Андрей Капица. Колумб XX века - Щербаков Алексей Юрьевич

Вскоре пусковые трудности — а их было немало — были преодолены и началась экспериментальная работа — исследование зависимости сопротивления металлов от магнитного поля. Была открыта знаменитая линейная зависимость сопротивления от поля вместо ранее известной квадратичной зависимости при слабых (в новом масштабе) полях (это „закон Капицы“, открытый им в 1928 году. — Прим. авт.).

Установка стала очень модной. Крупнейшие физики из разных стран приезжали взглянуть на нее. Называли по-всякому, вплоть до восьмого чуда света. До сих пор крупные, дорогие научные установки — телескопы — делались только для астрономов. Для неба делалось исключение. А теперь был сделан скачок в масштабе в экспериментальной физике. Я даже не знаю, что было важнее — полученные новые экспериментальные данные или осознание многими физиками того, что если перед физиками стоит серьезная задача, то возможно и создание большой дорогой установки. Всегда очень важен первый шаг. И он был сделан Петром Леонидовичем Капицей. А Резерфорд, вероятно интуитивно чувствуя это, энергично помогал ему, добывая необходимые средства»[4].

От могучего замыкания магнитная лаборатория всем нутром сотрясалась, а по округе прокатывался гром. Но Петя Капица всё рассчитал: катушку вместе с измерительными приборами он отнес на 20 метров от динамо-машины, чтобы электрический импульс приходил раньше, чем соленоид, и приборы начинало сотрясать искусственное землетрясение. А силища у этого агрегата была неимоверная!

Д. Шенберг писал: «Новая лаборатория стала своего рода Меккой для всех посещающих Кембридж физиков, и Капица любил демонстрировать интересные вещи в своем характерном стиле. Изюминка его метода получения сильных магнитных полей заключалась в том, что поле создавалось на настолько короткий отрезок времени, что катушка не успевала сильно разогреться, и он формулировал это так: „Сотая доля секунды может показаться вам очень коротким отрезком времени, но и этого времени вполне будет достаточно, если вы знаете, как им распорядиться“. Другая его шуточка заключалась в том, что он называл себя самым высокооплачиваемым физиком в мире, поскольку профессорское жалованье ему платили за несколько секунд работы в год»[5].

При этом, как вспоминал один из создателей квантовой механики Поль Дирак, «он запросил сумму, вдвое превышающую ту, которая ему требовалась, — чтобы оставить себе еще один шанс на тот случай, если машина его разлетится вдребезги. И ему дали эти деньги. А машина не разлетелась, и ему не потребовались деньги, полученные про запас. Этот случай говорит о свойственной ему дерзости…»[6]

А затем там же, в Кембридже, Петр Капица изобрел оригинальную машину для ожижения гелия. Вот что пишет про этот период его творчества советский физик, академик и многолетний сотрудник Петра Леонидовича по московскому Институту физических проблем (ИФП) А. С. Боровик-Романов:

«Исследования свойств металлов в сильных магнитных полях логически привели П. Л. Капицу к необходимости перенести эти исследования в область возможно более низких температур… Наиболее низкие температуры в те годы получали с помощью жидкого гелия. Для этого использовались ожижители гелия, работающие на основе эффекта Джоуля — Томсона — охлаждения газа при его дросселировании, то есть пропускании газа через вентиль с поддержанием в нем большого перепада давления. Как известно, эффект Джоуля — Томсона связан с неидеальностью газа и приводит к его охлаждению только ниже определенной температуры, называемой температурой инверсии. Температура инверсии гелия порядка 50К. Поэтому в ожижителях гелия, работающих на основе эффекта Джоуля — Томсона, необходимо иметь предварительную ступень охлаждения гелия жидким водородом.

П. Л. Капица создал установку для ожижения гелия, в которой охлаждение газа происходило благодаря совершению внешней работы при адиабатическом расширении газа в специальном детандере — поршневой машине. Этот метод является термодинамически наиболее выгодным, во много раз эффективнее метода, основанного на эффекте Джоуля — Томсона, и не требует предварительного охлаждения жидким водородом. Однако для его реализации необходимо было решить, казалось бы, неразрешимую задачу — найти материал для смазки, работающий при столь низких температурах. Петр Леонидович предложил очень смелое решение: использовать для „смазки“ сам газообразный гелий, оставив зазор между стенкой поршня и цилиндром в 35 мкм. Для того чтобы поршень при этом не перекашивался и не заклинивался, на нем было сделано несколько кольцевых канавок, по которым выравнивалось давление газа на стенку цилиндра»[7].

