Lev Davidovich Landau (1908–1968) เกิดเมื่อวันที่ 22 เมษายน ปี 1908 ที่เมือง Baku ในรัสเซีย (ปัจจุบันคือประเทศ Azerbaijan) บิดาเป็นวิศวกรเหมืองน้ำมัน เชื้อชาติยิว มารดาเป็นแพทย์ที่เชี่ยวชาญด้านสรีรวิทยา Landau เรียนหนังสือเก่งตั้งแต่เด็ก และสนใจวิชาฟิสิกส์กับคณิตศาสตร์มากเป็นพิเศษ เพราะสามารถเรียนคณิตศาสตร์ได้ด้วยตนเอง ตามปกติ Landau เป็นคนมีนิสัยกระด้าง ไม่ยอมใครง่าย ถ้าคน ๆ นั้นไม่มีเหตุผล จนเกือบถูกไล่ออกจากโรงเรียน เพราะเถียงครู แต่ก็สามารถเรียนจบระดับมัธยมศึกษาตั้งแต่อายุ 13 ปี
หลังการปฏิวัติครั้งยิ่งใหญ่ในรัสเซียเมื่อปี 1917 ระบบการศึกษาของประเทศได้ถดถอยไปสู่ความโกลาหลอลหม่านมาก เพราะสังคมในเวลานั้นไม่ยอมรับศักดิ์ศรีและความศักดิ์สิทธิ์ของประกาศนียบัตร หรือปริญญาบัตรจากสถานศึกษาใดๆ ในประเทศ ทำให้นักเรียนที่ยังไม่สำเร็จชั้นมัธยมศึกษาก็สามารถเข้าเรียนในมหาวิทยาลัยได้ โดยไม่ต้องสอบเข้า นิสิตปริญญาตรีก็สามารถเข้าเรียนปริญญาโทได้โดยไม่ต้องนำใบปริญญาตรีมาแสดงเป็นหลักฐาน และคนที่จะสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกก็ไม่จำเป็นต้องทำวิทยานิพนธ์ใด ๆ ส่วนคนที่ต้องการจะเป็นอาจารย์ในมหาวิทยาลัยก็ไม่จำเป็นต้องเรียนจบการศึกษาถึงระดับปริญญาเอก
ความเป็นไปของระบบการศึกษารัสเซียในลักษณะนี้ จึงเหมาะกับบุคลิกภาพและนิสัยส่วนตัวของ Landau มาก เพราะ Landau เป็นคนไม่ชอบสังคมที่มีกฎเกณฑ์และพิธีกรรมมากจนเกินความจำเป็น โดยเฉพาะเวลา Landau เห็นว่า บางขั้นตอนของการทำงานเป็นเรื่องที่ไม่จำเป็น Landau ก็จะไม่ทำ ครั้นเมื่อบิดามารดามีความเห็นว่า Landau ในวัย 13 ปี มีอายุยังน้อยเกินไปที่จะเข้าเรียนในมหาวิทยาลัย จึงตัดสินใจส่งลูกชายไปเรียนที่ Technical College แห่งเมือง Baku เป็นเวลานานหนึ่งปี ต่อจากนั้น Landau ก็ได้ไปศึกษาต่อที่มหาวิทยาลัย Baku ในสาขาคณิตศาสตร์กับฟิสิกส์ แล้วย้ายไปเรียนฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Leningrad (ปัจจุบัน คือ เมือง St. Petersburg) ในปี 1924 เพราะที่นั่นมีภาควิชาฟิสิกส์ดีที่สุดในรัสเซีย ขณะศึกษาอยู่ที่นั่น Landau มีเพื่อนร่วมชั้นหลายคน เช่น George Gamow (1904–1968) หนึ่งในผู้เสนอทฤษฎี Big Bang และมีอาจารย์สอนชื่อ Vladimir Fock (1898-1974) ผู้เสนอทฤษฎีควอนตัมของสนามที่มีปริภูมิ Fock และ Yakov Frenkel (1894-1952) เจ้าของความคิดเรื่องจุดบกพร่องแบบ Frenkel ในโครงสร้างผลึก ซึ่งคนเหล่านี้ล้วนเป็นนักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียงมากในเวลาต่อมา
