Persönlichkeiten 006 - Leo Dawidowitsch Landau, Physiker

15. Juni 2017

Kurze Biographie

Lew Dawidowitsch Landau (Лев Давидович Ландау, 9. Januar 1908 - 1. April 1968) war einer der bedeutensten Physiker des 20. Jahrhunderts und Nobelpreisträger 1962 [1]. Lew Landau war der Sohn von Dawid Lwowitsch Landau, einem Ingenieur in Diensten der Ölindustrie in Baku am Kaspischen Meer, und Ljubow Weniaminowna Harkavy-Landau [2], einer Ärztin. Die Familie Landau ist eine jüdisch-aserische, aus der einige bedeutende Wissenschafter und Rabbiner hervorgingen.

Dass Lew Landau intellektuell sehr talentiert war, zeigte sich schon früh. 1921, im Alter von 13 Jahren beendete er die Schule und begann 1922 ein Studium an der Universität Baku [3], bei der physikalisch-mathematischen und chemischen Fakultät. Dort war er offenbar erfolgreich und wechselte 1924 an die Universität Leningrad, wo er bei Professor Abram Ioffe Assistent wurde. 1929 erhielt er ein gut dotiertes Forschungsstipendium, das ihm Aufenthalte bei einigen sehr namhaften Forschern in Mitteleuropa ermöglichte. Seine Forschungsreisen führten ihn nach Deutschland zu den Professoren Max Born nach Göttingen, Paul Ehrenfest in Leiden, Werner Heisenberg in Leipzig und in die Schweiz nach Zürich zu Wolfgang Pauli an die ETH. Bevor er 1931 nach Leningrad zurückkehrte besuchte er auch Niels Bohr in Kopenhagen und Ernest Rutherford in Cambridge. Man kann daraus leicht erkennen, dass für die Wissenschaft die Grenze und Reisebeschränkungen der Sowjetunion nicht so strikt waren, wie für Durchschnittsbürger.

Landaus Karriere als Wissenschafter dauerte aber nicht mehr allzu lange. Sie führte ihn von 1932-37 an die Universität Charkiw, welches heute im Nordosten der Ukraine liegt. 1935 wurde er dort zum Professor ernannt. 1937 schliesslich wurde er zum Leiter Theoretische Physik am Physikalischen Institut in Moskau. Mit der von Stalin Politik in der Sowjetunion waren Landau und einige seiner Kollegen nicht sonderlich glücklich, weshalb sie versuchten, am 1. Mai 1938 ein prosozialistisches, aber gegen Stalin gerichtetes Flugblatt zu verteilen [4]. Dies führte dazu, dass er zusammen mit Moisei Korez und Juri Rumer vom NKWD [5] verhaftet wurde.

Privat lebte Lew Landau lange Zeit mit der Chemikerin und Ingenieurin Konkordija Drobantsewa zusammen. 1937 heiratete das Paar, 1946 gebar Konkordija einen Sohn, den sie Igor nannten. In einem Artikel bei Scientific American schrieb Gennady Gorelik, dass Landau nicht sehr viel von Ehe hielt, mehr von freier Liebe, seine Frau diese Einstellung aber nicht mit grossem Enthusiasmus teilte.

Lew Landau 1938 im Lubyanka-Gefängnis des NKWD [7].

Nach seiner Entlassung widmete er sich vorwiegend der Lehre und Gründete am Physikalischen Institut in Moskau eine wissenschaftliche Schule, die viele namhafte Physiker hervorbrachte. Forschung im Bereich der theoretischen Physik betrieb er aber weiterhin, unter anderem werden ihm einige sich später als richtig erwiesene Vorberechnungen am sowjetischen Wasserstoffbombenprojekt zugeschrieben. Regimekritik äusserte er weiterhin, wusste sie dann etwas klüger als beim ersten Mal in einen Mantel aus Sarkasmus zu stecken.

Lew Landaus Leben erfuhr Anfang 1962 eine schicksalhafte Änderung. Er verunglückte bei einer Autofahrt schwer. Er stiess auf eisiger Strasse mit einem Lastwagen zusammen, brach sich dabei 11 Knochen und den Schädel. Darüber hinaus lag er drei Monate im Koma. Trotz grosser Fürsorge konnte er sich davon nicht mehr wirklich erholen, lebte aber noch sechs weitere Jahre, bis er 1968 verstarb.

