Пётр Капица - Эксперимент, Теория, Практика. Статьи, Выступления
Здесь уместно отметить, что работы П. Л. Капицы по сверхсильным полям и ожижителям, демонстрируют редкое сочетание в одном человеке крупного ученого и инженера.
Петр Леонидович — одним из первых использовал в лаборатории крупные современные технические агрегаты и в то же время переносил последние достижения физики непосредственно в практику. Это было начало того процесса, который теперь развился в полной мере и является характерной чертой современной научно-технической революции.
В области физики низких температур П. Л. Капица начинает серию чрезвычайно изящных экспериментов по изучению свойств жидкого гелия. Результатом этих экспериментов было открытие Петром Леонидовичем в 1937 г. сверхтекучести гелия. Им было показано, что вязкость жидкого гелия при температуре ниже 2,19° К при его протекании через тонкие щели во столько раз меньше вязкости любой самой маловязкой жидкости, что она, по-видимому, равна нулю, и поэтому он назвал такое состояние гелия сверхтекучим. В ходе исследований аномальных свойств жидкого гелия П. Л. Капица поставил ряд необычайно тонких и наглядных экспериментов, доказывающих совершенно необычные свойства жидкого гелия при температуре ниже 2,19° К.
Работы П. Л. Капицы по изучению свойств жидкого гелия — блестящий образец подхода настоящего физика-экспериментатора к разрешению сложной проблемы. Когда читаешь его статьи, получаешь эстетическое удовольствие, следя за тем, как шаг за шагом, ставя все новые эксперименты, Петр Леонидович приходит к фундаментальному открытию сосуществования в гелии двух жидкостей с совершенно различными свойствами, которые могут двигаться навстречу друг другу.
Это открытие положило начало развитию совершенно нового направления в физике, а именно квантовой физике конденсированного состояния. Для его объяснения пришлось ввести новые квантовые представления — так называемые элементарные возбуждения, или квазичастицы.
В процессе исследований теплопередачи в жидком гелии Петр Леонидович установил также следующий важный факт: при передаче тепла от твердого тела к жидкому гелию на границе раздела возникает скачок температуры, величина которого сильно растет с понижением температуры — так называемый скачок Капицы. Это также показало необходимость квантового подхода к описанию, казалось бы, столь классического явления, как явление переноса.
В конце 40-х годов П. Л. Капица обращается к совершенно иному кругу физических задач — к вопросу о создании мощных генераторов СВЧ колебаний непрерывного действия. Петру Леонидовичу удалось решить сложную математическую задачу о движении электронов в СВЧ генераторах магнетронного типа.
На базе этих расчетов он конструирует СВЧ генераторы нового типа — планотрон и ниготрон. Мощность ниготрона составляет рекордную величину — 175 квт в непрерывном режиме. В процессе изучения этих мощных генераторов П. Л. Капица столкнулся с неожиданным явлением — при помещении колбы, наполненной гелием, в пучок излучаемых генератором электромагнитных волн в гелии возникал разряд с очень ярким свечением, а стенки кварцевой колбы плавились. Это навело Петра Леонидовича на мысль, что применяя мощные СВЧ электромагнитные колебания, можно нагреть плазму до очень высоких температур.
Он присоединяет к ниготрону камеру, представляющую собой резонатор для СВЧ колебаний. Наполняя эту камеру различными газами (гелий, водород, дейтерий) под давлением в 1—2 атмосферы, Петр Леонидович обнаружил, что в центре камеры (где интенсивность СВЧ колебаний максимальная) в газе возникает шнуровой разряд.
Применяя различные методы диагностики плазмы, П. Л. Капица показал, что температура электронов плазмы в этом разряде составляет около 1 миллиона градусов. Эти исследования П. Л. Капицы, которые он интенсивно продолжает, открыли новый путь в решении задачи о создании термоядерного реактора, позволили ему произвести полный расчет такого реактора.
В первом разделе настоящей книги собраны доклады и лекции, в которых Петр Леонидович рассказывает о работах по сверхсильным магнитным полям, о знаменитых опытах, приведших к открытию сверхтекучести гелия, и о проблемах получения и использования кислорода. В этом разделе публикуется также статья П. Л. Капицы «О природе шаровой молнии». Толчком к написанию этой работы послужил описанный выше эксперимент с возникновением разряда в поле излучения мощных генераторов. Петр Леонидович Капица является не только выдающимся ученым, но и крупным организатором науки. Будучи директором Института физических проблем, членом Президиума Академии наук СССР и главным редактором ведущего физического журнала страны, он отдает много сил конкретной научно-организационной деятельности.