ช่วงเวลายี่สิบห้าปีแรกของศตวรรษที่ 20 เป็นระยะเวลาที่โลกฟิสิกส์กำลังเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมโหฬาร เพราะในปี 1900 Max Planck (1858-1947) พบพลังงานควอนตัม ปี 1905 Albert Einstein (1879–1955) อธิบายปรากฏการณ์ photoelectric และเสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ปี 1913 Niels Bohr (1885-1962) เสนอทฤษฎีควอนตัมของอะตอมไฮโดรเจน และ ในปี 1915 Albert Einstein ได้เสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และในปี 1925 กับ 1926 Werner Heisenberg (1901-1976) และ Erwin Schrödinger (1887-1961) ได้พัฒนาวิชากลศาสตร์ควอนตัม จนถึงขั้นที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้
เมื่อ Landau ในวัย 17 ปี ได้อ่านผลงานเหล่านี้ เขารู้สึกตื่นเต้นในความมหัศจรรย์ของความคิดและหลักการทุกเรื่องมาก จึงทุ่มเทเวลาศึกษาอย่างจริงจัง อีกหนึ่งปีต่อมาก็สามารถตีพิมพ์ผลงานวิจัยชิ้นแรกเรื่อง "Theory of Energy Transfer" ลงในวารสาร Zeitschrift für Physik Vol.45 หน้า 430-441 ซึ่งเป็นวารสารฟิสิกส์ชั้นนำของโลก ในปี 1927 Landau ได้เสนอแนวคิดเรื่อง เมทริกซ์ความหนาแน่น (density matrix) ที่ใช้อธิบายสมบัติของระบบควอนตัม เวลาไม่รู้ธรรมชาติที่แท้จริงของ function คลื่น ตามปกติ Landau มักทำงานวิจัยอย่างคร่ำเคร่งมาก แม้แต่เวลานอน ในสมองก็จะมีแต่สูตรและสมการฟิสิกส์
งานวิจัยเหล่านี้ทำให้ Landau ได้รับปริญญาดุษฎีบัณฑิต โดยไม่ต้องทำวิทยานิพนธ์
ในปี 1929 มูลนิธิ Rockyfeller จากสหรัฐอเมริกาได้เข้ามาช่วยพัฒนาระบบการศึกษาของรัสเซีย ด้วยการมอบทุนวิจัยให้นักฟิสิกส์รัสเซียในวัยหนุ่มที่เก่งและมีไฟแรง ได้ไปทำวิจัยที่สถาบันการศึกษาที่มีชื่อเสียงโด่งดังในต่างประเทศ เช่น ที่ Berlin และ Leipzig ในเยอรมนี Copenhagen ในเดนมาร์ก และ Zurich ในสวิสเซอร์แลนด์ เพราะการได้ไปวิจัยที่เมืองนอกในสมัยนั้นเป็นเรื่องยาก กระนั้น Landau ก็เป็นนิสิตคนหนึ่งที่ได้รับการคัดเลือก จึงเดินทางไปทำงานวิจัยที่ Institute for Theoretical Physics ที่เดนมาร์ก เพราะที่นั่นมี Niels Bohr (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1922 จากการนำทฤษฎีควอนตัมมาใช้ในอะตอมไฮโดรเจนเป็นคนแรก) เป็นผู้อำนวยการ เพื่อทำงานวิจัยเป็นเวลานาน 1 ปีกับ 6 เดือน และ Landau ก็ได้พบว่าการทำวิจัยร่วมกับ Bohr เป็นประสบการณ์ทำงานที่ดีที่สุดในชีวิต เพราะ Bohr เป็นอาจารย์ที่ตั้งใจสอนและทุ่มเทในการวิจัย เพราะมีจิตวิญญาณของความเป็นครูสูง จึงได้ปลูกฝังนิสัย และสไตล์การทำงานให้ Landau ได้เป็นอย่างดีมาก นอกจาก Bohr แล้ว Landau ยังได้รู้จักนักฟิสิกส์ผู้มีชื่อเสียงในวัยเดียวกันอีกหลายคน เช่น Werner Heisenberg (1901-1976), Paul Dirac (1902-1984) ผู้สร้างทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมเชิงสัมพัทธภาพพิเศษ และ Wolfgang Pauli (1900-1958) ผู้พบหลักการกีดกันในอะตอมด้วย (ทั้งสาม คือ ผู้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1932, ปี 1933 และปี 1945 ตามลำดับ)
