Нобелевские лауреаты в области физики

систему уравнения электродинамики одного из ярких представителей

дальнодействия Неймана. В результате этой работы Герц написал свою систему

уравнений, из которой легко получались уравнения Максвелла. Герц

разочарован, ведь он пытался доказать универсальность электродинамических

теорий представителей дальнодействия, а не теории Максвелла. «Данный вывод

нельзя считать точным доказательством максвелловской системы как

единственно возможной», — делает он для себя, по существу, успокаивающий

вывод.

В 1885 г. Герц принимает приглашение технической школы в Карлсруэ, где

будут проведены его знаменитые опыты по распространению электрической силы.

Еще в 1879 г. Берлинская академия наук поставила задачу: «Показать

экспериментально наличие какой-нибудь связи между электродинамическими

силами и диэлектрической поляризацией диэлектриков». Предварительные

подсчеты Герца показали, что ожидаемый эффект будет очень мал даже при

самых благоприятных условиях. Поэтому, видимо, он и отказался от этой

работы осенью 1879 г. Однако он не переставал думать о возможных путях ее

решения и пришел к выводу, что для этого нужны высокочастотные

электрические колебания.

Герц тщательно изучил все, что было известно к этому времени об

электрических колебаниях и в теоретическом, и в экспериментальном планах.

Найдя в физическом кабинете технической школы пару индукционных катушек и

проводя с ними лекционные демонстрации, Герц обнаружил, что с их помощью

можно было получить быстрые электрические колебания с периодом 10-8С. В

результате экспериментов Герц создал не только высокочастотный генератор

(источник высокочастотных колебаний), но и резонатор — приемник этих

колебаний.

Генератор Герца состоял из индукционной катушки и присоединенных к ней

проводов, образующих разрядный промежуток,

[pic]

резонатор — из провода прямоугольной формы и двух шариков на его

концах, образующих также разрядный промежуток. В результате проведенных

опытов Герц обнаружил, что если в генераторе будут происходить

высокочастотные колебания (в его разрядном промежутке проскакивает искра),

то в разрядном промежутке резонатора, удаленном от генератора даже на 3 м,

тоже будут проскакивать маленькие искры. Таким образом, искра во второй

цепи возникала без всякого непосредственного контакта с первой цепью. Каков

же механизм ее передачи? Или это электрическая индукция, согласно теории

Гельмгольца, или электромагнитная волна, согласно теории Максвелла? В 1887

г. Герц пока ничего еще не говорит об электромагнитных волнах, хотя он уже

заметил, что влияние генератора на приемник особенно сильно в случае

резонанса (частота колебаний генератора совпадает с собственной частотой

резонатора).

Проведя многочисленные опыты при различных взаимных положениях

генератора и приемника, Герц приходит к выводу о существовании

электромагнитных волн, распространяющихся с конечной скоростью. Будут ли

они вести себя, как свет? И Герц проводит тщательную проверку этого

предположения. После изучения законов отражения и преломления, после

установления поляризации и измерения скорости электромагнитных волн он

доказал их полную аналогию со световыми. Все это было изложено в работе «О

лучах электрической силы», вышедшей в декабре 1888 г. Этот год считается

годом открытия электромагнитных волн и экспериментального подтверждения

теории Максвелла. В 1889 г., выступая на съезде немецких

естествоиспытателей, Герц говорил: «Все эти опыты очень просты в принципе,

тем не менее они влекут за собой важнейшие следствия. Они рушат всякую

теорию, которая считает, что электрические силы перепрыгивают пространство

мгновенно. Они означают блестящую победу теории Максвелла. Насколько

маловероятным казалось ранее ее воззрение на сущность света, настолько

трудно теперь не разделить это воззрение».

Напряженная работа Герца не прошла безнаказанно для его и без того

слабого здоровья. Сначала отказали глаза, затем заболели уши, зубы и нос.

Вскоре началось общее заражение крови, от которого и скончался знаменитый

уже в свои 37 лет ученый Генрих Герц.

Герц завершил огромный труд, начатый Фарадеем. Если Максвелл

преобразовал представления Фарадея в математические образы, то Герц

превратил эти образы в видимые и слышимые электромагнитные волны, ставшие

ему вечным памятником. Мы помним Г. Герца, когда слушаем радио, смотрим

телевизор, когда радуемся сообщению ТАСС о новых запусках космических

кораблей, с которыми поддерживается устойчивая связь с помощью радиоволн. И

не случайно первыми словами, переданными русским физиком А. С. Поповым по

первой беспроволочной связи, были: «Генрих Герц».