Первый ожижитель такого типа Андрюшин папа Петр Леонидович Капица построил 19 апреля 1934 года, сейчас по этому принципу строятся практически все ожижители…

С благодарностью вспоминая своего первого научного руководителя Петра Капицу, английский физик Ч. Дж. Милнер писал: «Он показывал жидкий гелий пяти или шести именитым особам, среди которых, несомненно, были Резерфорд и Фаулер (астрофизик, определивший давление в атмосфере звезд и заложивший основы теории белых карликов. — Прим. авт.). Жидкий гелий находился в колбе, закрепленной с нижней стороны ожижителя, и это вынуждало смотрящих становиться на колени и кланяться до земли. Через окно я заглянул в комнату, где находился ожижитель, и увидел их всех (кроме Капицы), стоящих в молитвенных позах перед машиной!»[8]

Д. Шенберг писал: «Местом, которое Капица любил показывать посетителям (особенно нервным), была комната ожижителя с очень легкой крышей, которая должна была взлетать в случае взрыва водорода — к счастью, такого ни разу не было!»[9]

После этого Петр Капица начал изучать свойства жидкого гелия и металлов при температурах около абсолютного нуля. «За фундаментальные изобретения и открытия в области физики низких температур» Петр Леонидович будет удостоен Нобелевской премии в 1978 году.

Все оказалось просто: Капица стал тем самым ученым, который покончил с физикой шарика, желоба и веревочки и основал физику машинного эксперимента.

А пока, при всех его научных достижениях, по воспоминаниям Д. Шенберга, «в Кембридже у него была репутация любителя автомобилей и отчаянного водителя. Когда перепуганный пассажир обращал его внимание на большие показания спидометра, проградуированного, разумеется, в милях в час, Капица обычно заверял его, что это специальный спидометр, показывающий скорость в километрах в час. Одна из лучших историй такого рода рассказывает о случае, когда он взялся подвезти своего друга Симпсона, священника и историка из Тринити-колледжа. Когда они подъезжали к опасному повороту, Капица обернулся к Симпсону и сказал: „Молитесь Богу, Симпсон! Молитесь Богу!“… Автомобили Капицы были… спортивного типа — „Лагонда“, потом „Триумф“»[10].

Ю. Б. Харитон считал: «Это был самый самоуверенный человек из всех, с кем я встречался. Он всегда был уверен, что, взявшись за какую-либо задачу, решит ее лучше всех»[11].

А еще Петр Капица никогда не забывал родины. В конце марта 1926 года, сразу после открытия Магнитной лаборатории, он впервые с 1921 года приехал в СССР по приглашению председателя коллегии Научно-технического управления ВСНХ СССР — им тогда был Лев Троцкий — и 20 мая вернулся обратно. А после женитьбы каждое лето стал проводить отпуск в СССР, попутно участвуя в разных научных заседаниях и дискуссиях. Так, в августе — сентябре 1930 года Петр Капица побывал в СССР и около двух недель провел в Харькове, где читал лекции и консультировал в УФТИ.

Ч. Дж. Милнер запомнил рассказы Капицы сразу после его поездки в СССР в 1933 году. Руководители страны задавали Петру Леонидовичу вопросы на грани научной фантастики, в духе мечтаний Циолковского: «Правительство интересовалось его мнением по вопросу использования энергии ветра в единой электрической сети — ведь СССР занимает столь большую территорию, что почти всегда где-нибудь да дуют сильные ветры… Обсуждалась возможность освещения городов ночью с помощью пучка радиоволн, направляемых в ионосферу. Таким образом, должно было возбуждаться люминесцентное свечение достаточной яркости, чтобы отпала необходимость в уличном освещении. Капица также рассказывал нам о расчетах, сделанных каким-то советским инженером, свидетельствующих о том, что самолет, летящий на запад, в стратосфере может „лететь вместе с солнцем“ и поэтому полет будет происходить постоянно при свете солнца. И если у самолета будет одно крыло белое, а другое — черное, то машина Карно, использующая эти крылья, сможет обеспечить движение самолета вперед»[12].