Текст книги "Проклятые вопросы"

Автор книги: Ирина Радунская

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 23 страниц)

Ирина Радунская
ПРОКЛЯТЫЕ ВОПРОСЫ

Наука захватывает нас только тогда, когда, заинтересовавшись жизнью великих исследователей, мы начинаем следить за историей развития их открытий.

Дж. Максвелл

Следовать за мыслями великого человека есть наука самая занимательная.

А. Пушкин

ВСТУПЛЕНИЕ

О ПУТЯХ К НОВОМУ

В наше время роль науки в прогрессе и в самой жизни столь велика, что большинство людей, никогда не занимавшихся научной работой, с интересом следит за достижениями учёных. При этом неизбежно возникает вопрос: как учёные приходят к открытиям?

Многим даже кажется, что стоит найти ответ на этот вопрос, и открытия посыпятся как из рога изобилия. Обыватель, с доступной ему логикой, «раскрывает» секрет творчества: сел, задумался, открыл…

Два первых шага доступны каждому. Увы, третий могут сделать лишь немногие.

Что же отличает их от большинства? Какими свойствами должен обладать человек, чтобы быть творческой личностью? Являются ли такие свойства универсальными, или они зависят от того, в какой области вы работаете? Наконец, можно ли сделать себя творцом нового?

Каковы пути, ведущие к новому?

Попробуем вместе разобраться в этих вечных вопросах.

Одно из условий, которое необходимо для творчества, – подготовка. Невежда не создаст ничего нового просто потому, что не знает, где кончается старое, неизвестное. Верхогляду всё кажется простым и доступным потому, что он не может обнаружить, где таятся трудности.

Чтобы создать нечто новое в науке, на производстве, в цеху, в поле, в сфере услуг, необходима хорошая подготовка. Даже малый шаг – рационализация, улучшение известного – требует предварительной работы. Она необходима уже для того, чтобы узнать, что именно надо усовершенствовать, что препятствует улучшению, что следует переделать или добавить? Правильно поставленный вопрос – это половина ответа. (Мать одного известного учёного всегда спрашивала сына, когда тот возвращался из школы: «Сегодня ты задавал учителю правильные вопросы?».)

Однако народная мудрость предостерегает: один дурак может поставить столько вопросов, что тысяча мудрецов не сумеет на них ответить…

Многовековой опыт и здесь прав. Но главное содержится в слове «правильно».

Для того чтобы задавать правильные вопросы, нужны знания, добротные, надёжные, о существующем состоянии области, в которой работаешь.

Но даже если вопрос поставлен правильно, остаётся не менее трудная часть работы – поиски ответа. Это должен быть правильный ответ. Однако одних знаний недостаточно для того, чтобы сделать шаг в неведомое и найти правильную дорогу. А ведь только из правильных ответов слагается правильная картина мира, верное мировоззрение.

Чтобы в науке совершить шаг в правильном направлении, необходимы долгие раздумья, трудолюбие, настойчивость и способность критически оценивать каждую деталь, сколь малой, мелкой она ни кажется. Необходимо умение сконцентрировать все свои силы на поставленной задаче. Размышлять о ней не «от звонка до звонка», а постоянно.

Несколько великих учёных, среди них физик X. Юкава, химики Д. Менделеев и А. Кекуле рассказывали о том, что открытие пришло к ним во сне. Они постоянно искали ответ на свой вопрос, и их мозг продолжал эту работу даже во время сна.

Однако… есть много хорошо подготовленных, трудолюбивых и настойчивых людей, и… тем не менее изобретения, а тем более открытия им недоступны.

Чего же им не хватает? Что отличает творцов нового от добросовестных разработчиков старого, что формирует творческие личности?

Творческие люди, помимо подготовки и трудолюбия, должны обладать интуицией. О, это таинственное, неуловимое, желанное качество! О нём мечтало, мечтает и будет всегда мечтать столько незаурядных людей!

Что же значит это обрусевшее слово «интуиция», пришедшее к нам из латыни – международного языка науки средневековья?

Интуиция – своеобразное чутьё, основанное на опыте, приобретённом заранее, на знаниях, хранящихся в памяти, иногда в самых глубинах памяти. Интуиция – это способность к догадке.

Вы думаете, что интуиция – редкая способность, приобретаемая по наследству? Не обязательно. Практически интуицией обладает всякий, умеющий разгадывать загадки.

Конечно, загадки бывают разные. Простейшие адресованы к памяти. Но большинство загадок отличается тем, что их условие сформулировано не полностью. Чего-то в этих условиях не хватает. И интуиция подсказывает именно это неуловимое, невысказанное, витающее где-то рядом с основной мыслью.

Стоит добавить это недостающее, это ускользающее звено – и загадка разгадана! Не правда ли, просто?

