Lew Landau

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

Leben und Werk

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 Moisei Korez und Juri 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 Lawrenti 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 Kapiza 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.

Lew Landau (rechts) mit Niels Bohr auf einer Veranstaltung der Moskauer Lomonossow-Universität, 1961

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, welche die elektromagnetischen Eigenschaften dieser Leiter bei niedrigsten Temperaturen zusammenfasste (Ginsburg-Landau-Theorie). Gegen Ende der 1950er Jahre 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 der Quantenelektrodynamik, 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 Pitajewski, Alexei Abrikosow, Isaak Chalatnikow, Lew Gorkow, Isaak Pomerantschuk, Boris Joffe, Laszlo Tisza, Benjamin G. Levich, Alexander Kompanejez, Jewgeni Lifschitz, Roald Sagdejew, Igor Dsjaloschinski, Alexander Pataschinski, Alexander Achijeser, Jakow Abramowitsch Smorodinski 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 Physik in Tschernogolowka bei Moskau. Zu dessen ersten Mitgliedern gehört der spätere Nobelpreisträger Alexei Alexejewitsch Abrikossow, der dort bis 1988 forschte.

Preise, Mitgliedschaften und Ehrungen

Briefmarke (Russland 2008)

Landau war Mitglied vieler wissenschaftlicher Gremien und Gesellschaften und wurde hoch ausgezeichnet: 1962 erhielt er für seine richtungsweisenden Arbeiten zur Theorie der kondensierten Materie (insbesondere zum flüssigen Helium) den Nobelpreis für Physik. 1949 und 1953 erhielt er den Stalinpreis und 1954 wurde er als Held der Sozialistischen Arbeit ausgezeichnet. 1960 erhielt er den Fritz-London-Preis und die Max-Planck-Medaille. 1962 erhielt er den Leninpreis mit Lifschitz für seine Lehrbuchreihe.

Landau war Mitglied zahlreicher wissenschaftlicher Akademien: Seit 1946 war er Mitglied der Sowjetischen Akademie der Wissenschaften. Außerdem war er Mitglied der Königlich Dänischen (1951) und der Niederländischen Akademie der Wissenschaften (1956), der Royal Society (1960), der American Academy of Arts and Sciences und der National Academy of Sciences (1960). Ab 1959 war er Ehrenmitglied des britischen Institute of Physics. 1964 wurde er zum Mitglied der Leopoldina gewählt.

Ein Mondkrater und ein Kleinplanet sind nach ihm benannt.

Die Russische Post gab 2008 anlässlich seines 100. Geburtstages eine Sondermarke heraus.

Schriften

• mit Lifschitz: Lehrbuch der theoretischen Physik, deutsch bei Verlag Harri Deutsch, Frankfurt am Main:
  • 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
• mit Jakow Abramowitsch Smorodinski Lectures on Nuclear Theory, New York 1958, Dover 1993