Ihm zu Ehren entstand 1965 aus seiner Forschergruppe ein neues Institut, welches noch heute existiert und über einen hervorragenden Ruf verfügt: Das Landau-Institut für Theoretische Physik in Tschernogolowka bei Moskau [8].

Seine Forschungsbereiche

Dass Landaus Forschung in vielen Bereichen bahnbrechend war und er mit seinen Mitarbeitern wirkliche Fortschritte erzielen konnte, ist ohne Zweifel und auch daran zu erkennen, dass einige physikalischen Gesetze, Beziehungen und Effekte bis heute seinen Namen tragen. Diese möchte ich in einer Liste hier erwähnen. Wer sich ansieht, in wievielen Bereichen Landau und seine Kollegen Akzente setzen konnten, dürfte erkennen, dass es sich um ziemliche Genies gehandelt haben muss.

Name des Phänomens	kürzestmögliche Beschreibung
Landau-Dämpfung, Landau damping [9]	Dämpfung longitudinaler Druckwellen in Plasmen.
Landau-Verteilung, Landau distribution [10]	Stetige Wahrscheinlichkeitsverteilung, deren Momente der Verteilung, Erwartungswert und Varianz aufgrund ihrer langen Ausläufer nicht definiert sind.
Landau-Eichung, Landau gauge [11]	Nur Informationen zum Thema Eichfixierung oder andere Eichungen wie die nach Coulomb gefunden. Worin die Eichung nach Landau besteht, ist mir nicht bekannt.
Landau pole [12]	Der Landau-Pol oder Moskauer Nullpunkt ist ist die Momenten- oder Energieskala, an dem die Kopplungskonstante (Intensität der Wechselwirkung) einer Quantenfeldtheorie unendlich gross wird. Es geht darum, dass Kopplungen von der Momenten- oder Längenskala abhängig sind.
Landau-Diamagnetismus, Landau susceptibility [13]	Phänomen im Bereich des Magnetismus.
Landau-Potenzial, Landau potential [14]	Das Landau-Potential, auch Grosskanonisches oder Grand Potential genannt, ist ein in der Statistischen Mechanik verwendetes thermodynamisches Potential. Es ist offener definiert als andere statistische Ensembles, weswegen es vorwiegend für irreversible Prozesse offener Systeme verwendet wird. Es ist das angepasste thermodynamische Potential für das μVT-Ensemble.
Landau-Niveau, Landau quantization [15]	Quantelung der Energie geladener Teilchen, die sich in homogenen Magnetfeldern bewegen.
Landau theory [16]	Eine Theorie für die Beschreibung von Phasenübergängen. Sie beruht auf einer polynomiellen Entwicklung der freien Energie als Funktion des sogenannten Ordnungsparameters in der Nähe des Phasenübergangs.
Landau–Hopf theory of turbulence [17]	Diese Theorie war bis in die 1970er Jahre die akzeptierte Theorie, mit der man beschreiben konnte, wann ein Fluid nicht mehr laminar, sondern turbulent fliesst.
Ginsburg-Landau-Theorie, Ginzburg–Landau theory [18]	Diese Theorie wird auch GLAG-Theorie genannt. Es geht um eine Beschreibung des Phänomens der Supraleitung. Ginsburg erhielt dafür 2003 den Nobelpreis.
