Нобелевские лауреаты в области физики

эти три искривленные линии — полет альфа-частицы в магнитном поле страшной

силы. Эти три линии стоили профессору Резерфорду 150 фунтов стерлингов, а

мне и Эмилю Яновичу5 — трех с половиной месяцев усиленной работы.

Крокодил очень доволен этими тремя искривленными линиями... Правда,

это только начало работы.

' В 1922 г. П. Л. Капица закончил работу по исследованию закона потери

энергии а-частнцей в среде.

2 Речь идет о Блэккете.

* Имеется в виду помещение камеры Вильсона в сильное магнитное поле. 4

Д. Кокрофт и В. Вебстер.

8 Лауэрман — электрик и механик, с которым Капица был знаком еще в

Петрограде.

27/1.23 г. В среду я был избран в университет, в пятницу был принят в

колледж. Для меня были сделаны льготы, и кажется. через месяцев пять я

смогу получить степень доктора философии (Все, конечно, устроил Резерфорд,

доброте которого по отношению ко мне прямо нет предела.)

18/111.23 г. Я боюсь, что у тебя превратное мнение обо мне и моем

положении тут. Дело в том, что мне вовсе не сладко живется на белом свете.

Волнений, борьбы и работы не оберешься. Кружок, мною организованный, берет

много сил '. Одно, что облегчает мою работу, это такая заботливость

Крокодила, что ее можно смело сравнить с заботливостью отца.

14/1У.23 г. Главное уже сделано и дало головокружительные результаты.

Масштаб работы сейчас у меня крупный, и меня пугает это. Но то, что за мной

стоит Крокодил, дает мне смелость и уверенность. Ты себе не можешь

представить, дорогая моя, какой это крупный и замечательный человек.

15/У1.23 г. Вчера я был посвящен в доктора философии. Мне так дорого

стоил этот чин, что я почти без штанов. Благо Резерфорд дал взаймы, и я

смогу поехать отдохнуть. Тут у меня вышла следующая история. В этом году

освободилась стипендия имени Максвелла. Она дается на три года лучшему из

работающих в лаборатории, и получение ее считается большой честью. В

понедельник, в последний день подачи прошения, меня позвал к себе Резерфорд

и спросил, почему я не подаю на стипендию. Я отвечал, что то, что я

получаю, уже считаю вполне достаточным и считаю, что как иностранец-гость

должен быть скромным. Он сказал, что мое иностранное происхождение

нисколько не мешает получению стипендии... Мой отказ его, конечно,

несколько озадачил и обидел...

23/УП.23 г. Резерфорд опять предложил мне ту же стипендию. Я сдался и

подал заявление.

23/У111.23 г. Я получил стипендию им. Клерка Максвелла, а с ней и

много поздравлений.

30/У111.23 г. Я затеваю еще новые опыты по весьма смелой схеме2. Вчера

вечером я был у Резерфорда, обсуждал часть вопросов, остался обедать, много

беседовали на разные темы. Он был очень мил и заинтересовался этими

опытами. Пробыл я у

него часов пять. Он дал мне свой портрет. Я его пересниму и пошлю

тебе».

Для определения магнитного момента а-частицы Капице нужны были очень

сильные магнитные поля. Обычно поля получали с помощью электромагнитов, и

рекордом была напряженность

• Дискуссионный кружок молодых физиков—«Клуб Капицы», куда входили

Кокрофт, Олифант, Блэккет, Дирак и многие другие кембриджцы.

2 Речь идет о начале знаменитых опытов П. Л. Капицы по созданию

сильных магнитных полей.

50' 103 Эо. Стремясь получить более сильное поле, французский физик

Коттон построил электромагнит массой в 100 т, сумев увеличить напряженность

поля всего на 25% (стоил же такой электромагнит несколько миллионов золотых

франков). Таким образом, путь увеличения размеров электромагнитов для

получения более сильных магнитных полей был несостоятелен. Причина его

заключалась в явлении магнитного насыщения железа.

Капица пошел по другому пути. Он решил использовать соленоид—катушку

без сердечника. Но, чтобы создать сильное поле внутри соленоида, по нему

надо пропустить большой ток, что приводит к нагреву обмотки и ее сгоранию.

Конечно, обмотку можно охлаждать, например, жидким воздухом (t= -190°С),

как предложил Ж. Перрен. Но, по расчетам, для получения поля в 100-103 Э на

охлаждение соленоида потребовалось бы 90 т жидкого воздуха в час. Это

технически было неосуществимо.