ในปี 1931 เมื่อสิ้นสุดเวลาการได้รับทุน Landau ก็เดินทางกลับรัสเซีย เพื่อทำงานเป็นอาจารย์ที่สถาบัน Physico - Technical Institute ณ เมือง Leningrad อีกหนึ่งปีต่อมาได้ไปรับตำแหน่งหัวหน้าภาคฟิสิกส์ที่สถาบัน Ukranian Physico – Technical Institute แห่งมหาวิทยาลัย Kharkov ณ เมือง Kharkov
ขณะอยู่ที่นั่น Landau ได้ผลิตงานวิจัยสำคัญหลายเรื่อง เช่น เรื่องปรากฏการณ์โฟโตอิเลกตริกในสารกึ่งตัวนำ ทฤษฎีการดูดกลืนเสียงในสสาร และเรื่องสมบัติของแก๊สอิเล็กตรอน โดย Landau ได้พบในปี 1930 ว่าทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมอธิบายเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระในสนามแม่เหล็กอ่อน ๆ และพบว่าพลังงานของอิเล็กตรอนมีค่าเป็นชั้น ๆ เรียก Landau level ผลที่เกิดตามมา คือ โลหะมีความไวต่อสนามแม่เหล็ก (magnetic susceptibility) แตกต่างจาก Pauli paramagnetism ที่เกิดจาก spin ของอิเล็กตรอน
ประสบการณ์การได้เรียนหนังสืออย่างไม่เป็นระบบในวัยเด็ก ทำให้ Landau เมื่อเวลาเป็นอาจารย์ มีความต้องการจะปฏิรูประบบการเรียนฟิสิกส์ในทุกระดับของประเทศ โดยอาศัยความมีชื่อเสียงในฐานะที่เป็นนักวิจัยของชาติผู้มีความสามารถสูง และในฐานะที่เป็นหัวหน้าภาควิชาในมหาวิทยาลัย Landau ได้กำหนดให้นิสิตทุกคน เวลาจะสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกต้องทำวิทยานิพนธ์ และได้เริ่มให้มีการบังคับใช้เกณฑ์นี้ตั้งแต่ปี 1934
Landau เป็นคนที่รักและผูกพันในความเป็นครูมาตั้งแต่ในสมัยที่ยังเป็นนิสิต ครั้นเมื่อทำงานเป็นอาจารย์ก็ตระหนักดีว่า นิสิตรัสเซียไม่เคยมีตำราฟิสิกส์ระดับสูงให้อ่าน Landau จึงคิดสร้างหลักสูตร “Theoretical Minimum” ขึ้น เพื่อให้นิสิตทุกคนที่ต้องการจะเป็นนักฟิสิกส์ได้เรียน หลักสูตรนี้มีเนื้อหาครอบคลุมพื้นฐานของวิชาฟิสิกส์ทฤษฎีพื้นฐานทุกแขนง ในเวลาต่อมา Landau ได้เรียบเรียงชุดตำราฟิสิกส์ทฤษฎีขั้นสูง ซึ่งมีเนื้อหาเกี่ยวกับทฤษฎีฟิสิกส์ในทุกแขนง โดยใช้ชื่อว่า Course of Theoretical Physics หนังสือชุดนี้มีทั้งหมด 10 เล่ม และเป็นตำราคลาสสิกที่มีชื่อเสียงโด่งดังมากในด้านความลึกซึ้ง และตลอดเวลา 27 ปี ที่มีการประกาศใช้ หลักสูตร Theoretical Minimum มีคนสอบผ่านเพียง 43 คนเท่านั้นเอง