Петр Капица

Опыт—вот учитель жизни вечный.

Гете

Академик ПЕТР ЛЕОНИДОВИЧ КАПИЦА (1894—1984)—выдающийся советский

физик, лауреат Нобелевской премии, дважды Герой Социалистического Труда,

дважды лауреат Государственной премии СССР, почетный член 13 национальных и

2'международных академий наук, почетный доктор многих иностранных

университетов и институтов, обладатель различных именных медалей. Он один

из крупных и талантливых организаторов советской науки, первоклассный

исследователь-экспериментатор, автор ряда теоретических работ и конструктор-

новатор.

П. Л. Капица родился 26 июня (9 июля) 1894 г. в Кронштадте. Его отец,

Леонид Петрович, был одаренным военным инженером, генералом, строителем

укреплений Кронштадта; мать, Ольга Иеронимовна, была высоко образованной

женщиной, отдавшей много сил литературной, педагогической н общественной

деятельности.

После года учебы в гимназии Петр Капица перешел в Кронштадтское

реальное училище, которое закончил с отличием. Уже в училище обнаружились

его хорошие способности к физике и электротехнике. С детства он любил

конструировать, проявив особое пристрастие к часам, которые после разборки

и сборки порой «отказывались ходить».

В 1912 г. Петр Леонидович поступает в Санкт-Петербургский

политехнический институт на электромеханический факультет, выбрав профессию

инженера-электрика. Но в 1914 г. вспыхнула первая мировая война, и

третьекурсник Петр Капица был мобилизован в армию, где служил шофером на

санитарном грузовике. Только в 1916 г. после демобилизации он смог

вернуться в институт и сразу же начал работать в физической лаборатории А.

Ф. Иоффе. Именно Абрам Федорович первым увидел в Капице одаренного студента

и сделал все возможное для становления его как ученого. Петр Леонидович

часто подчеркивал, что он — ученик, прежде всего, А. Ф. Иоффе.

В 1916 г. появляется первая научная работа П. Капицы. Она была

опубликована в «Журнале русского физико-химического общества» и содержала

описание оригинального и поразительного по простоте способа получения

тонких кварцевых нитей (стрела обмакивалась в расплавленный кварц,

выстреливалась из лука и вытягивала кварцевую нить, которая застывала на

лету и падала вместе со стрелой на подостланное бархатное полотно). Этот

метод прочно вошел в практику, и Петр Леонидович любил демонстрировать его

студентам на лекциях.

После окончания в 1918 г. политехнического института Капица был

оставлен преподавателем физико-механического факультета и стал одним из

перовых сотрудников вновь созданного в Петрограде физического института,

организованного и возглавляемого А. Ф. Иоффе.

В апреле 1921 г. П. Л. Капица получил возможность выехать в Англию.

Это было большой радостью для молодого ученого, тем более что в план

командировки входило посещение знаменитой Кавендишской лаборатории

Резерфорда. В начале июня в Лондон из Германии приехал и А. Ф. Иоффе.

«Капицу хочу оставить здесь на зиму у Резерфорда, если он его примет:

Красин ' дал согласие»,— писал Иоффе домой.

12 июля А. Ф. Иоффе и П. Л. Капица отправились в Кембридж. На другой

день Иоффе писал жене: «Был в Кембридже у Томсона и Резерфорда, последний

пригласил меня к чаю и согласился принять в свою лабораторию Капицу». Это

было действительно так. Но прежде чем Резерфорд сказал свое «да», было

следующее, как говорит лабораторное предание. Со свойственной ему прямотой

директор Кавендишской лаборатории заявил, что у него много иностранных

стажеров и всего лишь тридцать мест для работы. «Извините, но все места до

одного заняты»,— заключил он.

А. Ф. Иоффе, как всегда вежливо что-то ответил, но тут вмешался

Капица,— терять-то уже все равно было нечего.

— Какова точность Ваших экспериментальных работ, профессор? — спросил

он.

— Порядка пяти процентов,— ответил Резерфорд.

— Если к тридцати прибавить еще одного человека,—заметил Капица,—то

этот «процент» окажется в пределах экспериментальной ошибки, не так ли

профессор? Ведь за большей точностью Вы и не гонитесь. Говорили, что

Резерфорд был покорен. — Ладно, оставайтесь! — пробурчал он и,

усмехнувшись, добавил для острастки.— Но если Вы вместо научной работы

займетесь большевистской агитацией, я этого не потерплю!

