Журнал «За науку»: 60 лет на фронтире теорфизики. К юбилею Института имени Ландау

Здание Института теоретической физики им. Л. Д. Ландау РАН в Черноголовке

Институту теоретической физики им. Л. Д. Ландау Российской академии наук (ИТФ) исполнилось 60 лет. В 2026 году 60-летие будет отмечать кафедра ИТФ в МФТИ, основанная вскоре после начала работы института, — в 1966 году. Журналу «За науку» об истории ИТФ и кафедры, вкладе выпускников в мировую теоретическую физику, и о том, как сегодня развивается наука на кафедре и в стенах института, сохраняя традиции и открывая новые направления, рассказал Яков Викторович Фоминов, доктор физико-математических наук, заместитель директора по научной работе ИТФ им. Л. Д. Ландау РАН, заведующий базовой кафедрой проблем теоретической физики МФТИ (теоргруппа Горькова).

От Школы Ландау — к Институту теоретической физики

Можно смело сказать, что имя Ландау и названного в его честь института известны всем физикам в мире, как действующим, так и готовящимся ими стать: мимо курса Ландау-Лифшица никто не прошел, по крайней мере, в ведущих физических вузах.

Лев Ландау

С конца 1930-х и до начала 1960-х годов Лев Давидович Ландау руководил теоретическим отделом в Институте физических проблем (ИФП) в Москве, созданном Петром Леонидовичем Капицей. Все это время Ландау активно занимался подготовкой учеников, готовых заниматься теоретической физикой. В результате возникла «Школа Ландау», т. е. группа его учеников и сотрудников, которая отличалась чрезвычайно широким спектром теоретических исследований. К началу 1960-х ей стало тесно в ИФП, и среди учеников Ландау начала витать идея создания отдельного института. Катализатором этого процесса послужило событие трагическое.

В начале 1962 года Лев Давидович Ландау попал в автомобильную аварию, в результате которой оказался буквально между жизнью и смертью. К «операции» по спасению Ландау подключились многие физики Москвы, Советского союза и всего мира. С их помощью были добыты необходимые редкие лекарства, уникальные медицинские приборы, организованы дежурства в больнице и т. д. В результате врачам удалось сохранить Ландау жизнь, но вернуться к работе он так и не смог.

Процесс организации ИТФ возглавили ученики Ландау Исаак Маркович Халатников (который и стал первым директором нового института), Алексей Алексеевич Абрикосов, Лев Петрович Горьков и Игорь Ехиельевич Дзялошинский. Имя нобелевского лауреата Абрикосова знают все студенты-физики, а многие теоретики знают еще и книгу по диаграммной технике как раз авторства Абрикосова, Горькова, Дзялошинского, знаменитую АГД.

В 1964 году был подписан приказ о создании Института теоретической физики (ИТФ), а в 1965 году ИТФ заработал. Институт был организован в подмосковной Черноголовке. К тому времени в Черноголовке уже существовал академический центр, включавший в себя несколько исследовательских институтов, что предоставляло широкие возможности плодотворного взаимодействия теоретиков ИТФ с физиками-экспериментаторами. Сохранились у ИТФ и «родственные» связи с Институтом физических проблем. После Исаака Марковича Халатникова институтом руководили выдающиеся ученые Владимир Евгеньевич Захаров, Владимир Валентинович Лебедев. В настоящее время директор института — Игорь Валентинович Колоколов.

Школу Ландау всегда отличала нацеленность на объяснение экспериментальных данных. В то же время теоретическая физика имеет свою собственную логику развития. Зачастую новые теоретические подходы позволяют получать нетривиальные физические результаты «на кончике пера». Но, следуя заветам отцов-основателей ИТФ, физик-теоретик всегда должен задаваться вопросами: «Как можно вычислить наблюдаемые величины? Можно ли результат вычислений сравнить с экспериментом сейчас или в обозримом будущем?»

Сотрудники института занимаются актуальными вопросами, интересующими ученых в самых разных странах. По многим направлениям работы сотрудников ИТФ формируют повестку научных исследований и определяют мировой уровень теории. У института имеются связи с исследовательскими организациями как на Западе, которые сохранились, несмотря на известные сложности, так и на Востоке, которые интенсивно развиваются. Ключевую роль в этих связях играют личные контакты, возникшие, в частности, во время работы сотрудников ИТФ за рубежом.