ในฐานะที่เป็นนักฟิสิกส์ทฤษฎี Landau จึงตระหนักได้ดีในความสำคัญของการมีความเชี่ยวชาญด้านคณิตศาสตร์ ดังนั้นเวลานิสิตคนใดแสดงความจำนงจะทำงานวิจัยฟิสิกส์กับ Landau นิสิตคนนั้นก็จะถูกบังคับให้สอบคณิตศาสตร์ขั้นพื้นฐานให้ผ่านก่อน ในกรณีที่มีคนเข้าสอบมีไม่มาก Landau จะมีเวลาออกและตรวจข้อสอบฟิสิกส์กับคณิตศาสตร์ด้วยตนเองได้ แต่เมื่อนิสิตทุกคนที่มาสอบ ต่างก็ต้องการจะได้ Landau เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา ดังนั้น Landau จึงไม่มีเวลาออกและตรวจข้อสอบ Landau จึงมอบงานคัดเลือกในเบื้องต้นให้ผู้ช่วยทำหน้าที่แทน แล้วตนเองก็จะเป็นคนสัมภาษณ์ในการคัดเลือกขั้นสุดท้าย
ในช่วงเวลาเดียวกันนั้น งานวิจัยฟิสิกส์ของ Landau ก็ได้รุดหน้าไปมาก เพราะมีผลงานที่ได้รับการตีพิมพ์มากมาย เช่น ในปี 1937 Landau ได้เสนอทฤษฎีการเปลี่ยนแปลงเฟสลำดับที่สองของสสาร อีกสี่ปีต่อมาได้เสนอทฤษฎีอธิบายพฤติกรรมของเหลวยวดยิ่ง (superfluid) เช่น ฮีเลียม (helium-4) เวลามีอุณหภูมิต่ำกว่า 2.17 องศาสัมบูรณ์ ในปี 1950 ได้เสนอทฤษฎี Ginzburg-Landau สำหรับตัวนำยวดยิ่ง (superconductor) ทั้งแบบ 1 และ 2 ซึ่งเป็นทฤษฎีที่ Landau กับศิษย์ชื่อ Vitaly Ginzburg (1916-2009) ได้ร่วมกันพัฒนา ถึงปี 1956 ได้เสนอทฤษฎีของเหลว Fermi ที่ใช้อธิบายสมบัติของของเหลวที่ประกอบด้วยอนุภาค fermion ขณะมีอุณหภูมิใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์ โดยอนุภาคนี้มีสมบัติคล้ายอนุภาคอิสระ แต่มีค่าพลังงาน โมเมนตัม ประจุ และ spin ที่แตกต่างไปจากค่าของอนุภาคอิสระ เพราะอนุภาคเหล่านี้มีอันตรกิริยาต่อกัน
ผลงานเหล่านี้ ทำให้ Landau ได้รับการคัดเลือกเป็นสมาชิกของสถาบัน Soviet Academy of Sciences และในปี 1962 ได้รับรางวัล Order of Lenin ซึ่งเป็นเกียรติสูงสุดที่ประเทศจะมอบให้แก่ประชาชนรัสเซีย และได้รับเลือกเป็น Hero of Socialist Labour ในฐานะผู้มีผลงานที่สามารถใช้แก้ปัญหาสำคัญของประเทศได้ และยังได้รับเลือกเป็นสมาชิกต่างชาติของสมาคมวิชาการ เช่น Danish Academy of Sciences แห่งเดนมาร์ก เมื่อปี 1951, Dutch Academy of Sciences แห่งเนเธอร์แลนด์ เมื่อปี 1956, Royal Society ของอังกฤษ เมื่อปี 1960 กับ National Academy of Sciences ของสหรัฐอเมริกา อีกทั้งยังได้รางวัลเกียรติยศสูงสุด คือ รางวัลโนเบลฟิสิกส์ ประจำปี 1962 จากผลงานเรื่อง ทฤษฎีพฤติกรรมของของเหลวยวดยิ่ง (superfluidity)
แม้จะได้รับรางวัลและเกียรติยศต่าง ๆ มากมาย แต่ Landau ก็ไม่เคยยกตัวเองเหนือคนอื่น เพราะชอบชีวิตการเป็นอาจารย์ฟิสิกส์ที่มีบุคลิกภาพเรียบง่าย ไม่ต้องการดำเนินชีวิตอย่างมีพิธีรีตองมาก ไม่ถือชั้นวรรณะ และชอบเปิดโอกาสให้ศิษย์ได้เข้าพบ เพื่อขอรับคำปรึกษาได้ตลอดเวลา แต่ก็มีข้อจำกัดให้นิสิตถามเฉพาะปัญหาวิชาการเท่านั้น เมื่อมีอายุมากขึ้น Landau มีอารมณ์และมารยาทอ่อนโยนขึ้น แต่ถ้าเป็นการถกเถียงในประเด็นความถูกต้องทางวิชาการแล้ว Landau จะไม่ยอมให้มีการต่อรองใด ๆ การใช้เกณฑ์ในลักษณะนี้ ได้ทำให้การวิจัยฟิสิกส์ทฤษฎีของรัสเซียในเวลานั้นมีความเข้มแข็งและดีอย่างไม่เป็นรองการวิจัยของชาติอื่นใดในโลก