Петр Леонидович выдвигает совершенно новую, оригинальную

идею—отказаться от магнитных полей, существующих длительное время, а

использовать импульсные (кратковременные) поля огромной силы. Первый

соленоид Капицы выдерживал мощность в несколько десятков тысяч киловатт в

течение сотой доли секунды, нагреваясь при этом до

100 °С. В качестве источника тока использовался аккумулятор небольшой

емкости. При коротком замыкании сила тока в катушке достигала 7.103 А, что

давало возможность получить поле в 100-103 Э. В дальнейшем вместо

аккумулятора стал использоваться мощный генератор, построенный по проекту

Капицы и М. Костенко английской фирмой Метрополитен-Виккерс. Ротор

генератора имел массу 2,5 т и мог вращаться со скоростью 1500 об/мин.

Генератор успешно выдержал испытания и превзошел расчетные данные. Теперь

встала задача — создать автоматический замыкатель и размыкатель. «Эта часть

оказалась очень трудной, и я сплошь проработал над ней три месяца. Она

делается аэроплановой фабрикой, так как по конструкции очень похожа на

клеточный распределительный механизм быстроходного аэропланового

двигателя»,—писал Капица в июле 1925 г. М. Костенко.

С помощью этой установки П. Л. Капица получил поля напряженностью в

300-103 Э, а при продолжении этих опытов в Москве — 500-103 Э, т. е. в 10

раз больше рекорда, полученного с помощью электромагнитов. Кроме того,

использование кратковременных полей хотя и потребовало более

быстродействующей аппаратуры, позволяло избавиться от влияния ряда мешающих

явлений. Сейчас этот метод является основным в области физики элементарных'

частиц, время жизни многих из которых не превышает 10-6С.

Следует отметить, что П. Капица в 1925 г. положил начало технической

революции в области физики. И установка Капицы, и принцип ее действия

производили сильное впечатление на ученых Кембриджа и его гостей. Вот как

об этом писал Н. Винер:

«В Кембридже все же была одна дорогостоящая лаборатория, оборудованная

по последнему слову техники. Я имею в виду лабораторию русского физика

Капицы... Капица был пионером в создании лабораторий-заводов с мощным

оборудованием».

Научившись получать сильные магнитные поля, Капица приступил к

исследованию в них свойств металлов. Вскоре им было открыто явление

линейного возрастания сопротивления металлов с ростом напряженности поля

(линейный закон Капицы). Теоретически закон был объяснен лишь в 60-е годы.

За 10 лет (1924—1933) Петр Леонидович опубликовал более 20 работ,

связанных с исследованием металлов в сильных магнитных полях. В 1924 г. он

становится помощником директора Кавендишской лаборатории по магнитным

исследованиям. В 1930 и 1933 гг. Капица принимает участие вместе с большой

Кавендишской группой, возглавляемой Резерфордом, в Сольве-евских конгрессах

в Брюсселе. Конгресс 1930 г. был посвящен магнитным свойствам вещества.

Капица и Коттон выступали с докладами. Оба доклада вызвали большой интерес.

Изучая свойства металлов в сильных магнитных полях, Капица приходит к

заключению, что многие явления, в особенности гальваномагнитные, наиболее

интересны при низких температурах. Чтобы их создать, надо было заняться

получением газов в жидком состоянии и строить соответствующую аппаратуру.

В 1908 г. голландский физик Камерлинг-Оннес после многочисленных

опытов сумел получить в жидком состоянии самый трудный в этом плане газ —

гелий. (За эти работы в 1913 г. Камерлинг-Оннес стал Нобелевским

лауреатом.) Однако даже в 1929 г. техника получения жидкого водорода была

освоена слабо. «Первое, с чего я начал,— писал Капица,— это постройка

водородного ожижителя». Первая установка Капицы давала 7 л жидкого водорода

в час; пусковое время—20 мин. Это было очень хорошо. Но в связи с тем, что

водород взрывоопасен, Петр Леонидович решил отказаться от него и предложил

новый метод получения жидкого гелия: гелий будет охлаждаться за счет

совершения им работы в адиабатном процессе (тепло к системе не подводится,

а работу она совершает за счет убыли своей внутренней энергии и,

следовательно, охлаждается). Сначала Капица предполагал применить для этой

цели турбину. Но турбина выгодна тогда, когда через нее проходит

значительная масса газа. Оказалось, что производительность ее, если учесть

размеры существующих турбин, должна быть несколько тысяч литров жидкого

гелия в час. Чтобы получить 1—2 л в час, как это было необходимо для

лабораторного эксперимента, турбина должна была иметь 1—2 см в диаметре.

Поэтому было решено использовать поршневую машину. Но здесь встала

очень трудная задача—найти материал для смазки работающей при столь низких

температурах (до 10 К, или —263°С) машины. Эта задача была решена гениально

просто: смазкой будет служить сам газообразный гелий, так как между поршнем

и стенкой цилиндра был оставлен зазор 0,035 мм. Но чтобы через этот зазор

не могло уходить много гелия, когда цилиндр будет им наполнен при высоком

давлении, необходимо процесс расширения производить очень быстро. Расчеты

показали, что такую скорость осуществить можно. Другая трудность состояла в

подборе материала: ведь при температуре жидкого гелия все материалы

становятся хрупкими. Поиски нужного материала вскоре увенчались успехом:

аустенитовая сталь сохраняет свою пластичность даже при самых низких

температурах. В 1934 г. в Кембридже П. Капица создает свой первый ожижитель

гелия — поршневой детандер—производительностью 1,7 л жидкого гелия в час.

