В Кембридже Ландау познакомился со своим соотечественником Петром Леонидовичем Капицей. С 1921 года Капица работал в знаменитой Кавендишской лаборатории у патриарха современной физики Эрнеста Резерфорда и лишь на время летнего отпуска приезжал на родину.
Отцу советской физики, неутомимому «папе Иоффе» в своё время пришла в голову счастливая мысль взять с собой в заграничную командировку своего ученика, выпускника Политехнического института Петра Капицу. Случилось так, что Резерфорд оставил Капицу поработать в своей лаборатории. Вскоре Капица стал любимым учеником Резерфорда. Пётр Леонидович постоянно жил и работал в Кембридже и удостоился высшего признания — стал членом Британского Королевского общества. Однако Пётр Леонидович не «обангличанился»: он остался советским подданным, и для обоих его сыновей, родившихся в Англии, родным языком был русский.
В Кембридже Ландау прожил четыре месяца. Как и в Копенгагене, он снял здесь небольшую комнатку с пансионом. Хозяйка была молода, миловидна и приветлива. Вскоре Дау заметил, что она краснеет, встречаясь с ним взглядом. Дау влюбился в англичанку, но так и не набрался смелости признаться ей в своих чувствах.
Из Англии Ландау едет в Цюрих, к Паули. Его интересует гипотеза Паули о существовании чрезвычайно слабо взаимодействующей с веществом элементарной частицы нейтрино. Большинству учёных гипотеза эта казалась искусственной и неправдоподобной. Дау сразу поверил в возможность существования частицы со столь странными свойствами. В Цюрихе он не пропускает ни одной лекции Паули. Однажды после лекции известный австрийский философ, профессор N затеял с Паули спор о принципе относительности. Паули разбил доводы философа, но тот не сдавался, придумывал новые вопросы и так запутал аудиторию, что многие перестали понимать, о чём идёт речь.
– Не будете ли вы любезны объяснить мне, в чём разница между выступлением профессора Паули и профессора N? — спросил у Ландау молодой репортёр местной газеты.
– В том, — ответил Ландау, — что профессор Паули понимает, о чём говорит, а профессор N — нет.
Друзья-иностранцы не догадывались, как много Дау работает. И на родине он не любил распространяться о том, что трудится с утра до ночи, а новым знакомым и подавно этого не рассказывал. Участникам семинаров он стал известен способностью моментально замечать ошибки и неточности в чужих работах. Когда о нём заходила речь, кто-нибудь непременно произносил:
– Ландау? Потрясающий критический ум!
Многие считали, что со временем он станет своеобразным научным критиком, и не более. Но они ошибались.
В 1927 году Вольфганг Паули пришёл к выводу: изменение поступательного движения электронов в магнитном поле не может привести к дополнительному магнетизму. Ландау усмотрел ошибку в доказательстве этого положения, хотя оно стало общепризнанным и ни у кого из учёных не вызывало сомнений. В № 64 «Zeitschrift fur Physik» за 1930 год появилась статья Л. Ландау «Диамагнетизм металлов».
С точки зрения современной науки о магнетизме все тела подразделяются на ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики. Ферромагнетики обладают магнетизмом в отсутствие внешнего поля. Парамагнетики и диамагнетики не обладают собственным магнетизмом, однако, намагничиваются под влиянием внешнего поля. При этом парамагнетики намагничиваются вдоль внешнего поля, так что магнитное поле внутри парамагнетика больше, чем приложенное извне. Что касается диамагнетиков, то они намагничиваются против внешнего поля и как бы частично выталкивают из своей толщи внешнее магнитное поле.
Ландау показал, что движение электрона в присутствии магнитного поля нельзя рассматривать с помощью методов классической механики. В действительности электрон в магнитном поле обладает дискретными (прерывными) энергетическими уровнями, которые описываются особой формулой. Расстояние между этими уровнями пропорционально полю. В результате такой дискретности уровней оказывается, что электронный газ обладает диамагнетизмом, связанным с изменением поступательного движения электронов. При больших значениях поля магнитная восприимчивость периодически меняется с изменением поля.
«Диамагнетизм Ландау» вызвал в учёном мире сенсацию.
– Надо смотреть правде в лицо: все мы питаемся крошками со стола Ландау, — сказал Рудольф Пайерлс, прочитав статью друга.
Гейзенберг, Бор, Борн, Дирак, Паули оценили блестящие способности Ландау. Любой университет счёл бы честью пригласить к себе работать молодого учёного, одного из лучших советских физиков. И Ландау не раз получал такие предложения. Но едва лишь начинался разговор, он перебивал собеседника:
– Нет! Я вернусь в свою рабочую страну, и мы создадим лучшую в мире науку.
– А роскошь, который вы там никогда не увидите?
– К ней я равнодушен.
Он страшно удивился, когда узнал, что один из его знакомых решил не возвращаться после командировки на родину.
– Продался за доллары, — сказал Дау. — Лодырь. Работать никогда не любил. Что о нём говорить — самоликвидировался. Перестал работать и впал в ничтожество.
Из своей первой научной командировки за границу Ландау вернулся в 1931 году. «Если Дау вернулся в Россию, то это произошло потому, что там было его сердце. Это произошло потому, что сам он, в глубине души, был революционером», — писала позднее зарубежная пресса.
Без вдохновения нет воли, без воли нет борьбы, а без борьбы — ничтожество и произвол.
Николай Пирогов
В конце двадцатых годов директор ЛФТИ академик Абрам Федорович Иоффе занялся проблемой тонкослойной изоляции. Изобретение тонкослойной изоляции сулило промышленности молодого Советского государства миллионы рублей экономии. В популярной брошюре издания 1930 года Иоффе подробно рассказывает о причинах пробоя изоляторов. Только при очень низких температурах в изоляторе замирает хаотическое движение ионов (заряженных атомов), называемое тепловым движением. Если же к изолятору, положим к кристаллу, приложить напряжение, ионы начнут двигаться: в кристалле возникнет ионная лавина — ток. Каждый движущийся ион, сталкиваясь с атомом, закреплённым в кристалле, выбивает его, заставляет двигаться. На месте одной заряженной частицы оказываются две, при следующем столкновении — четыре, потом — восемь и так далее. «Однако и здесь удалось найти остроумный выход из положения, — пишет Иоффе. — Представим себе листок изолятора, толщина которого так мала, что ион при движении от одного электрода до другого испытывает всего пять столкновений… Словом, для тонкого листка изолятора ионная лавина не сможет достигнуть сколько-нибудь опасной величины. Чем меньше толщина изолятора, тем ближе его электрическая прочность к пределу прочности, вычисленному как электрическая сила, нужная для разрыва кристалла. Для очень тонких слоев изолятора, например для листочков слюды толщиной в несколько десятитысячных миллиметра, наблюденная электрическая прочность соответствует вычисленной». Поскольку в ту пору в Советском Союзе не было оборудования, необходимого для подобных экспериментов, опыты по тонкослойной изоляции проводились в Германии, в лаборатории Сименса.
