Пути в незнаемое

На этот вопрос Капица ответил так: мы достигли той максимальной скорости, с которой тонкий слой жидкого гелия-II еще может двигаться, не теряя характерного для него свойства сверхтекучести. Эту скорость Капица назвал критической. В зависимости от ширины щели и температуры жидкости она менялась в пределах от 80 до 110 сантиметров в секунду.

Увы, даже наибольшее значение критической скорости — 110 см/сек — было слишком мало для того, чтобы пристенное течение тонких слоев гелия-II могло скомпенсировать всю массу жидкости, вытекающей из бульбочки.

И тут нить мысли перешла из рук Капицы в руки Ландау.

Капица и Ландау здорово дополняли друг друга. И, безусловно, оба ощущали огромную потребность друг в друге. К этому еще примешивалось никогда не иссякавшее чувство благодарности, которое Ландау испытывал к Капице, помогшему ему в трудные минуты жизни. Но об этом он говорил редко. Ландау предпочитал расхваливать Капицу за трезвый ум, за умение настоять на разумном решении вопроса, за абсолютное понимание физики, наконец, за великолепное научное творчество, в частности за его последние работы.

Я все старался тогда осмыслить понятия «живой» и «мертвой» жидкости, на которые Дау разделил гелий-II.

Более всего меня поразил предсказанный Ландау опыт с вращением гелия-II: нормальная компонента («живая») должна была вращаться вместе со стаканом, а сверхтекучая («мертвая») — оставаться неподвижной.

Я заканчивал работу над сверхпроводимостью сплавов, потом закончил ее, потом расстался с Институтом физических проблем почти на четыре года, но так и не смог расстаться с мыслями об опыте с вращающимся стаканом, в котором жидкий гелий должен был стоять и двигаться одновременно. Парадокс!

Но здесь мне придется уклониться от пересказа блистательной теории Ландау, объяснившей открытие Капицы, — нельзя пугать читателя множеством непривычных сведений о «якобы-частицах». квазичастицах — фононах и ротонах, о «структуре тепла», об «энергетической щели» — то есть о минимальной энергии, которая в значительной степени предопределяет сущность самого явления сверхтекучести, отличая жидкий гелий от всех других, неквантовых, классических жидкостей.

Что же следует из того, что в гелии-II в каждый данный момент в тепловое движение вовлечена только часть атомов, притом во всякое мгновение — разные атомы? Испытывать трение могут только те участки жидкости, в которых в данный момент есть тепло: трение всегда связано с выделением тепла. Поэтому при протекании через тонкие капилляры и щели такие участки жидкости будут тормозиться. А участки, лишенные тепла, будут просачиваться через тончайшие зазоры, не испытывая трения. Отсюда следует, что жидкость можно отфильтровать от содержащегося в ней тепла чисто механическим образом. Этим и воспользовался Капица, когда он измерял вязкость гелия по скорости его протекания через щель или когда он заставлял втекать в бульбочку навстречу выделявшемуся в ней теплу тонкий слой жидкости, теплосодержание которого оказалось равным нулю.

Ландау представил себе гелий-II как смесь двух компонент, обладающих диаметрально противоположными свойствами. Если нагревать гелий-II, то нормальная компонента, то есть охваченная тепловым движением, будет стремиться в более холодные части жидкости, а сверхтекучая — навстречу теплу. И хотя жидкость будет неподвижна как целое, обе компоненты потекут навстречу друг другу, выравнивая температуру во всем объеме.

Но как определить взаимную концентрацию нормальной и сверхтекучей компонент при разных температурах?

Вот для решения этого вопроса Ландау и предложил вращать стакан, наполненный гелием-II. Тогда нормальная компонента увлечется стенками, а сверхтекучая будет оставаться неподвижной.

Но как определить, сколько гелия стоит на месте и сколько вращается вместе с вращающимся стаканом?..

Этот-то опыт и запал мне в душу, и мысли о нем не покидали меня последующие годы.

9. И все-таки мне везло…

…Но в июле 1941 года мы погрузили станки, ожижительные машины и большую часть научного оборудования в товарный состав и отправились в эвакуацию в Казань. Развернули кое-какие лаборатории в аудиториях и коридорах Казанского университета и стали ждать приезда Капицы, пока остававшегося в Москве.

Вскоре он приехал, полный планов и замыслов. Большинство сотрудников института было сконцентрировано вокруг проблемы получения жидкого кислорода новым капицевским методом — турбодетандером, работавшим от компрессоров низкого давления. Кислород прежде всего был нужен для военных аэродромов. К внедрению первых передвижных установок институт приступил уже в первые месяцы войны. Затем возникла проблема создания мощных стационарных установок, которые работали бы на тех же новых принципах и могли бы содействовать переводу металлургических заводов на кислородное дутье. Петр Леонидович возглавил Главное управление кислородной промышленности при Совете Народных Комиссаров СССР.

В этих работах Института физпроблем мне не пришлось участвовать: Академия наук Грузии отозвала меня из докторантуры, и в октябре 1941-го я покинул Казань.