Штурм абсолютного нуля

На следующей странице изображена кривая зависимости электрического сопротивления ртути от температуры, построенная на основании результатов этого эксперимента. С понижением температуры сопротивление ртути постепенно уменьшается — кривая более или менее плавно снижается. Вот температура упала до точки кипения гелия, вот она стала чуть меньше.

Что произойдет дальше? Может быть, кривая, в соответствии с теорией Нернста, будет так же плавно снижаться вплоть до абсолютного нуля температуры?

Может быть, наоборот, кривая круто повернет вверх, устремляясь в бесконечность, как это следовало бы ожидать из результатов Дьюара?

Оказывается, при температуре несколько ниже точки кипения гелия кривая резко повернула вниз, словно провалившись в пропасть. Электрическое сопротивление ртути внезапно исчезло.

Ученый снова и снова повторял эксперимент: ход кривой повторялся с завидным постоянством.

С тех пор в науку вошло новое понятие — сверхпроводимость — явление скачкообразного исчезновения электрического сопротивления металла при охлаждении его до достаточно низкой температуры.

Вскоре оказалось, что явление сверхпроводимости присуще не только ртути, но и олову, свинцу, некоторым другим металлам и сплавам, причем каждый из них имеет свою температуру перехода в сверхпроводящее состояние, которую принято называть критической температурой.

Открытие сверхпроводимости. График иллюстрирует удивительное поведение кривой зависимости, электрического сопротивления ртути от температуры вблизи абсолютного нуля. Резко поворачивая вниз, кривая устремляется в манящую своей загадочностью область сверхпроводимости.

Так завершился продолжавшийся почти сто лет марш первопроходцев в область абсолютного нуля.

Камерлинг — Оннес, первый проникший в эту область, сделал одно из самых выдающихся открытий XX века. Он обнаружил совершенно новое свойство вещества, скрытое ранее в области очень низких температур, — сверхпроводимость.

В 1913 году Оннесу была присуждена Нобелевская премия по физике «За исследование свойств материи при низких температурах, которое привело, между прочим, к получению жидкого гелия». В 1925 году он был избран членом — корреспонден- том Академии наук СССР.

4. Как измерить «ничего». Вечное движение. Привередливые сверхпроводники. «Гроб Магомета». Заколдованный круг.

Мы говорим, что сверхпроводимость характеризуется исчезновением электрического сопротивления. Но если сопротивление «исчезает», то как его измерить?

Физики на слово не верят. Между тем каждый, даже самый точный физический прибор обладает некоторой погрешностью измерения. Если, к примеру, стрелка амперметра, включенного в электрическую цепь, стоит на нуле, то не спешите делать вывод, что в цепи нет никакого электрического тока. Вы можете только сказать, что ток в цепи не превышает некоторую, пусть очень малую величину, определяемую чувствительностью прибора (эта величина обычно указывается в паспорте прибора).

Каким же образом Камерлинг — Оннесу удалось измерить исчезновение электрического сопротивления?

Оннес изготовил катушку из свинцового провода и поместил ее в сосуд Дьюара, заполненный жидким гелием. Катушка охладилась до сверхпроводящего состояния. Она была подключена через первый ключ к электрической батарее, а с помощью второго, сверхпроводящего ключа катушку можно было замыкать накоротко. В начале эксперимента первый ключ был замкнут, а второй разомкнут. При этом ток, возбуждаемый батареей, проходил через катушку, создавая вокруг нее магнитное поле. Под влиянием этого поля отклонялась стрелка магнитного компаса, расположенного вне сосуда Дьюара. Затем второй ключ замыкался, а первый размыкался. Таким образом, свинцовая обмотка оказалась замкнутой накоротко. Однако стрелка компаса оставалась отклоненной, показывая, что ток все еще протекал через обмотку, хотя она теперь от батареи не питалась.

Если бы обмотка обладала каким‑нибудь, даже очень малым электрическим сопротивлением, то ток в катушке постепенно уменьшался бы во времени, или, как говорят физики, затухал, вплоть до его полного исчезновения.

Но ничего подобного не произошло. В свинцовой обмотке все время циркулировал электрический ток. И до тех пор пока через несколько часов жидкий гелий в сосуде Дьюара полностью не испарился и обмотка перестала быть сверхпроводящей, не было ни малейшего изменения отклонения стрелки.