LANDAU, Lev Davidoviç (1908-1968)
SSCB’li kuramsal fizikçi. Yoğun maddelerin ve özellikle sıvı helyumun üstünakışkanlığını açıklayan kuramsal çalışmalarıyla 1962 Nobel Fizik Ödülü’nü almıştır.
22 Ocak 1908’de Azerbaycan’daki Bakû’de doğdu, 1 (ya da 3) Nisan 1968’de Moskova’da öldü. Babası petrol mühendisi, annesi hekim olan Landau, zekâsını ve matematik yeteneğini çok küçük yaşta kanıtladı. 13 yaşında lise öğrenimini bitirip ailesinin isteği üzerine Bakû’deki bir yüksek teknik okula girdiyse de, ertesi yıl bu okuldan ayrılarak Bakû Üniversitesi’nin (Komünizm dönemi Kirov Azerbaycan Üniversitesi) Matematik-Fizik ve Kimya fakültelerine yazıldı. Gerçi bir süre sonra kimya öğrenimini yarım bıraktı ama, kimyayla ilgisini hiçbir zaman koparmadı. Bakû’deki öğreniminiliki yılda tamamlayıp,1924’te öneri üzerine Leningrad Üniversitesi’ne giren ve 1927’de Leningrad Fizik-Teknik Röntgen Enstitüsü’nde asistan olarak çalışmaya başlayan Landau, 1929’da bir yıl içinde Göttingen, Leipzig, Kopenhag, Zürich, Londra, Leiden gibi çeşitli kentleri dolaşarak çağın Born, Bohr, Sommerfeld gibi olgun, Heisenberg, Dirac, Pauli, Rosenfeld gibi genç ünlüleriyle tanıştı. 1931 ’de Leningrad’a döndü, ertesi yıl da Ukrayna Bilimler Akademisi’nin Fizik-Teknik Enstitüsü’ndeki Kuramsal Fizik Bölümü’nün ve Harkov Makine Mühendisliği Enstitüsü’ndeki Kuramsal Fizik Kürsüsü’nün başına getirildi. 1934’te fizik ve matematik bilimler doktoru unvanım alıp, ertesi yıl, henüz 27 yaşındayken Harkov Üniversitesi Genel Fizik Kürsüsü’nün profesörlüğüne ve başkanlığına atandı. 1937’de SSCB Bilimler Akademisi’nde, Kapitsa’nm başkanlığını yaptığı Fiziksel Problemler Enstitüsü’ nün Kuramsal Fizik Bölümü’nün başına getirilince Moskova’ya yerleşti ve 1962’ye değin bu görevde kaldı. O yılın 7 Ocak günü geçirdiği otomobil kazasında çok ağır yaralanan Landau, uluslararası tıbbın da katkısıyla birkaç kez ölümden döndü ve ancak Nisan ayında bitkisel yaşamdan çıkabildi. Her ne kadar zihinsel yetileri ve belleği büyük ölçüde geri geldiyse de, sık sık vücudunu saran şiddetli ağrılar son yıllarında ciddi bilimsel çalışmalar yapmasını engelledi.
Batı Avrupa ülkelerini dolaştığı yıllarda çeşitli üniversitelerden gelen önerileri ve araştırma olanaklarını geri çevirerek, yeni fizikçilerin yetişmesine katkıda bulunabilmek amacıyla ülkesine dönen Landau, Stalin döneminde çalışma arkadaşlarından ve öğrencilerinden birçoğunu yitirdiği gibi, kendisi de 1938’de “Almanlar adına casusluk yaptığı” gerekçesiyle tutuklanarak hapsedildi. Bir yıl kadar sonra, umudunu ve fiziksel gücünü yitirmek üzereyken, “ya onu bırakırsınız, ya da ben fiziği bırakırım” diyerek Kremlin’e baskı yapabilen Kapitsa’nın bilimsel saygınlığı sayesinde serbest bırakıldı.
Çalışmaları gerek kendi ülkesinden, gerek yabancı ülkelerden çeşitli bilim kuruluşlarının madalya ve ödülleriyle değerlendirilen, üç kez Devlet Ödülü’ nü, bir kez Lenin Ödülü’nü alan, 1946’da, muhabir üyelik aşamasına gerek görülmeksizin SSCB Bilimler Akademisi’ne doğrudan üye seçilen Landau, özellikle sıvı helyumun özelliklerine açıklık getiren çalışmaları nedeniyle kendisine verilen 1962 Nobel Fizik Ödülü’ nü, sağlığı elvermediği için Stockholm’e gidemediğinden Moskova’da, İsveç büyükelçisinin elinden almıştı.
