Легендарный Дау (Лев Ландау) и загадка сверхпроводимости
Все вокруг состоит из крошечных, невидимых глазу частиц – атомов. А в каждом атоме есть еще более мелкие частицы – протоны, электроны и нейтроны. Протоны и нейтроны находятся в центре атома, а электроны крутятся вокруг. Электричество возникает, когда электроны переходят от атома к атому. Поэтому электричество – это поток частиц, электронов. Материалы, по которым может идти этот поток, называются проводниками. Например, провода, по которым электричество приходит к тебе домой и расходится по розеткам, – это проводники.
Электроны совсем не торопятся, перемещаясь по проводникам всего на несколько сантиметров в час. То, что эти медлительные электроны могут подзарядить телефон или планшет, объясняется тем, что движущихся электронов в проводнике очень-очень много. Почему электроны такие медленные? Дело в том, что, двигаясь, электроны все время сталкиваются с другими атомами и другими электронами. Избежать столкновения непросто, потому что все атомы и электроны двигаются хаотично: электроны в атомах кружатся, а ядра атомов немного вибрируют. Представь себе толпу в метро в час-пик: не так-то просто в движущейся толпе идти быстро и не наступить никому на ногу. Вот и электронам в проводниках непросто! Они натыкаются на атомы пока бегут, и из-за этого небольшая часть энергии теряется. Эти помехи, из-за которых теряется энергия, называют сопротивлением проводника. Сопротивление – это не всегда плохо. Когда электрическая энергия теряется из-за сопротивления, она превращается в тепло. А мы используем это тепло, например, в лампочках накаливания и электрических плитах.
Но существуют необычные материалы: они обладают нулевым сопротивлением, то есть электроны, бегущие по ним, ни капли не спотыкаются. Такие материалы называют сверхпроводниками. Секрет сверхпроводимости – в холоде. Очень-очень холодном холоде. Ведь чем холоднее – тем спокойнее становятся атомы и их частицы, а значит беспокойные частицы не встают на пути у потока электронов.
Одним из первых ученых, пытавшихся разгадать секрет сверхпроводимости, были российские ученые Лев Ландау и Виталий Гинзбург. Их теорию о том, как работают сверхпроводники, так и называют во всем мире – «теория Гинзбурга — Ландау». За эту теорию и другие открытия оба ученых в разные годы получили по Нобелевской премии – это самая высокая научная награда, о которой мечтают ученые всего мира.
Про Льва Ландау говорили, что в «огромном здании физики XX века для него не было запертых дверей». Это был удивительный ученый и преподаватель, именем которого названы астероид, кратер на Луне и минерал Ландауит.