|
№
25-26 (4086-4087)
июнь 2004 |
Жизнь для науки
(К 110-летию со дня рождения П.Л. Капицы)
Выдающийся физик Петр Леонидович Капица родился 8 июля 1894 года в семье военного инженера, полковника, а затем – генерала русской армии.
По окончании гимназии в Кронштадте он поступил на факультет инженеров-электриков Петербургского политехнического института, который закончил в 1918 г. Следующие три года молодой учёный преподавал в том же институте. Под руководством А.Ф. Иоффе, первым в России приступившего к исследованиям в области атомной физики, Капица вместе со своим однокурсником Николаем Семёновым разрабатывает метод измерения магнитного момента атома в неоднородном магнитном поле, который в 1921 г. был усовершенствован Отто Штерном.
В 1921 г. Петру Леонидовичу позволили выехать в Англию, где он стал сотрудником Эрнеста Резерфорда, работавшего в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Талантливый учёный быстро завоевал уважение Резерфорда и стал его другом.
Первые исследования, проведенные русским физиком в Кембридже, были посвящены отклонению испускаемых радиоактивными ядрами альфа- и бета-частиц в магнитном поле. Эксперименты подтолкнули его к созданию мощных электромагнитов. Разряжая электрическую батарею через небольшую катушку из медной проволоки (при этом происходило короткое замыкание), учёному удалось получить магнитные поля, в 6 - 7 раз превосходившие все прежние. Разряд не приводил к перегреву или механическому разрушению прибора, так как продолжительность его составляла всего лишь около 0,01 секунды.
Создание уникального оборудования для измерения температурных эффектов, связанных с влиянием сильных магнитных полей на свойства вещества, например на магнитное сопротивление, привело Капицу к изучению проблем физики низких температур. Чтобы достичь таких температур, необходимо было располагать большим количеством сжиженных газов. Разрабатывая принципиально новые холодильные машины и установки, он использовал весь свой недюжинный талант физика и инженера. Вершиной его творчества в этой области явилось создание в 1934 г. необычайно производительной установки для сжижения гелия, который кипит (переходит из жидкого состояния в газообразное) или сжижается (переходит из газообразного состояния в жидкое) при температуре около 4,3 К. Сжижение этого газа считалось наиболее трудным. Впервые жидкий гелий был получен в 1908 г. голландским физиком Хайке Каммерлинг-Оннесом. Но установка Капицы была способна производить 2 л. жидкого гелия в час, тогда как по методу Каммерлинг-Оннеса на получение небольшого его количества с примесями требовалось несколько дней. В установке Капицы гелий подвергается быстрому расширению и охлаждается прежде, чем тепло окружающей среды успевает согреть его; затем расширенный гелий поступает в машину для дальнейшей обработки. Петру Леонидовичу удалось преодолеть и проблему замерзания смазки движущихся частей при низких температурах, использовав и для этих целей жидкий гелий.
В Кембридже научный авторитет учёного быстро рос. Он успешно продвигался по ступеням академической иерархии. В 1923 г. Капица стал доктором наук и получил престижную стипендию Джеймса Клерка Максвелла. В 1924 г. он был назначен заместителем директора Кавендишской лаборатории по магнитным исследованиям, а в 1925 г. стал членом Тринити-колледжа. В 1928 г. Академия наук СССР присвоила Петру Леонидовичу учёную степень доктора физико-математических наук и в 1929 г. избрала его своим членом-корреспондентом. В следующем году выдающийся учёный становится профессором-исследователем Лондонского королевского общества. По настоянию Резерфорда Королевское общество строит специально для него новую лабораторию. Она была названа лабораторией Монда в честь химика и промышленника германского происхождения Людвига Монда, на средства которого, оставленные по завещанию Лондонскому королевскому обществу, была построена. Открытие лаборатории состоялось в 1934 г., и её первым директором стал П.Л. Капица. Но ему было суждено проработать там всего лишь один год.
Отношения между учёным и советским правительством всегда были довольно неоднозначными. За время своего тринадцатилетнего пребывания в Англии он несколько раз возвращался в Советский Союз, чтобы прочитать лекции, навестить мать и провести отпуск на каком-нибудь русском курорте. Советские официальные лица неоднократно обращались к нему с просьбой остаться в СССР. Капица относился с интересом к таким предложениям, но выставлял определённые условия, в частности, свободу поездок на Запад, из-за чего решение вопроса откладывалось. В конце лета 1934 г. Пётр Леонидович вместе с женой в очередной раз приехали в Советский Союз, но, когда супруги приготовились вернуться в Англию, оказалось, что их выездные визы аннулированы. После яростной, но бесполезной стычки с официальными лицами в Москве учёный был вынужден остаться на родине, а его жене было разрешено вернуться в Англию к детям. Несколько позднее Анна Алексеевна присоединилась к мужу в Москве, а вслед за ней приехали и дети. Резерфорд и другие друзья Капицы обращались к советскому правительству с просьбой разрешить ему выезд для продолжения работы в Англии, но тщетно.