Helyumun Üstün akışkanlığı
1927’de Kapitsa, 4,2 K (Kelvin) sıcaklıkta sıvalaşan normal helyumun, yaklaşık 2,2 K’nin altında olağandışı, hatta “çelişkili” davranışlar göstermeye başladığını farketmişti. Sıvı helyuma, bu “geçiş” sıcaklığının üstündeyken Helyum I, altındayken Helyum II denilir. Adi sıvıların özelliklerini taşıyan He I’e karşılık olağandışı davranışlar gösteren He H’nin en ilginç özelliklerinden biri, He I’in kesinlikle geçemediği dar aralıklardan geçebilmesi ve bu geçiş sırasında hiç ağdalık (viskozite) göstermemesidir. Oysa He H’ye daldırılmış aralıklı iki levhadan birine verilen hareketin öbür levhada da bir harekete yol açması, He Il’nin sonlu bir ağdalığı olmasını gerektirir. He II doldurulmuş iki kap, ağzında hafif ve oynak bir kapak bulunan ince bir boruyla birleştirilip kaplardan biri hafifçe ısıtıldığında da He IFnin ilginç özelliklerinden biri ortaya çıkar: Aradaki kapağın hareketi, ısıtılan kaptan öbürüne doğru bir akış olduğunu gösterirse de, kaplardaki sıvı miktarı hiç değişmez. Landau, bu ve buna benzer “çelişkili” davranışları “iki sıvı modeli” diye adlandırılan bir yapıyla olgusal olarak açıklayabildiği gibi, kuvantum mekaniğinin ilkelerine dayanan matematiksel kuramını da oluşturmuştur. İki sıvı modeline göre, He Il’nin, biri He I ile aynı nitelikte olan, öbürü ise “üstünakışkan” özelliği taşıyan iki bileşeni vardır. Bu üstün bileşen lamda noktasının (geçiş sıcaklığının) hemen altında oluşmaya başlar ve mutlak sıfır noktasında sıvının tümünü kaplar. Üstünakışkan sıvının ağdalığı yoktur ve akışı dönme hareketini izlemez. 18. yy’da Euler’in temellerini attığı hidrodinamiğin ilkelerine göre, bu tür sıvılar akışları sırasında karşılaştıkları engeller üzerine hiçbir kuvvet uygulayamaz. Verilen ilk örnekte, dar aralıklardan kolayca geçip akan sıvı yalnızca bu “üstünakışkan”dır. Levhalar arasında hareketi taşıyan ise, He II’nin, belli bir ağdalığı olan adi sıvı bileşeni, yani He I’dir. İkinci örnekte, ısıtılan kaptaki adi bileşen kapağı iterek soğuk kaba geçerken, soğuk kaptaki sıvının üstün bileşeni, gerek ısıtılan kaptan gelen adi sıvıya, gerek kapağa hiçbir etki yapmaksızın, dolayısıyla onlardan etkilenmeksizin ters yönde akarak kaplardaki sıvı miktarının değişmeden kalmasına neden olur.