ในช่วงเวลาที่เป็นอาจารย์ Landau แทบไม่มีเวลาอ่านวารสารหรือตำราฟิสิกส์เลย แต่ก็สามารถติดตามความรู้ใหม่ ๆ ได้ตลอดเวลา โดยอาศัยการติดต่อทางจดหมายกับเพื่อน ๆ กับบรรดาศิษย์ และจากการได้เข้าฟังสัมมนาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยทุกสัปดาห์ ตลอดเวลา 30 ปี Landau ไม่เคยคิดจะเข้าสัมมนาเพื่อฟังเล่นสนุก ๆ เพราะคาดหวังว่า คนที่มาให้สัมมนาจะต้องนำเสนอเนื้อหาที่ชัดเจน เข้าใจได้ และสามารถพิสูจน์ทุกสมการที่พูดถึงได้ อีกทั้งสามารถตอบทุกคำถามได้อย่างปราศจากข้อกังขาใด ๆ หลังสัมมนา Landau จะพยายามแก้ปัญหาที่ถูกกล่าวถึงในสัมมนา โดยใช้วิธีแก้ปัญหาของตนเอง คือ ไม่ลอกเลียนวิธีการแก้ปัญหาของคนที่ให้สัมมนา เพราะหัวข้อในการสัมมนามีเนื้อหาที่หลากหลาย ดังนั้นความสามารถในการแก้ปัญหาต่าง ๆ ของ Landau จึงมีเพิ่มตามไปด้วย ตามปกติ Landau ชอบวิธีคิดที่ทำให้ปัญหายาก มีวิธีแก้แบบง่าย ๆ และไม่ชอบวิธีคิดที่ทำให้ปัญหาง่าย ต้องใช้วิธีแก้แบบยุ่งยาก เพราะ Landau ยึดหลักการว่า ความเป็นระเบียบที่เรียบง่าย เป็นการทำงานวิจัยฟิสิกส์ทฤษฎีที่ดีที่สุด
ในด้านการชื่นชมความสามารถของนักฟิสิกส์ทฤษฎีคนอื่นๆ Landau ได้จัดแบ่งนักฟิสิกส์ทฤษฎีออกเป็นห้ากลุ่ม คือ กลุ่ม 1 เป็นกลุ่มคนที่มีผลงานมากมายและคุณภาพดีกว่ากลุ่ม 2 ประมาณ 10 เท่า และกลุ่ม 2 มีผลงานวิจัยมากและดีกว่ากลุ่ม 3 ประมาณ 10 เท่า ไปเรื่อย ๆ ซึ่งถ้ามีการจัดแบ่งกลุ่มในลักษณะนี้ Landau ได้ให้ Bohr, Heisenberg, Schröedinger และ Dirac อยู่ในกลุ่ม 1 Landau เองอยู่ในกลุ่ม 2 สำหรับ Einstein นั้น Landau ได้จัดให้อยู่ในกลุ่ม 0.5
Landau มักทำงานวิจัยอย่างทุ่มเท ไม่ใช่เพราะต้องการจะมีชื่อเสียง แต่เพราะเป็นคนที่อยากรู้อยากเห็น และอยากเข้าใจธรรมชาติทุกเรื่อง
นอกจากฟิสิกส์แล้ว Landau ยังสนใจศึกษาประวัติศาสตร์ด้วย แต่ไม่สนใจดนตรี และบัลเลต์มากนัก
บรรดาศิษย์ของ Landau เช่น Evgeny Liftshitz (1915-1985) มักเรียก Landau โดยใช้ชื่อเล่นว่า Dau และนักฟิสิกส์ทั่วโลกได้รู้สึกตกใจและใจหาย เมื่อทราบข่าวว่า Landau ได้ประสบอุบัติเหตุทางรถยนต์ใกล้กรุง Moscow เมื่อวันที่ 7 มกราคม ปี 1962 ทำให้เป็นคนพิการไปจนตลอดชีวิต จากอุบัติเหตุครั้งนั้นสุขภาพก็ได้เสื่อมลง ๆ และทุกคนรู้สึกยินดีมาก เพราะในปลายปี 1962 นั้นเอง Landau ก็ได้รับการประกาศให้เป็นผู้พิชิตรางวัลโนเบลฟิสิกส์ รางวัลนี้ได้ทำให้ Landau รู้สึกดีขึ้นมาก
อีก 6 ปีต่อมา Landau ได้เสียชีวิตเมื่อวันที่ 1 เมษายน ปี 1968 สิริอายุ 60 ปี แม้ตัวจะจากไปแล้ว แต่จิตวิญญาณความเป็นนักฟิสิกส์และเป็นครูของ Landau ก็ยังคงอยู่กับวงการฟิสิกส์รัสเซียและฟิสิกส์โลกตลอดไป
มรดกทางความคิดของ Landau มีมากมาย เช่น