В 1935 г. ему было предложено стать директором вновь созданного Института физических проблем Академии наук СССР, но, прежде чем дать согласие, он почти год отказывался от предлагаемого поста. Резерфорд, смирившись с потерей своего выдающегося сотрудника, позволил советским властям купить оборудование лаборатории Монда и отправить его морским путём в СССР. Переговоры, перевоз оборудования и монтаж его в Институте физических проблем заняли несколько лет.
В конце 30-х годов Капица возобновил свои исследования по физике низких температур, в том числе свойств жидкого гелия. Он проектировал установки для сжижения других газов. В 1938 г. он усовершенствовал небольшую турбину, очень эффективно сжижавшую воздух. Ему удалось обнаружить необычайное уменьшение вязкости жидкого гелия при охлаждении до температуры ниже 2,17 К, при которой он переходит в форму, называемую гелием-2. Утрата вязкости позволяет ему беспрепятственно вытекать через мельчайшие отверстия и даже взбираться по стенкам контейнера, как бы «не чувствуя» действия силы тяжести. Отсутствие вязкости сопровождается также увеличением теплопроводности. Учёный назвал открытое им новое явление сверхтекучестью.
Статья Капицы 1938 г. и две другие работы, опубликованные в 1942 г., принадлежат к числу его наиболее важных работ по физике низких температур.
Послевоенные научные работы П.Л. Капицы охватывают самые различные области физики, включая гидродинамику тонких слоёв жидкости и природу шаровой молнии, но основные его интересы сосредоточены на микроволновых генераторах и изучении различных свойств плазмы. Под плазмой принято понимать газы, нагретые до столь высокой температуры, что их атомы теряют электроны и превращаются в заряженные ионы. В отличие от нейтральных атомов и молекул обычного газа на ионы действуют большие электрические силы, создаваемые другими ионами, а также электрические и магнитные поля, создаваемые любым внешним источником. Именно поэтому плазму иногда считают особой формой материи. Плазма используется в термоядерных реакторах, работающих при очень высоких температурах. В 50-е гг., работая над созданием микроволнового генератора, Капица обнаружил, что микроволны большой интенсивности порождают в гелии отчетливо наблюдаемый светящийся разряд. Измеряя температуру в центре гелиевого разряда, он установил, что на расстоянии в несколько миллиметров от границы разряда температура изменяется примерно на 2 000 000 К. Это открытие легло в основу проекта термоядерного реактора с непрерывным подогревом плазмы. Возможно, что такой реактор окажется проще и дешевле, чем термоядерные реакторы с импульсным режимом подогрева, используемые в других экспериментах по термоядерному синтезу.
Помимо достижений в экспериментальной физике, Капица проявил себя как блестящий администратор и просветитель. Под его руководством Институт физических проблем стал одним из наиболее продуктивных и престижных институтов Академии наук СССР, привлекшим многих ведущих физиков страны. Блестящий учёный принимал участие в создании научно-исследовательского центра неподалеку от Новосибирска – Академгородка, и высшего учебного заведения нового типа – Московского физико-технического института. Построенные им установки для сжижения газов нашли широкое применение в промышленности. Использование кислорода, извлеченного из жидкого воздуха, для кислородного дутья произвело подлинный переворот в советской сталелитейной промышленности.
В преклонные годы Капица, который никогда не был членом коммунистической партии, используя весь свой авторитет, критиковал сложившуюся в Советском Союзе тенденцию выносить суждения по научным вопросам, исходя из ненаучных оснований. Он выступал против строительства целлюлозно-бумажного комбината, грозившего загрязнить своими сточными водами озеро Байкал; осудил предпринятую КПСС в середине 60-х гг. попытку реабилитировать Сталина и вместе с Андреем Сахаровым и другими представителями интеллигенции подписал письмо с протестом против принудительного заключения в психиатрическую больницу биолога Жореса Медведева. Капица был членом Советского комитета Пагуошского движения за мир и разоружение. Он высказал также несколько предложений о способах преодоления отчуждения между советской и американской науками.
Учёный был удостоен Нобелевской премии по физике в 1978 г. «за фундаментальные изобретения и открытия в области физики низких температур», разделив эту награду с Арно А. Пензиасом и Робертом В. Вильсоном. Он был удостоен многих наград и почётных званий как у себя на родине, так и во многих странах мира, являлся почётным доктором одиннадцати университетов на четырёх континентах, состоял членом многих научных обществ, академий, был обладателем многочисленных наград и премий.
Умер он 8 апреля 1984 г.
В 1994 г. учреждены серебряная и золотая медали Петра Леонидовича Капицы для награждения авторов научных открытий. Среди награждённых золотой медалью П.Л. Капицы – лауреат Нобелевской премии, академик РАН А.М. Прохоров, лауреат Нобелевской премии И.Р. Пригожин (Бельгия), академик РАН и почётный член РАЕН А.Ю. Ишлинский, почётный вице-президент РАЕН С.П. Капица, ректор МГУ им. М.В. Ломоносова, академик РАН и почётный член РАЕН В.А. Садовничий; академик РАН и почетный член РАЕН А.Л. Яншин и другие.
По данным Интернет
подготовила Елена Ерова
|