Aeroakustische Gleichung nach Landau-Lifshitz, Landau–Lifshitz aeroacoustic equation [19]	Approximation eines Phänomens in der Aeroakustik, wurde von Lighthill exakt beschrieben.
Landau-Raychaudhuri equation [20]	Gleichung zur Beschreibung benachbarter Teilchen, ein Ergebnis der allgemeinen Relativitätstheorie
Landau-Zener Formel, Landau–Zener formula [21]	Diese Formel stellt eine analytische Lösung der Bewegungsgleichungen für die Übergangsdynamik eines 2-Niveau-Quantenmechanischen Systems dar. Es hat einen zeitabhängigen Hamilton-Operator, der die Energiedifferenz der beiden Zustände als eine lineare, zeitabhängige Funktion darstellt.
Landau-LIfschitz-Modell, Landau–Lifshitz model [22]	Ein Modell zur Beschreibung eines anisotropen Magneten.
Landau-Lifshitz pseudotensor [23]	Die Verwendung dieses Pseudotensors, der matter+gravitational stress–energy–momentum kombiniert, erlaubt es, die Energie-Impuls-Erhaltung in die allgemeine Relativität zu führen (zu kompliziert für mich, Anm.)
Landau-Lifschitz-Gilbert-Gleichung, Landau–Lifshitz–Gilbert equation [24]	Wird in der Elektrodynamik verwendet, um das Verhalten der magnetischen Momente eines ferromagnetischen Materials in einem effektiven magnetischen Feld. Es handelt sich um eine gewöhnliche Differentialgleichung, aus der allerdings durch Berücksichtigung der nichtlokalen Natur des Effektivfeldes bezüglich der Wechselwirkung der Magnetisierungsdipole eine komplizierte Integro-Differentialgleichung entsteht.
Landau-Pomeranchuk-Migdal Effekt, Landau–Pomeranchuk–Migdal effect [25]	Auch LPM- oder nur Pomeranchuk-Effekt genannt, ist dieser Effekt eine Reduktion der Bremsstrahlung und Paar-Produkions-Querschnitte (?) bei hohen Energie- oder Materialdichten, der in der Hochenergiephysik beobachtet werden kann.
Landau-Yang Theorem, Landau–Yang theorem [26]	Dieses Theorem ist eine Auswahlregel in der Quantenmechanik für Teilchen, die in zwei Photonen zerfallen. Die Auswahlregel besagt, dass ein festes oder schweres Teilchen mit dem Spin 1 nicht in zwei Photonen zerfallen kann.
Suprafluidität, Superfluidity [27]	Die Suprafluidität ist ein Zustand eines Fluidums in welchem die Viskosität gleich Null ist, es fliesst also ohne dabei an kinetischer Energie zu verlieren. Das Zwei-Fluid-Modell geht auf Lew Landau und László Tisza zurück.
Supraleitung, Superconductivity [28]	Supraleitung findet dann statt, wenn der elektrische Widerstand eines Materials nach dem Unterschreiten der Sprungtemperatur abrupt auf Null fällt. Landau trug zusammen mit Witali Ginsburg entscheidend zur phänomenologischen Erstbeschreibung 1950 bei.
Landau-Squire jet [29]	Eine Art das Verhalten eines Strahls eines Fluidums zu beschreiben, der in ein anderes Medium eingebracht wird.
Course of Theoretical Physics [30]	Ein zehnbändiges Werk, das eine umfassende Einführung in die theoretische Physik darstellt. Im nächsten Abschnitt wird es näher vorgestellt.