Проблемы теоретической физики на Физтехе

С самого начала существования ИТФ созданная в нем научная атмосфера и высокий уровень исследований притягивал физиков-теоретиков из разных институтов страны. Благодаря этому у руководства ИТФ всегда была возможность приглашать в институт ученых высокого уровня. При этом «отцы-основатели» ИТФ прекрасно понимали, что для дальнейшего стабильного пополнения института кадрами необходимо наладить собственную систему подготовки. Были использованы обширные связи Школы Ландау с Физтехом, где с момента его создания преподавал Ландау, а в дальнейшем к преподаванию привлекались многие его ученики.

Приказ по МФТИ о создании кафедры проблем теоретической физики и назначении заведующим кафедрой Л. П. Горькова (1966 г.) и выписка из приказа

С 1966 года при ИТФ заработала базовая кафедра ФОПФ МФТИ (сегодня — ЛФИ МФТИ) «Проблемы теоретической физики» под руководством Льва Петровича Горькова. Среди студентов ее всегда называли теоргруппой Горькова. В прошлом году этот исторический факт был закреплен в названии кафедры, которая теперь официально носит название «Проблемы теоретической физики (теоргруппа Горькова)».

Лев Петрович Горькóв — основатель и первый заведующий кафедрой, носящей теперь его имя: «Проблемы теоретической физики (теоргруппа Горькова)»

Лев Петрович Горьков руководил кафедрой 25 лет. После него заведующими были выдающиеся ученые и талантливые учителя: Владимир Петрович Минеев, Сергей Викторович Иорданский, Михаил Викторович Фейгельман. Сейчас кафедру возглавляет Яков Викторович Фоминов.

Характерная особенность школы Ландау, которая воплотилась в процессе обучения студентов на кафедре, — использование наиболее эффективных математических методов для анализа физических явлений из самых разных областей физики, вне зависимости от сложности этих методов.

За время своего существования кафедра выпустила более 250 физиков-теоретиков. Большинство из них защитили кандидатские диссертации в стенах ИТФ, около 40 стали докторами физико-математических наук, Владимир Валентинович Лебедев (директор Института в 2003-2018 годах), Юрий Генрихович Махлин и Наиль Алимович Иногамов избраны членами-корреспондентами РАН. Андрей Яковлевич Мальцев, Павел Михайлович Лушников и Игорь Сергеевич Бурмистров избраны профессорами РАН. Выпускники кафедры сделали основополагающие работы во многих областях современной теоретической физики, в том числе в теории сверхпроводимости и сверхтекучести, в теории мезоскопических электронных систем, в точно-решаемых многочастичных моделях статистической физики и др.

Результаты ряда выпускников кафедры стали «именными»: эффект Эдельштейна для веществ со спин-орбитальным взаимодействием, модель спиновой жидкости Китаева, точно решаемая модель Сачдева-Йе-Китаева для сильно коррелированных систем, сила Копнина для квантованных вихрей в сверхпроводящих и сверхтекучих системах, формула Левитова-Лесовика для статистики переноса заряда в мезоскопических проводниках, нелинейная репличная сигма-модель Финкельштейна для взаимодействующих электронов, нелинейная суперсимметричная сигма-модель Ефетова для неупорядоченных систем, инстантоны Коршунова для квантового туннелирования с диссипацией, уравнение Дорохова-Мелло-Перейры-Кумара для квазиодномерных неупорядоченных мезоскопических систем, распределение Дорохова для прозрачностей диффузного проводника, модель Ландау-Бразовского для «голубой фазы» в жидких кристаллах, резонансы Лебедя в органических соединениях.

Кафедра была создана в первую очередь для подготовки молодых физиков-теоретиков для ИТФ. При этом уровень подготовки выпускников кафедры оказался настолько высоким, что они легко находят себе работу по всему миру. В настоящее время выпускники кафедры работают в крупнейших научных центрах и университетах в России и во многих других странах. Они не забывают альма-матер и составляют сообщество единомышленников.