Как и в своей научной работе, он и здесь выступает новатором, борющимся против бюрократических методов руководства и ищущим наиболее прогрессивные методы в организации управления таким тонким механизмом, каким является коллектив творческих научных работников. Второй раздел настоящей книги содержит выступления Петра Леонидовича, посвященные этой теме.
В этом разделе публикуется доклад об организации научной работы в Институте физических проблем АН СССР. Читатели старшего поколения вспомнят, что многое, о чем говорил Петр Леонидович в начале 40-х годов, в то время звучало очень необычно, а сейчас стало нормой работы в большинстве институтов. В этом разделе собраны также выступления П. Л. Капицы по более общим вопросам организации и планирования науки и ее связи с производством.
Петр Леонидович Капица всегда уделяет большое внимание проблемам воспитания и отбора молодежи, способной к творческой научной работе. Он был одним из инициаторов создания Московского физико-технического института и является председателем Координационного совета этого института.
Петр Леонидович всегда сам проводит заседания Государственной экзаменационной комиссии по защите дипломов студентами МФТИ, выполнявшими свои дипломные работы в Институте физических проблем. Он также всегда сам принимает вступительные экзамены в аспирантуру и к каждому экзамену составляет набор задач для экзаменующихся. Особенность этих задач состоит в том, что они не имеют стандартного решения. В задачах всегда рассматривается конкретный физический опыт или явление. В процессе их решения экзаменующийся должен сам проанализировать, какие взаимодействия и эффекты в рассматриваемом явлении являются существенными, а какими можно пренебречь.
В третьем разделе книги приведены некоторые из задач такого типа. В этом же разделе приведены выступления Петра Леонидовича, посвященные проблемам творческого воспитания молодежи.
В четвертом разделе книги собраны статьи П. Л. Капицы, посвященные ряду выдающихся ученых. Многие из этих статей возникли в результате обработки его выступлений на юбилейных заседаниях, посвященных памяти этих ученых.
Благодаря тому, что Петр Леонидович ко всякому своему выступлению относится весьма серьезно, он внес большой оригинальный вклад и в область истории науки, проводя глубокий анализ научного творчества ряда ученых, стремясь вскрыть объективные причины и индивидуальные черты, способствовавшие успеху их научной деятельности.
В статьях о людях, с которыми Петр Леонидович был близок (Э. Резерфорд, И. П. Павлов, П. Ланжевен, Л. Д. Ландау), он рисует их яркие живые портреты. В этом разделе публикуется также доклад П. Л. Капицы «О некоторых этапах развития исследований в области магнетизма», с которым он выступил на открытии Международной конференции по магнетизму в /973 г.
Петр Леонидович Капица не только большой ученый и выдающийся организатор науки — он крупный общественный деятель. Его волнуют все аспекты развития человеческого общества. Он — член Советского национального комитета Пагоушского движения ученых за мир и разоружение и активно участвует в этом движении. Он неоднократно выступал по вопросам будущего развития человеческого общества, особенно в связи с такими актуальными проблемами, как борьба за разоружение, проблема загрязнения окружающей среды, экологический кризис. Часть таких выступлений собрана в пятом разделе книги.
Петру Леонидовичу Капице исполняется восемьдесят лет. Он полон сил и творческих планов. Несмотря на большую занятость научно-организационными и общественными делами, он ежедневно работает в своей лаборатории. Его энергии и увлеченности работой могут позавидовать многие молодые научные работники.
СИЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ. ИХ ПОЛУЧЕНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ С НИМИ
Доклад на заседании Студенческого научного клуба Оксфордского университета 27 февраля 1931 г.
Опубликован в журнале «Transactions of the Oxford University Junior Scientific Club» (5) 4, 129 (1931). Перевод с англ. А. Б. Ваганова.
В свете современных знаний мы считаем, что структура атома, по существу, является динамической, т. е. атом представляет собой систему, в которой заряженные тела вращаются вокруг центрального ядра, причем свойства атома полностью зависят от числа электронов и вида их орбит. Следовательно, такие свойства, как, например, магнитные моменты, силы сцепления, спектры и т. д., можно изменить, если найти средство возмущать движение орбитальных электронов. Наиболее эффективно это можно сделать, воздействуя на атом внешним магнитным полем.
