Андрей Капица. Колумб XX века

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.