Так Петр Леонидович остался в Кембридже. Через год он писал своей

матери: «Почему меня приняли? Я до сих пор этого не знаю. Я как-то об этом

спросил Резерфорда. Он расхохотался и сказал: «Я сам был удивлен, когда

согласился Вас принять, но, во всяком случае, я очень рад, что сделал

это...»

Совместная работа великого Резерфорда, о котором Капица писал как о

втором отце, как о выдающемся учителе и прекрасном человеке, и молодого

советского физика, которого Резерфорд называл своим лучшим учеником,

продолжалась с тех пор тринадцать лет, и принесла прекрасные научные

результаты. Головокружительным и беспримерным был взлет молодого Капицы в

стенах Кавендиша: от начинающего исследователя до директора Мондской

лаборатории на берегах Кема, члена Лондонского Королевского общества.

О том, как это происходило, лучше всего рассказывают письма Петра

Леонидовича, написанные без предварительного замысла, без раздумий о том,

что когда-нибудь они будут важными документами к жизнеописанию великого

Резерфорда и самого Капицы.

«24 июля 1921 г. Перебрался из Лондона в Кембридж и начал работать в

лаборатории... Ничего не задумываю, ничего не загадываю. Поживем —

увидим...

6 августа 1921 г. Вот уже больше двух недель я в Кембридже. Теперь

настает самый рискованный момент — это выбор темы для работы.

12 августа 1921 г. Вчера в первый раз имел разговор на научную тему с

проф. Резерфордом. Он был очень любезен, повел к себе в комнату, показывал

приборы. В этом человеке, безусловно, есть что-то обаятельное...

25/х—21 г. Отношения с Резерфордом или, как я его называю, Крокодилом,

улучшаются. Работаю усердно с воодушевлением.

1/Х1—21 г. Результаты ( которые я получил, уже дают надежду на

благополучный исход моих опытов. Резерфорд доволен, как мне передавал его

ассистент. Это сказывается на его отношение ко мне. Пригласил в это

воскресение пить чай к себе. Он очень мил и прост. Но когда он недоволен,

только держись.

22/ХП. 21 г. Сегодня, наконец, получил долгожданное отклонение в моем

приборе. Крокодил был очень доволен. Если опыты удадутся, то мне удастся

решить вопрос, коий не удавалось разрешить с 1911 г. ни самому Резерфорду,

ни другому хорошему физику, Гейгеру... Завтра еду в Лондон, так как

начинаются рождественские каникулы и лаборатория закрывается...

5/11.21 г. В прошлом триместре я работал по 14 ч в день, теперь же

меня хватает всего-навсего на 8—10 ч.

28/111.22 г. ...Резерфорд доволен, и у нас уже идут с ним разговоры о

дальнейших работах. Сегодня было очень забавно... Оказалось, что мои данные

ближе согласуются с данными Гейгера, а не Резерфорда. Когда я это ему

изложил, он спокойно сказал мне: «Так и должно быть: работа Гейгера

произведена позже, и он работал в более благоприятных условиях». Это было

очень мило с его стороны...

7/1У.22 г. Работал после урочного времени по специальному разрешению

Крокодила, после приходил домой и подсчитывал результаты до 4—5 ч ночи,

чтобы на следующий день все опять начать с утра. Немного устал... За это

время имел три долгие разговора с Резерфордом (по часу). Голова его,

мамочка, действительно поразительная. Лишен всякого скептицизма, смел и

увлекается страстно.

24/У.22 г. Опять работаю как вол, не менее 14 ч в день. Думаю написать

свою работу на будущей неделе и отправить в печать. Крокодил торопит'.

15/У1.22 г. Начал новую работу с одним молодым физиком 2. Резерфорд

увлечен моей идеей и думает, что мы будем иметь успех 3. У него чертовский

нюх на эксперимент, и если он думает, что что-нибудь выйдет, то это очень

хороший признак.

5/ХП.22 г. Я тебе уже писал, что затеял новую работу, очень смелую и

рискованную. Я волновался очень. Первые опыты сорвались. Но Крокодил дает

мне еще одну комнату и согласен на расходы.

17/УШ.22 г. Предварительные опыты окончились полной удачей. Резерфорд,

мне передавали, только и мог говорить, что о них. Мне дано большое

помещение, кроме той комнаты, в которой я работаю, и для эксперимента

полного масштаба я получил разрешение на затрату довольно крупной суммы.