Кафедра и ИТФ сегодня

В последние годы на кафедре студенты и аспиранты готовятся в основном по следующим направлениям: теория сверхпроводимости, теория низкоразмерных систем (квантовые ямы, графен, топологические изоляторы), физика квантовых вычислений, теория неупорядоченных систем, гидродинамика и теория турбулентности, теория нелинейной оптической связи, физика плазмы и лазеров, вычислительная статистическая физика. В целом на кафедре преподают и руководят исследовательской работой студентов и аспирантов около 30 научных сотрудников, аспирантов и магистрантов. В основу учебной программы кафедры заложен универсализм, который заключается в едином подходе к теоретической физике, воплощенном в знаменитом курсе теоретической физики Ландау-Лифшица. Это позволяет выпускникам кафедры непринужденно переключаться с одной области исследований на другую, что весьма ценится в физическом сообществе.

Лекция по курсу «Интегралы по путям и квантовая механика открытых систем» для студентов теоргруппы Горькова (2 курс магистратуры)

ИТФ продолжает принимать экзамены теоретического минимума Ландау. Экзамены из полного набора, включающего в себя два математических и девять физических экзаменов, может попробовать сдать любой желающий. Сдавать можно любые отдельные экзамены в любом порядке. Сдача экзамена — это всегда вызов, который позволяет сдающему проверить свои силы в области теоретической физики. Все сдавшие экзамен заносятся в список на сайте «Теоретический минимум Ландау». Этот список — исторический, ведется с 1933 года, и в нем в числе первых сдавших есть такие великие ученые как Евгений Михайлович Лифшиц, Исаак Маркович Халатников, Алексей Алексеевич Абрикосов и многие другие. Для кафедры экзамены теорминимума — важный механизм отбора и обучения студентов. Первые экзамены теорминимума (Математика-1 и Механика) помогают попасть на кафедру при распределении в середине 2 курса. А в дальнейшем, при обучении на кафедре, сдача части экзаменов является обязательной.

На кафедре с момента ее основания принят свободный стиль работы и общения — при довольно жестких требованиях к уровню учебных успехов и научной работы студентов. Каждый студент сам выбирает себе научного руководителя, обычно в начале 4-го курса (можно и раньше, если студент уже сдал необходимые экзамены теорминимума Ландау). После этого главное, что требуется от студента, — активно работать в выбранной им области.

Петр Леонидович Капица когда-то писал в газете «За науку»: «…МФТИ готовит научные кадры, образно говоря, не методом конвейера, а методом штучной обработки». Сейчас это называется индивидуальной образовательной траекторией. Такой подход в полной мере относится к нашей кафедре. Кафедра активно привлекает к преподаванию аспирантов и даже старшекурсников, в результате чего мы имеем возможность устраивать индивидуальную работу со студентами, посещающими наши предметы для младших курсов (еще до распределения по кафедрам). Многие младшекурсники, посещающие такие занятия, имеют возможность индивидуального обсуждения задач с нашими преподавателями и ассистентами. Для младшекурсников раз в два года в ИТФ проходит летняя школа по теоретической физике, где студенты под руководством сотрудников ИТФ и преподавателей кафедры постигают, что это такое — решать новую научную задачу.

С точки зрения научной траектории у студента в ИТФ имеются широчайшие возможности и большая академическая свобода. Даже в студенческие годы и во время аспирантуры, когда за постановку задач отвечает научный руководитель, обдуманные предложения студента о возможных направлениях исследований обязательно учитываются. А после защиты диссертации молодой сотрудник института формулирует себе задачи сам, исходя из собственных интересов и научного стиля.

Институт и кафедра — это живой организм, который ищет свои пути в современном мире. ИТФ активно участвует в международной научной жизни, всесторонне используя имеющиеся возможности. Проводятся международные конференции и семинары, ведется совместная работа с зарубежными научными центрами. Многие работающие за рубежом сотрудники продолжают активное сотрудничество с институтом, помогая тем самым становлению молодых ученых и способствуя развитию и укреплению научных связей. Институт приглашает к себе с визитами или на работу коллег из-за рубежа, работает с ними над совместными проектами, пополняется выпускниками кафедры и молодыми учеными из других научных центров страны и мира. Институт и кафедра продолжают активно работать и сохранять традиции отношения к науке, заложенные основателями института, выдающимися физиками-теоретиками, учениками Ландау.