В 1930-е годы научный мир столкнулся с явлением, которое не укладывалось ни в какие известные законы физики. Жидкий гелий вел себя так, словно нарушал все правила природы – протекал сквозь мельчайшие щели, выползал из сосудов по стенкам вверх, будто живое существо. Лучшие европейские лаборатории годами пытались объяснить это безумие, но разгадку нашел советский исследователь, работавший в условиях, далеких от идеальных.
История одного возвращения
Я много лет изучал биографии выдающихся ученых, и история Петра Капицы всегда поражала меня своей драматичностью. В 1934 году он был одним из ведущих физиков знаменитой Кавендишской лаборатории в Кембридже. Работал бок о бок с Резерфордом. Имел собственную установку для получения сверхнизких температур. А потом – резкий поворот судьбы.
Капица приехал в СССР в отпуск к родным, и советские власти просто не выпустили его обратно. Представьте: вы – признанный специалист с мировым именем, у вас в Англии лаборатория мечты, коллеги, оборудование. И вдруг все это остается за границей, а вы оказываетесь в стране, где научная база несравнимо слабее.
Многие на месте Капицы сломались бы. Но он повел себя иначе. Через дипломатические каналы добился, чтобы Резерфорд продал СССР его собственное оборудование из Кембриджа. Советское правительство выделило средства, технику демонтировали, погрузили на корабли и переправили в Москву. Так в 1935 году появился Институт физических проблем.
Загадка сверхтекучести
К тому времени научный мир уже несколько лет бился над странным поведением гелия. Когда этот газ охлаждали до температуры минус 271 градус по Цельсию (всего на два градуса выше абсолютного нуля), он превращался в жидкость с невероятными свойствами.
Голландский физик Виллем Кеезом заметил, что при такой температуре гелий внезапно перестает кипеть. Просто замирает. Канадец Джон Маклеллан обнаружил, что теплопроводность этой жидкости возрастает в миллионы раз – она проводила тепло лучше любого металла. Британские исследователи фиксировали, как гелий вытекает из сосуда через трещины толщиной в несколько атомов.
Но целостной картины не было. Каждый видел отдельные кусочки мозаики, но собрать их воедино никто не мог. Ситуация напоминала ту, когда пять слепых мудрецов описывают слона, ощупывая разные его части – один трогает хобот, другой ногу, третий хвост, и каждый думает, что перед ним совершенно разные создания.
Прорыв в подвале
Капица подошел к проблеме с другой стороны. Вместо того чтобы изучать теплопроводность или утечки, он решил измерить вязкость – то, насколько жидкость сопротивляется течению. Для этого он сконструировал специальный прибор с тончайшими капиллярами.
И вот в 1938 году, в подвале своего института, он получил результат, который заставил его перепроверять измерения снова и снова. При температуре ниже минус 271 градуса вязкость гелия падала практически до нуля. Жидкость текла абсолютно свободно, без малейшего сопротивления.
Капица работал в условиях, которые европейские коллеги сочли бы невыносимыми. Институт недостроен. Оборудование собрано наспех. В стране начинаются репрессии – многие знакомые ученые исчезают за одну ночь. Сам Капица постоянно ходит по лезвию бритвы в отношениях с властью.
И вот в этих условиях он делает открытие мирового уровня. Называет явление сверхтекучестью. Впервые дает ему строгое физическое объяснение. Его статья выходит в 1938 году в журнале "Nature", и мировое научное сообщество понимает: задача решена.
Что это значило
Открытие Капицы оказалось фундаментальным. Он показал, что при определенных условиях жидкость может течь вообще без трения. Это было первое макроскопическое проявление квантовых эффектов – когда законы микромира атомов начинают работать для вещества, видимого глазом.
Представьте: вы наливаете воду в стакан, и она сама выползает по стенке наружу, стекает по внешней стороне и собирается в лужу на столе. Именно так ведет себя сверхтекучий гелий. Он может протекать сквозь стенки сосуда, если в них есть микропоры. Может образовывать фонтаны, когда его нагревают. Течет абсолютно бесшумно, потому что трение отсутствует полностью.
Через десять лет, в 1978 году, Капице дали Нобелевскую премию за это открытие. Но к тому времени ему было уже 84 года, и большую часть жизни он прожил в стране, отрезанной от мировой науки железным занавесом.
Уроки истории
Эта история научила меня важной вещи: прорывы совершаются не благодаря идеальным условиям, а вопреки их отсутствию. Капица потерял лабораторию в Кембридже, оказался в изоляции, работал в недостроенном здании. Но он не сдался. Он создал новую лабораторию, собрал команду, поставил эксперимент.
Европейские ученые имели лучшее оборудование, больше свободы, доступ к коллегам. Но решение нашел человек, который смотрел на проблему свежим взглядом, без груза предыдущих неудачных попыток. Он задал правильный вопрос – не "почему гелий так себя ведет?", а "как именно он течет?". И этот вопрос привел к ответу.
Сегодня сверхтекучесть изучают во всех физических университетах мира. Это явление помогло понять природу сверхпроводимости, квантовых жидкостей, поведения материи при экстремальных условиях. А началось все с упрямства одного советского физика, который отказался признать, что отсутствие идеальных условий – повод опустить руки.