Завершающие работы по созданию этой установки проходили уже в новой

лаборатории—лаборатории им. Людвига Монда, построенной по инициативе

Лондонского Королевского общества специально для работ в области сильных

магнитных полей и низких температур. Лаборатория торжественно была открыта

в 1933 г., а Петр Леонидович Капица—помощник Резерфорда с 1924 г. по

магнитным исследованиям, стал ее директором.

В конце лета 1934 г. П. Л. Капице было поручено возглавить

строительство нового института—ведущего научно-исследовательского центра

нашей страны, организуемого по постановлению Советского правительства.

Строительство его началось в начале 1935 г. и завершилось в 1937 г. «Мне

кажется, что эта цель достигнута, — писал Петр Леонидович, — и институт

можно считать не только одним из самых передовых у нас в Союзе, но и в

Европе». Институт по инициативе Капицы, хотя с этим многие и не

соглашались, был назван Институтом физических проблем. <Это несколько

необычное название,—объяснял Петр Леонидович,—должно отразить собой то, что

институт не будет заниматься какой-либо определенной областью знания, а

будет, вообще говоря, институтом, изучающим известные научные проблемы,

круг которых определится тем персоналом, теми кадрами ученых, которые в нем

будут работать».

Первыми направлениями в работе института стали сильные магнитные поля

и низкие температуры. Основное оборудование для экспериментов было

закуплено по решению Советского правительства у Лондонского Королевского

общества. (Это оборудование находилось в лаборатории Монда.) Все три года,

пока институт строился, Капица вел постоянную переписку с Резерфордом.

Главное в письмах Резерфорда заключалось в том, что он настоятельно

советовал Капице как можно быстрее создать свою лабораторию и научить своих

помощников быть полезными. И когда Лондонское Королевское общество

обратилось к Резерфорду с просьбой о продаже оборудования Мондской

лаборатории для института П. Л. Капицы, то великий ученый, всего больше на

свете ценивший хорошо оснащенные лаборатории для научных исследований,

сказал: <Эти машины не могут работать без Капицы, а Капица—без них». Вскоре

оборудование было доставлено в Москву. Таким образом, после трехлетнего

перерыва Капица вновь приступил к работе в области сильных магнитных полей

и низких температур, направляя теперь на решение этих проблем усилия

возглавляемого им института. В конце 1937 г. под руководством Капицы был

построен новый гелиевый ожижитель, более современный, производительностью

6—8 л в час.

Для более плодотворной деятельности института и роста научных кадров

П. Л. Капица организовал семинар, подобный семинару А. Ф. Иоффе в ЛФТИ и

своему <Клубу». в Кембридже. Вскоре семинар Капицы стал известен не только

у нас, но и за рубежом. На этом семинаре выступали Н. Бор, П. Дирак и

другие известные физики.

В конце 30-х годов Капица решает проблему создания машины для сжижения

воздуха с использованием только цикла низкого давления. Построенный

турбодетандер имел КПД 80—85% и стал служить образцом установок для

промышленного получения газообразного и жидкого кислорода во всем мире.

Одновременно с работой над ожижителями продолжались и работы по

исследованиям в области низких температур. В 1937г. П. Капица открывает у

жидкого гелия при температуре ниже 2,19 К свойство сверхтекучести (вязкость

равна нулю). В результате многочисленных опытов он делает заключение, что в

гелии при температурах ниже 2,2 К есть два компонента: обычный гелий I и

гелий II—сверхтекучий. Особенностью гелия II является не только его

сверхтекучесть, но и громадная теплопроводность. Теория сверхтекучести была

разработана Л. Д. Ландау. она предсказала ряд новых явлений, которые были

затем обнаружены экспериментально. Так в физике возникло новое направление

— физика квантовых жидкостей. За создание теории квантовых жидкостей Л. Д.

Ландау в 1962 г. была присуждена Нобелевская премия. Открытие

сверхтекучести гелия и разработка теории этого явления пролили свет и на

объяснение сверхпроводимости. Сверхпроводимость стали трактовать как

сверхтекучесть электронного газа, что плодотворно сказалось на разработке

ее теории.