Sein didaktisches Hauptwerk

Landaus Hauptwerk war das im wesentlichen in Zusammenarbeit mit Jewgeni Mikhailowitsch Lifschitz [31] verfasste 10 Bände umfassende Lehrbuch der theoretischen Physik. Dieses wurde auch ins Deutsche und Englische übersetzt. Die englische Version, respektive 8 der 10 Bände, ist zudem seit einiger Zeit auch in guter Qualität gescannt zu bekommen, unter Archive.org. Da die Publikation noch keine 70 Jahre her ist und auch der Autor erst seit 49 Jahren tot, weiss ich nicht, ob jemand für das Werk Urheberrechte geltend macht. Ich gebe hier die Links an, wo man 8/10 Publikationen finden kann, übernehme aber keinerlei Verantwortung für eventuell dadurch entstandene Urheberrechtsverletzungen. Da die meisten dieser Dateien bereits mehr als 10'000-fach von archive.org heruntergeladen wurden, scheint sich niemand gross darum zu kümmern.

In der Tabelle gebe ich die Namen der deutschen englischen Titel an. Bei den englischen Ausgaben gebe ich die an, die man bei archive.org finden kann. Auf deutsch ist das Werk bei Harri Deutsch erschienen, auf englisch bei Pergamon Press, respektive Butterworth-Heinemann. Unter [32] ist das Werk auch als russische Version zu finden.

Band	Titel
Bd.1	Mechanik
Vol.1	Mechanics, 2nd ed. 1969, Pergamon Press. https://archive.org/details/ElectrodynamicsOfContinuousMedia
Bd.2	Klassische Feldtheorie
Vol.2	The Classical Theory of Fields, 3rd ed. 1971, Pergamon Press. https://archive.org/details/TheClassicalTheoryOfFields
Bd.3	Quantenmechanik
Vol.3	Quantum Mechanics, 2nd ed. 1965, Pergamon Press. https://archive.org/details/QuantumMechanics_104
Bd.4	Quantenelektrodynamik (mit Lew P. Pitajewski, Wladimir B. Berestezki, früher auch als Relativistische Quantentheorie in zwei Teilen)
Vol.4	Relativistic Quantum Theory, 1971, Pergamon Press. https://archive.org/details/RelativisticQuantumTheoryPart1
Vol.4	Quantum Electrodynamics, 2nd ed. 1982, Butterworth-Heinemann.
Bd.5	Statistische Physik, Teil 1 (bis in die 1970er Jahre nur in einem Band)
Vol.5	Statistical Physics, 2nd ed. 1969, Pergamon Press. https://archive.org/details/ost-physics-landaulifshitz-statisticalphysics
Bd.6	Hydrodynamik
Vol.6	Fluid Mechanics, 1966, Pergamon Press. https://archive.org/details/FluidMechanics
Bd.7	Elastizitätstheorie
Vol.7	Theory of Elasticity, 2nd ed. 1970, Pergamon Press. https://archive.org/details/TheoryOfElasticity
Bd.8	Elektrodynamik der Kontinua
Vol.8	Electrodynamics of Continuous Media, 1960, Pergamon Press. https://archive.org/details/ElectrodynamicsOfContinuousMedia
Bd.9	Statistische Physik, Teil 2, Theorie des kondensierten Zustands, mit L. Pitajewski
Vol.9	Statistical Physics, Part 2: Theory of the Condensed State, 1980, Butterworth-Heinemann. Nicht bei archive.org zu finden, dafür bei Scribd https://de.scribd.com/doc/84182936/Vol-9-Landau-Lifshitz-Statistical-Physics-Part-2
Bd.10	Physikalische Kinetik, mit L. Pitajewski (behandelt werden Nichtgleichgewichtsprozesse)
Vol.10	Physical Kinetics, 1981, Pergamon Press. Nicht bei archive.org zu finden, dafür bei Scribd https://de.scribd.com/doc/84183070/Vol10-Landau-Lifshitz-Physical-Kinetics-1ed-Pergamon-s

Zwei ausgewählte Nebenwerke

Physik für alle, englisch Physics for Everyone ist ein vierbändiges Werk, welches Lew Landau mit Alexander Isaakowitsch Kitaigorodski (1914-1985) veröffentlichte. In englischer Sprache sind alle vier als gescannte Versionen zu bekommen. General Physics ist ein allgemeines Physikbuch, welches 1967 bei Pergamon Press erschienen ist und auch bei archive.org zu bekommen ist. Es wurde von Lew Landau zusammen mit Jewgeni Lifschitz und Alexander Iljitsch Achijeser [33] verfasst.

Band	Titel
Vol.1	Physical Bodies, 1978, Mir Publishers Moscow. https://archive.org/details/PhysicsForEveryone-Book1-PhysicalBodies
Vol.2	Molecules, 1978, Mir Publishers Moscow. https://archive.org/details/PhysicsForEveryone-Book2-Molecules
Vol.3	Electrons, 1981, Mir Publishers Moscow. https://archive.org/details/PhysicsForEveryone-Book3-Electrons
Vol.4	Photons and Nuclei, 1981, Mir Publishers Moscow. https://archive.org/details/PhysicsForEveryone-Book4-PhotonsAndNuclei
-	General Physics, 1967, Pergamon Press. https://archive.org/details/GeneralPhysics