Ustün akışkanlığın kuvantum açıklaması
Olgusal olarak He II’nin tüm ilginç özelliklerini açıklayabilen iki sıvı modeli, aslında, Landau’nun geliştirdiği ayrıntılı kuvantum kuramına dayanır. Kuvantum mekaniği, elle tutulup gözle görülmeyen “mikrokosmos”u, başka bir deyişle ancak atom düzeyinde belirginleşmeye başlayan olayları açıklamak için kurulduğundan, üstünakışkanlığı da helyum atomlarının bireysel özelliklerine bağlamak düşüncesi doğal olabilir. Ancak, sıvı yapısı gösteren bir topluluktaki atomların sayısı milyar kere milyarı aştığından, bu düşünceden yola çıkarak ayrıntılı bir kuram oluşturmak olanaksızdır. Landau, bu olanaksızlığı, bir toplulukta görülebilecek ortak kuvantum etkilerinin, bu kez atom boyutlarına değil de “mutlak sıfır” sıcaklığına yaklaşırken ortaya çıkabileceğini öne sürerek yendi. Landau’nun açıklamasına göre, helyum atomlarının üstünakışkanlığa yol açan kuvantum özellikleri, sıcaklığı oluşturan gelişigüzel hareketleriyle perdelendiğinden, lamda noktasına gelinceye kadar kendini gösteremez. Bu sıcaklığın altında beliren en önemli özellik, helyum atomlarının “bozon” olmasından kaynaklanır. Bozonlar, dış etkenler zorlamadıkça, topluluktaki tüm bozonlarla aynı fiziksel özellikleri taşıyarak bir arada bulunma eğilimi gösteren parçacıklardır. Bu doğal uyum gösterme eğilimi, üstün bileşeni oluşturan atomların bir bölümüne belli bir hareket verildiğinde, öbürlerinin de hiçbir eylemsizlik göstermeden kendiliklerinden bu harekete katılmalarına yol açar. Öte yandan, bu uyum içindeki atomlar gelişigüzel hareket etmediğinden, üstün bileşenin sıcaklığı mutlak sıfır olmalıdır. He II içinde her iki bileşen tamamıyla karışmış olduğuna göre, He Il’nin sıcaklığı bileşenlerinin sıcaklığının ortalamasıdır, bu durumda adi bileşenin “öz” sıcaklığının He H’ninkinden daha büyük olması gerekir. Demek ki, hiçbir ısı değişikliği yapmaksızın karışımdaki bileşen oranı değiştirildiğinde üstün bileşenin miktarı azalmışsa, He H’nin sıcaklığında artış olması beklenir. Nitekim He I’in sığmadığı delikten üstün bileşeni akıtarak ölçülen farkın kuramdan beklenene uygun çıkması bu olayı kanıtlamıştır. Landau’nun bu açıklamaları, 1924’te Einstein’m, bozonlardan oluşmuş fiziksel sistemlerin mutlak sıfır dolayında göstereceğini öngördüğü davranışlara ilişkin savını doğruladığı gibi, Nernst’in termodinamiğe getirdiği üç ilkenin geçerliliğini de kanıtlamıştır. Temellerini Boltzmann, Gibbs ve Einstein’m attığı istatistiksel mekanik, ısıyı atom ve moleküllerin gelişigüzel hareketlerinin enerjisindeki artma ve azalma, sıcaklığı da bu hareketlerin ortalama enerjisinin ölçüsü olarak tanımlarken, Clau-sius’un “entropi”sini çok bileşenden oluşmuş fiziksel bir sistemdeki “kargaşalığın” ölçüsü olarak gösterir. Gelişigüzel hareketin yok olduğu üstünakışkanda sıcaklığın mutlak sıfır olması, entropinin mutlak sıfırda yok olacağını söyleyen Nernst ilkesinin ilk gözlemsel kanıtıdır.
Verdiği derslerin düzeyi ne olursa olsun anlaşılır ve akıcı anlatımıyla öğrencilerinin ilgisini canlı tutabilen, iyi bir konuşmacı ve çok değerli bir hoca olan Landau, SSCB’nin yetenekli genç kuşak fizikçilerinden çoğunun yetişmesine emek vermiş, aynı yalınlıkla yazdığı ders kitaplarının özellikle kuramsal fizik öğretilerini kapsayan dizisi pek çok dile çevrilerek temel başvuru kaynağı olmuştur. 20.yy’da fiziğin hemen her dalında başarılı araştırmalar yapmış “evrensel” fizikçilerin belki de sonuncusu olan Landau’ nun deha düzeyindeki düşünsel yeteneğinin en belirgin özelliği, her şeyi en yalına indirgeme ve düzene yerleştirme çabasıydı. Doğanın davranışını anlamaya yönelik tükenmez ilgisinden ve bilime tutkusundan kaynaklanan çalışma dürtüsüyle, çağdaş fiziğin pek çok gizini gün ışığına çıkaran en değerli kuramcılardan biri olmuştur.
• YAPITLAR (başlıca): Statisçeşkaya fizika, 1938, (“İstatistiksel Fizik”); Teoria Polya, 1941, (“Alanlar Kuramı”); Mekanika zploşniki zred, 1944, (“Sürekli Ortamlar Mekaniği”); Kvantovaya mekanika, 1948, (“Kuvantum Mekaniği”); Elektrodinamika zploşniki zred, 1951, (“Sürekli Ortamların Elektrodinamiği”); Mekanika tekuçestiya (E. Lifşitz ile), 1951, (“Akışkanlar Mekaniği”); Lektstiy po teoriy atomnogo yadra, 1955, (“Atom Çekirdeği Kuramı Üzerine Dersler”).
Türk ve Dünya Ünlüleri Ansiklopedisi