นักฟิสิกส์รู้จัก Landau level, Landau damping, Landau-Ginzburg Theory of Superconductivity และ Landau critical velocity ฯลฯ
ด้านนักศึกษาฟิสิกส์ก็รู้จักตำราเรียนชุด Landau-Liftshitz Course of Theoretical Physics
ในด้านการเป็นนักเคลื่อนไหว Landau เป็นคนที่ต่อต้านการปกครองคอมมิวนิสต์ แบบเผด็จการของ Joseph Stalin มาก โดยได้วิพากษ์วิจารณ์ Stalin อย่างโจ่งแจ้ง ทั้งในสื่อและด้วยวาจา จึงถูก Stalin ให้ตำรวจลับจับตัวในปี 1936 เหตุการณ์นี้ทำให้ Peter Kapitza (1894-1984) ผู้ได้รับรางวัลโนเบล ปี 1978 จากการพบของเหลวยวดยิ่ง (He-4) ต้องเขียนจดหมายส่วนตัวถึง Stalin ว่า โลกมี Landau เพียงคนเดียวเท่านั้น ที่สามารถจะอธิบายปรากฎการณ์ superfluidity ได้ Stalin จึงปล่อยตัว Landau
แต่มรดกทางความคิดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของ Landau คือ ทฤษฎีที่ใช้อธิบายสมบัติของของเหลวยวดยิ่ง
ตามปกติเวลาของเหลวไหลไปบนผิววัตถุ การไหลนั้นจะถูกต่อต้านโดยแรงหนืดที่ผิว ซึ่งจะทำให้ของเหลวเคลื่อนที่ด้วยความเร็วน้อยลงๆ แต่เวลาของเหลว เช่น helium-4 ขณะมีอุณหภูมิต่ำกว่า 2.17 องศาสัมบูรณ์ (-271 องศาเซลเซียส) helium-4 จะไหลไปได้อย่างไร้แรงหนืดใดๆ มาต้าน เพราะมันได้เปลี่ยนสภาพเป็นของเหลวยวดยิ่งแล้ว อีกทั้งสามารถจะไหลผ่านรูเล็กๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาด 0.1 นาโนเมตรก็ได้ ในขณะที่ของเหลวธรรมดาจะไหลผ่านรูเล็กไม่ได้เลย
ผู้ที่ได้เห็นปรากฏการณ์นี้เป็นคนแรก คือ Peter Kapitza ที่ Moscow กับนักฟิสิกส์ชาวแคนาดาสองคน ชื่อ Jack Allen และ Donald Misener ที่ Cambridge ในขณะเป็นของเหลวยวดยิ่ง สมบัติทางกายภาพของมันจะแตกต่างจากสมบัติของของเหลว ขณะเป็นของเหลวธรรมดามาก เช่น สภาพนำความร้อนของของเหลวยวดยิ่งจะสูงกว่าของเหลวธรรมดาประมาณสามล้านเท่า และค่าความร้อนจำเพาะของของเหลวทั้งสองชนิดก็จะแตกต่างกันด้วย คือ มีความไม่ต่อเนื่องที่อุณหภูมิ 2.17 องศาสัมบูรณ์ เพราะมีลักษณะคล้ายตัวอักษร λ ในภาษากรีก ดังนั้นอุณหภูมินี้จึงมีชื่อว่า T_λ และเป็นอุณหภูมิที่แบ่งธรรมชาติของ helium เป็นชนิด helium I กับ helium II
สมบัติทางกายภาพที่น่าตื่นเต้นอีกเรื่องหนึ่งก็คือ เวลาเราเอา helium เหลวใส่ในถ้วยกาแฟ แล้ววางบนจานหมุน (turntable) จากนั้นหมุนจานหมุน จะพบว่าถ้า helium เหลวนั้น helium ธรรมดา มันจะหมุนติดไปกับถ้วยด้วย แต่เวลาอุณหภูมิลดต่ำกว่า 2.17 องศาเคลวิน ซึ่ง helium ในถ้วยจะกลายเป็นของเหลวยวดยิ่งแล้ว ของเหลวอยู่นิ่ง ส่วนถ้วยจะหมุนไปด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากับความเร็วเชิงมุมของจานหมุน แม้ว่าเวลาจะผ่านไปอีกพันปี มันก็จะยังอยู่นิ่งตลอดไป
