Андрей Капица. Колумб XX века

Особый папа

Регистратор подрайона Кембридж графства Кембридж, эсквайр Артур Леверингтон надвинул на нос очки, отвинтил колпачок с вечного пера и аккуратным, с красивыми виньетками почерком вывел в книге регистраций: Andrey Kapitsa, 9 July 1931. Роды прошли в Кембридже прямо в особняке на Huntingdon Road, 173, — четвертом английском доме советского гражданина Петра Капицы. Прошли на удивление тихо — даже «Петя не проснулся»[1].

Погода в то лето в Англии стояла особенно дождливая и туманная.

Тем временем на столике внизу, в прихожей кембриджского дома, росла гора визитных карточек, телеграмм и открыток с поздравлениями от родственников, друзей и знакомых. До нашего времени дожила большая раскладная открытка с улыбающимся розовым пупсом в коляске, склонившейся над ним мамашей в шляпке-клош и вложенной в специальный кармашек визиткой с дописанным от руки «Поздравляю!» от леди Резерфорд. А еще телеграмма из Глазго: «Сердечно поздравляю с благополучным прибытием нового профессора. Миллар» — и письмо от того же адресата: «Поцелуйте от меня малыша и от чистой души и сердца примите этот маленький вложенный чек — купите что-нибудь особенно нужное ему сейчас» c игривой подписью «Ваша любящая шотландская тетушка Элен Миллар». Это прислала вдова того самого инженера Томаса Миллара, что в 1897–1898 годах руководил в Ньюкасле на верфи Sir W. G. Armstrong Whitworth & Co Ltd. постройкой первого русского ледокола «Ермак». В 1914 году двадцатилетний Петя Капица провел у Милларов в Глазго лето, улучшая свой английский. А 28 апреля 1927 года уже Элен Миллар побывала на Петиной свадьбе в Париже, где вручила ему в подарок бутылку голландского джина «Old Geneva Superior» — ту самую, которую в день торжественного спуска на воду со стапелей «Ермака» подарил Томасу Миллару сам адмирал Степан Осипович Макаров.

Как вы уже можете догадаться, родители у новорожденного были не как у всех. Отец, Петр Леонидович Капица, на момент рождения Андрюши носил уже несколько научных титулов, о которых ученый может только мечтать: доктора философии Кембриджского университета (1923 год), члена-корреспондента Академии наук СССР (13 марта 1929 года) и действительного члена Лондонского Королевского общества (2 мая 1929 года). В том же 1929 году по представлению директора-организатора Украинского физико-технического института (УФТИ) в Харькове И. В. Обреимова председатель коллегии НТУ ВСНХ СССР Л. Б. Каменев назначил Петра Леонидовича консультантом УФТИ. А недавно Петр Леонидович стал еще и профессором-исследователем Королевского общества и директором Мондовской лаборатории (1930 год), которую общество строило на территории Кембриджского университета специально для него. Такое количество высоких званий для ученого было просто немыслимо! А всё потому, что смелостью и размахом своих физических опытов Петр Капица удивил даже лорда Эрнеста Резерфорда — одного из великих физиков начала ХХ века, открывшего планетарное строение атома. Как писал британский физик Дэвид Шенберг, изучавший сверхпроводимость, «Капица… обожал трудные задачи, и всякий раз, как я обращался к нему за помощью, он моментально выдавал целую кучу остроумных предложений…»[2]

По воспоминаниям американского физика российского происхождения С. П. Тимошенко, «большевистское правительство весьма щедро обеспечивало Капицу деньгами. Он ни в чем не испытывал недостатка. Он даже смог купить себе мотоцикл, с которым стал проделывать всякие опыты. Ему хотелось узнать, с какой скоростью эта штука может ездить… Эти опыты плохо для него закончились. Однажды, делая поворот на большой скорости, он потерял управление и приземлился в кювете… Хотя он и крепко расшибся, но руки и ноги остались целы. Серьезно пострадали лицо и грудь. Кто-то его подобрал и доставил в больницу, где его продержали больше недели. Капица рассказал мне, что ему надоело ждать, пока его раны заживут, и он отправился в лабораторию с забинтованной головой. Его появление произвело сенсацию»[3].