2/1Х.22 г. Мои опыты принимают очень широкий размах. Последний

разговор с Резерфордом останется мне памятным на всю жизнь. После целого

ряда комплиментов мне он сказал: «Я был бы очень рад, если бы имел

возможность создать для вас у себя специальную лабораторию, чтобы вы могли

работать в ней со своими учениками». (У меня работают сейчас два

англичанина 4.)

29/Х122 г. Для меня сегодняшний день до известной степени

исторический. Вот лежит фотография—на ней только три искривленные линии. Но

эти три искривленные линии — полет альфа-частицы в магнитном поле страшной

силы. Эти три линии стоили профессору Резерфорду 150 фунтов стерлингов, а

мне и Эмилю Яновичу5 — трех с половиной месяцев усиленной работы.

Крокодил очень доволен этими тремя искривленными линиями... Правда,

это только начало работы.

' В 1922 г. П. Л. Капица закончил работу по исследованию закона потери

энергии а-частнцей в среде.

2 Речь идет о Блэккете.

* Имеется в виду помещение камеры Вильсона в сильное магнитное поле. 4

Д. Кокрофт и В. Вебстер.

8 Лауэрман — электрик и механик, с которым Капица был знаком еще в

Петрограде.

27/1.23 г. В среду я был избран в университет, в пятницу был принят в

колледж. Для меня были сделаны льготы, и кажется. через месяцев пять я

смогу получить степень доктора философии (Все, конечно, устроил Резерфорд,

доброте которого по отношению ко мне прямо нет предела.)

18/111.23 г. Я боюсь, что у тебя превратное мнение обо мне и моем

положении тут. Дело в том, что мне вовсе не сладко живется на белом свете.

Волнений, борьбы и работы не оберешься. Кружок, мною организованный, берет

много сил '. Одно, что облегчает мою работу, это такая заботливость

Крокодила, что ее можно смело сравнить с заботливостью отца.

14/1У.23 г. Главное уже сделано и дало головокружительные результаты.

Масштаб работы сейчас у меня крупный, и меня пугает это. Но то, что за мной

стоит Крокодил, дает мне смелость и уверенность. Ты себе не можешь

представить, дорогая моя, какой это крупный и замечательный человек.

15/У1.23 г. Вчера я был посвящен в доктора философии. Мне так дорого

стоил этот чин, что я почти без штанов. Благо Резерфорд дал взаймы, и я

смогу поехать отдохнуть. Тут у меня вышла следующая история. В этом году

освободилась стипендия имени Максвелла. Она дается на три года лучшему из

работающих в лаборатории, и получение ее считается большой честью. В

понедельник, в последний день подачи прошения, меня позвал к себе Резерфорд

и спросил, почему я не подаю на стипендию. Я отвечал, что то, что я

получаю, уже считаю вполне достаточным и считаю, что как иностранец-гость

должен быть скромным. Он сказал, что мое иностранное происхождение

нисколько не мешает получению стипендии... Мой отказ его, конечно,

несколько озадачил и обидел...

23/УП.23 г. Резерфорд опять предложил мне ту же стипендию. Я сдался и

подал заявление.

23/У111.23 г. Я получил стипендию им. Клерка Максвелла, а с ней и

много поздравлений.

30/У111.23 г. Я затеваю еще новые опыты по весьма смелой схеме2. Вчера

вечером я был у Резерфорда, обсуждал часть вопросов, остался обедать, много

беседовали на разные темы. Он был очень мил и заинтересовался этими

опытами. Пробыл я у

него часов пять. Он дал мне свой портрет. Я его пересниму и пошлю

тебе».

Для определения магнитного момента а-частицы Капице нужны были очень

сильные магнитные поля. Обычно поля получали с помощью электромагнитов, и

рекордом была напряженность

• Дискуссионный кружок молодых физиков—«Клуб Капицы», куда входили

Кокрофт, Олифант, Блэккет, Дирак и многие другие кембриджцы.

2 Речь идет о начале знаменитых опытов П. Л. Капицы по созданию

сильных магнитных полей.

50' 103 Эо. Стремясь получить более сильное поле, французский физик

Коттон построил электромагнит массой в 100 т, сумев увеличить напряженность

поля всего на 25% (стоил же такой электромагнит несколько миллионов золотых

франков). Таким образом, путь увеличения размеров электромагнитов для

получения более сильных магнитных полей был несостоятелен. Причина его

заключалась в явлении магнитного насыщения железа.