ปรากฏการณ์น้ำพุ (fountain effect) ก็เป็นอีกปรากฏการณ์หนึ่งที่น่าสนใจของของเหลวยวดยิ่ง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ควอนตัมสามารถเห็นได้ เวลาเอาของเหลวยวดยิ่งใส่ในขวดที่มีคอขวดแคบ แล้วทำให้ของเหลวยวดยิ่งมีอุณหภูมิสูงขึ้น ของเหลวก็จะไหลผ่านคอขวดพุ่งขึ้นเป็นน้ำพุ ปรากฏการณ์นี้ Jack Allen ได้เห็นเป็นคนแรก เมื่อปี 1938
ตามปกติอะตอมของธาตุ helium-4 นั้น ประกอบด้วย โปรตอน 2 อนุภาค นิวตรอน 2 อนุภาค และอิเล็กตรอน 2 อนุภาค ที่อุณหภูมิสูงกว่า 2.17 เคลวิน helium มีชื่อเรียกว่า helium I และที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2.17 เคลวิน helium I จะค่อย ๆ กลายสภาพเป็น helium II helium เหลวจึงมีทั้ง helium I และ helium II ปนกัน
ในปี 1938 Laszlo Tisza (1907-2009) ได้เสนอทฤษฎีของเหลว 2 ชนิด อธิบายสมบัติของ helium-4 (He II) ว่าประกอบด้วยของเหลวปกติ (normal fluid) กับของเหลวยวดยิ่ง เพื่ออธิบายปรากฏการณ์น้ำพุ และการไหลที่ปราศจากแรงหนืด แล้ว Landau ก็ได้พัฒนาทฤษฎีของ Tisza ต่อ โดยเติมความคิดเรื่องสถานะกระตุ้นที่เป็นอนุภาค photon กับ roton ในเวลาต่อมาทฤษฎีของ Tisza ก็สามารถเชื่อมโยงไปถึงการอธิบายสสารควบแน่นแบบ Bose-Einstein เพราะอะตอม helium-4 เป็นอนุภาค boson
ของเหลวยวดยิ่ง (helium-4) มีประโยชน์ คือ ใช้ในการทำแม่เหล็กตัวนำยวดยิ่งที่ให้สนามแม่เหล็กความเข้มสูงในอุปกรณ์ MRI ในเครื่องเร่งอนุภาค LHC และใน tokamak ที่ ITER อีกทั้งใช้ในการหล่อเย็นของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ เช่น JWST (James Webb Space Telescope) ฯลฯ และใช้ศึกษาระบบควอนตัมอื่น ๆ เช่น ปรากฏการณ์สภาพนำยวดยิ่ง (superconductivity) ในของแข็ง ในดาวนิวตรอน และในสสารควบแน่น (BEC) เพื่อให้เห็นธรรมชาติของปรากฏการณ์ควอนตัมในระบบที่มีขนาดใหญ่ จากที่เคยคิดกันว่าเราจะเห็นการทำงานของหลักการควอนตัมในระบบขนาดเล็กระดับอะตอมเพียงอย่างเดียว
ส่วน helium-3 ซึ่งอะตอมประกอบด้วย โปรตอน 2 อนุภาค นิวตรอน 1 อนุภาค และอิเล็กตรอน 2 อนุภาค ก็สามารถเป็นของเหลวยวดยิ่งได้ที่อุณหภูมิ 0.003 องศาสัมบูรณ์ และจะได้กล่าวถึงในโอกาสต่อไป
อ่านเพิ่มเติมจาก “Landau, the Physicist and the Man: Recollections of L.D. Landau” โดย Khalatnikov. I. M. จัดพิมพ์โดย Pergamon Pr; First Edition (January 1, 1989)
ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน : ประวัติการทำงาน - ราชบัณฑิตสำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์
ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ,นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน,ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" ได้ทุกวันศุกร์