А теперь мы должны немного попрактиковаться в высокой физике, иначе нам никак не понять, зачем понадобился Великобритании, которая в те времена еще была всемирной империей, какой-то там советский гражданин.

Академик Юлий Борисович Харитон, один из «отцов» советской атомной бомбы, проходивший стажировку с 1926 по 1928 год в Кембриджском университете, вспоминал:

«Петр Леонидович начал свою экспериментальную работу в Кавендишской лаборатории в 1921 году (тогда ему было всего 27 лет. — Прим. авт.). По предложению Резерфорда он произвел измерение потерь энергии пучка альфа-частиц при прохождении через вещество. Это было на первый взгляд коварное предложение, так как в нескольких работах, выполненных между 1906 и 1913 годами, не удавалось из-за экспериментальных трудностей измерять энергию пучка менее 0,16 от начальной. Работа имела смысл лишь в том случае, если новый метод будет в несколько раз более чувствительным, чем использованный в предыдущих работах. Но, по-видимому, у Резерфорда уже создалось впечатление, что этот несколько необычный русский в силах выполнить такую трудную работу. И он действительно это сделал (не будем входить в технические детали), и за счет очень напряженной работы по 14 часов в сутки в очень короткий срок. Любой экспериментатор с восхищением прочтет статью с изложением этой работы. Уж очень хорошо все продумано, просчитано и ювелирно изготовлено — в основном собственными руками. А чувствительность получилась не 16 % от начальной энергии, как было в предшествовавших работах, а 0,3 %, т. е. в 50 раз выше…

Петр Леонидович после года с небольшим работы в Кембридже окончательно приобрел репутацию экспериментатора-рекордсмена. В результате уже в 1922 г. Резерфорд высказал Капице пожелание предоставить ему бо́льшую самостоятельность и возможность работать с рядом сотрудников.

Когда я приехал в Кембридж поработать в Кавендишской лаборатории в 1926 году с использованием рекомендации Петра Леонидовича, у него уже была небольшая, отдельно расположенная (но в том же комплексе зданий) лаборатория (так называемая Магнитная лаборатория, торжественно открытая 9 марта 1926 года канцлером Кембриджского университета, бывшим премьер-министром Великобритании лордом А. Д. Бальфуром. — Прим. авт.). В ней находилось уникальное оборудование для получения сильных магнитных полей — всем известный генератор мощностью 2000 кВт и ротор весом 2,5 т, который раскручивался мотором, а затем на одну сотую секунды замыкался на катушку, в которой создавалось магнитное поле…

Вскоре пусковые трудности — а их было немало — были преодолены и началась экспериментальная работа — исследование зависимости сопротивления металлов от магнитного поля. Была открыта знаменитая линейная зависимость сопротивления от поля вместо ранее известной квадратичной зависимости при слабых (в новом масштабе) полях (это „закон Капицы“, открытый им в 1928 году. — Прим. авт.).

Установка стала очень модной. Крупнейшие физики из разных стран приезжали взглянуть на нее. Называли по-всякому, вплоть до восьмого чуда света. До сих пор крупные, дорогие научные установки — телескопы — делались только для астрономов. Для неба делалось исключение. А теперь был сделан скачок в масштабе в экспериментальной физике. Я даже не знаю, что было важнее — полученные новые экспериментальные данные или осознание многими физиками того, что если перед физиками стоит серьезная задача, то возможно и создание большой дорогой установки. Всегда очень важен первый шаг. И он был сделан Петром Леонидовичем Капицей. А Резерфорд, вероятно интуитивно чувствуя это, энергично помогал ему, добывая необходимые средства»[4].

От могучего замыкания магнитная лаборатория всем нутром сотрясалась, а по округе прокатывался гром. Но Петя Капица всё рассчитал: катушку вместе с измерительными приборами он отнес на 20 метров от динамо-машины, чтобы электрический импульс приходил раньше, чем соленоид, и приборы начинало сотрясать искусственное землетрясение. А силища у этого агрегата была неимоверная!

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].