Капица пошел по другому пути. Он решил использовать соленоид—катушку

без сердечника. Но, чтобы создать сильное поле внутри соленоида, по нему

надо пропустить большой ток, что приводит к нагреву обмотки и ее сгоранию.

Конечно, обмотку можно охлаждать, например, жидким воздухом (t= -190°С),

как предложил Ж. Перрен. Но, по расчетам, для получения поля в 100-103 Э на

охлаждение соленоида потребовалось бы 90 т жидкого воздуха в час. Это

технически было неосуществимо.

Петр Леонидович выдвигает совершенно новую, оригинальную

идею—отказаться от магнитных полей, существующих длительное время, а

использовать импульсные (кратковременные) поля огромной силы. Первый

соленоид Капицы выдерживал мощность в несколько десятков тысяч киловатт в

течение сотой доли секунды, нагреваясь при этом до

100 °С. В качестве источника тока использовался аккумулятор небольшой

емкости. При коротком замыкании сила тока в катушке достигала 7.103 А, что

давало возможность получить поле в 100-103 Э. В дальнейшем вместо

аккумулятора стал использоваться мощный генератор, построенный по проекту

Капицы и М. Костенко английской фирмой Метрополитен-Виккерс. Ротор

генератора имел массу 2,5 т и мог вращаться со скоростью 1500 об/мин.

Генератор успешно выдержал испытания и превзошел расчетные данные. Теперь

встала задача — создать автоматический замыкатель и размыкатель. «Эта часть

оказалась очень трудной, и я сплошь проработал над ней три месяца. Она

делается аэроплановой фабрикой, так как по конструкции очень похожа на

клеточный распределительный механизм быстроходного аэропланового

двигателя»,—писал Капица в июле 1925 г. М. Костенко.

С помощью этой установки П. Л. Капица получил поля напряженностью в

300-103 Э, а при продолжении этих опытов в Москве — 500-103 Э, т. е. в 10

раз больше рекорда, полученного с помощью электромагнитов. Кроме того,

использование кратковременных полей хотя и потребовало более

быстродействующей аппаратуры, позволяло избавиться от влияния ряда мешающих

явлений. Сейчас этот метод является основным в области физики элементарных'

частиц, время жизни многих из которых не превышает 10-6С.

Следует отметить, что П. Капица в 1925 г. положил начало технической

революции в области физики. И установка Капицы, и принцип ее действия

производили сильное впечатление на ученых Кембриджа и его гостей. Вот как

об этом писал Н. Винер:

«В Кембридже все же была одна дорогостоящая лаборатория, оборудованная

по последнему слову техники. Я имею в виду лабораторию русского физика

Капицы... Капица был пионером в создании лабораторий-заводов с мощным

оборудованием».

Научившись получать сильные магнитные поля, Капица приступил к

исследованию в них свойств металлов. Вскоре им было открыто явление

линейного возрастания сопротивления металлов с ростом напряженности поля

(линейный закон Капицы). Теоретически закон был объяснен лишь в 60-е годы.

За 10 лет (1924—1933) Петр Леонидович опубликовал более 20 работ,

связанных с исследованием металлов в сильных магнитных полях. В 1924 г. он

становится помощником директора Кавендишской лаборатории по магнитным

исследованиям. В 1930 и 1933 гг. Капица принимает участие вместе с большой

Кавендишской группой, возглавляемой Резерфордом, в Сольве-евских конгрессах

в Брюсселе. Конгресс 1930 г. был посвящен магнитным свойствам вещества.

Капица и Коттон выступали с докладами. Оба доклада вызвали большой интерес.

Изучая свойства металлов в сильных магнитных полях, Капица приходит к

заключению, что многие явления, в особенности гальваномагнитные, наиболее

интересны при низких температурах. Чтобы их создать, надо было заняться

получением газов в жидком состоянии и строить соответствующую аппаратуру.

В 1908 г. голландский физик Камерлинг-Оннес после многочисленных

опытов сумел получить в жидком состоянии самый трудный в этом плане газ —

гелий. (За эти работы в 1913 г. Камерлинг-Оннес стал Нобелевским

лауреатом.) Однако даже в 1929 г. техника получения жидкого водорода была

освоена слабо. «Первое, с чего я начал,— писал Капица,— это постройка

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6