теоретическая физика“. Эти книги, вместе взятые, по существу представляют собой фундаментальный трактат по теоретической физике. По оригинальности изложения, широте охвата материала они беспрецедентны во всей мировой физической литературе, чем и завоевали себе широкую популярность не только у нас, но и за рубежом.
Вклад, которым теоретическая физика обязана Льву Давидовичу, не исчерпывается его собственными научными трудами. Мы уже говорили о Другой стороне его деятельности — создании обширной школы советских теоретиков.
Неугасимый энтузиазм в науке, его острый критицизм, талант и ясность мысли привлекают ко Льву Давидовичу многочисленную молодежь.
Число обращающихся к Дау (как привыкли называть его ученики и товарищи) за советом и критикой, как молодежи, так и зрелых ученых, очень велико. Критика Льва Давидовича горяча и беспощадна, но за этой внешней резкостью всегда скрывается высокая научная принципиальность, большое человеческое сердце и человеческая доброта. Столь же искренне его желание содействовать своим советам чужому успеху и столь же горячо его