Родина высоко оценила неутомимую и плодотворную деятельность академика

Капицы в военное время: в 1941 и 1943 гг. ему присуждаются Государственные

премии, он дважды (в 1943 и 1944 гг.) награждается орденом Ленина, а 30

апреля 1945 г. Указом Президиума Верховного Совета СССР <за успешную

научную разработку нового турбинного метода получения кислорода и за

создание мощной турбинокислородной установки для производства жидкого

кислорода» ему присваивается звание Героя Социалистического Труда с

вручением ордена Ленина и Золотой медали «Серп и Молот».

Вскоре после окончания войны П. Л. Капица занялся так называемой

электроникой больших мощностей. Для этих опытов он использовал

ниготрон—сильный источник микроволновых колебаний. Работы с ниготроном

показали, что электромагнитную энергию можно сконцентрировать в небольших

объемах и передавать ее на значительные расстояния без существенных потерь.

На ниготроне было получено электромагнитное излучение мощностью до 8 кВт с

длиной волны до 10м.

Ученый показал, что энергию высокочастотного электромагнитного поля

большой плотности можно преобразовать в другие виды энергии и использовать

для ускорения элементарных частиц, нагревания и удержания плазмы. В декабре

1970 г. Комитет по делам изобретений и открытий зарегистрировал открытие

Капицы: «Образование высокотемпературной плазмы в шнуровом высокочастотном

разряде при высоком давлении». На основе этих исследований Петр Леонидович

предложил схему термоядерного реактора со свободно парящим в

высокочастотном поле плазменным шнуром. Эти работы по термоядерному синтезу

ученики Капицы продолжают и по сей день.

Еще одним важным направлением электроники больших мощностей, по мнению

Капицы, может служить передача электрического тока по волноводам в виде

труб, проложенных под землей. С помощью магнетрона постоянный ток

преобразуется в высокочастотный, который и нагнетается в волновод. На

выходе другой магнетрон преобразует его в постоянный, и он направляется к

потребителю.

Совершенствуя свой институт, Капица считал необходимым для его

нормальной деятельности установление широких научных связей. И это он

успешно претворял в жизнь. Не случайно и как ученый, и как директор ИФП П.

Л. Капица к 1955 г. был почетным доктором многих иностранных университетов

и почетным членом многих зарубежных академий наук. Еще в 1934 г. он был

награжден медалью Льежского университета (Бельгия), в 1942г. Институт

электриков (Великобритания) наградил Капицу медалью Фарадея. В конце войны

(1944 г.) Институт Франклина (Филадельфия, США) присудил Петру Леонидовичу

Большую золотую медаль Франклина за выдающийся вклад в экспериментальную и

теоретическую физику.

В 1965 г. Датский инженерный союз присудил Капице Международную

золотую медаль Н. Бора. В Дании Петр Леонидович повстречался со многими

учеными, в том числе с Оге Бором — сыном Н. Бора — теперь уже профессором,

директором Института теоретической физики в Копенгагене, созданного в свое

время его отцом.

«В лице Петра Леонидовича мы видим заслуженного представителя великих

и долголетних традиций русской науки... Научная работа Капицы

характеризуется его мастерством в экспериментировании и глубоким

проникновением в технические стороны экспериментального исследования.

...Капица, конечно, редкое явление, которое объединяет в своем лице

физическую и инженерную науки... Петр Капица не только исключительный

ученый, но... также глубоко преданный науке, выдающийся человек»,—сказал О.

Бор на церемонии вручения медали.

В январе 1966 г. Петр Леонидович получил письмо за подписью президента

Лондонского Королевского общества, в котором сообщалось о присуждении ему

медали и премии Резерфорда за большой вклад в развитие физики. Эта медаль,

отчеканенная в честь его великого учителя и незабвенного друга, конечно,

была очень дорога Капице. (За работы в области сильных магнитных полей П.

Капица еще в 30-е годы был награжден Лондонским Королевским обществом

золотой медалью Копли, став в 1929 г. членом Английской академии).

В 1968 г. голландское общество холодильной техники вручило Капице

золотую медаль Камерлинг-Оннеса.

В 1972 г. Капица посетил Польшу, где был удостоен степени почетного

доктора Вроцлавского университета и медали Коперника Польской академии

наук. В 1974 г. Петр Леонидович отправляется в Индию в качестве гостя

индийского правительства и с целью обсуждения перспектив научного обмена

между нашими странами, в этом же году он едет в Швейцарию, где Лозанский

университет присудил ему ученую степень почетного доктора. Это была уже 32-

я ученая степень иностранных университетов и академий. В 1974 г., в день

своего 80-летия, директор ИФП академик П. Л. Капица стал дважды Героем

Социалистического Труда. В октябре 1978 г. Шведская академия наук присудила

П. Л. Капице Нобелевскую премию.

Вручение Нобелевской премии еще одному советскому академику,

несомненно, является признанием большого вклада науки нашей страны в

мировую науку, признанием личного научного вклада одного из выдающихся ее

представителей—Петра Леонидовича Капицы.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7