Если Вас, читатель, интересует, как и какой ценой добывается истина, войдём вместе в эту книгу и посмотрим, многим ли удаётся (и как?) схватить это неуловимое, это «чуть-чуть», это «нечто», отделяющее ложное от истинного, и в результате перевернуть следующую страницу истории человеческой мысли…

НЕВЕДОМОЕ – ПЕРЕД НАМИ

…Наши представления о физической реальности никогда не могут быть окончательными.

А. Эйнштейн

ГОТОВЬТЕСЬ К НЕОЖИДАННОМУ

18 марта 1987 года в США состоялась научная конференция. У неё были две особенности. Во-первых, необычная тематика. Это была первая международная конференция по проблемам высокотемпературной сверхпроводимости. В наши дни каждый, кто регулярно читает газеты, слушает радио и смотрит телевизор, слышал о высокотемпературной сверхпроводимости. О создании новых материалов, которые способны проводить электрический ток без потерь, материалов, теряющих электрическое сопротивление при неожиданно высоких температурах.

Под высокой температурой в этом контексте подразумеваются минусовые температуры. Ещё недавно было трудно осознать, что в некоторых случаях температура –195 °C, которую на конференции часто называли высокой температурой, действительно может считаться высокой температурой по сравнению с температурой –250 °C (только ниже этого порога раньше наблюдалась сверхпроводимость). Наверно, этим объяснялась вторая особенность конференции – неслыханный ажиотаж вокруг неё.

Заседание было намечено на 7 часов 30 минут утра. Задолго до этого времени у входа собралась толпа. Зал на 1140 мест заполнили мгновенно после открытия дверей. Обсуждение длилось целый день и почти всю ночь. В 6 утра на следующий день, когда служащие принялись за уборку помещения, прения ещё продолжались.

Участники конференции ожесточённо спорили по всем вопросам, но были единодушны в одном: они были уверены, что являются свидетелями и участниками новой научно-технической революции. Революции, не только меняющей наши представления о том, что можно ожидать от науки, но, главное, открывающей захватывающие перспективы в технике. Прежде всего в самом фундаменте промышленного прогресса, в энергетике.

Одни докладчики уверяли, что скоро мы сможем передавать электрическую энергию на самые большие расстояния без потерь. Сегодня, когда она течёт по обыкновенным проводам, нагревая их и бесполезно рассеиваясь в окружающем пространстве, потери огромны. Новые провода из сверхпроводящих материалов будут передавать энергию от самых далёких электростанций до мест потребления без всяких утечек.

Другие выступающие живописали реальность мечты о широком использовании энергии Солнца и ветра. Будет выгодно перейти к повсеместному использованию этих, воистину вечных и чистых источников энергии, несмотря на то что их мощность, доступная в каждом месте Земли, всё время меняется, уменьшаясь до нуля и вновь возрастая. Залогом успеха, говорили энтузиасты, является открываемая высокотемпературными сверхпроводниками возможность без чрезмерных затрат накапливать огромные запасы энергии и расходовать их по мере надобности.

Участники конференции понимали, что трудно предвидеть всё новые возможности, вытекающие из этой революции. Поэтому часто мелькала фраза: готовьтесь к неожиданному! Её мы и привели в заглавии этого раздела. Кстати, фраза взята из статьи М. Р. Бисли и Т. X. Геболла, опубликовавших в 1984 году работу «Сверхпроводящие материалы». Уже тогда её авторы и другие учёные чувствовали приближение неведомого. Но неведомое, как всегда, возникло неожиданно.

Не прошло и двух лет после появления этой статьи, как совершился первый скачок. В апреле 1986 года работающие в Цюрихе Йоханнес Георг Беднорц, гражданин Швейцарии, и Карл Алекс Мюллер, гражданин ФРГ, направили в известный физический журнал «Цайтшрифт фюр физик» статью, где сообщали о том, что им удалось создать новый керамический материал, который переходит в сверхпроводящее состояние при температуре – 238 °C. Статья была опубликована в сентябре этого же года. Пять месяцев – короткий срок для современных научных журналов. Но впоследствии почтенная редакция несомненно сожалела о том, что не проявила чувства нового и не включила статью в самый ближайший номер журнала хотя бы и ценой некоторых убытков.

Почему же эта статья привела массы учёных в непривычное возбуждение?

Они узнали, что после многих лет медленного продвижения в глубь низких температур наконец совершён скачок. До того все исследования сверхпроводящих материалов, все практические применения сверхпроводников требовали охлаждения их жидким гелием. А это –269 °C. Литр жидкого гелия стоит около десяти рублей. Ещё совсем недавно приходилось платить за него много дороже, да и для его получения требуется чрезвычайно дорогое оборудование.

В шестидесятых годах в результате изучения свойств множества сплавов и соединений удалось продвинуться в самое начало зоны температур, получаемых при помощи жидкого водорода. Но водород, как известно, взрывоопасен, поэтому никто не думал о широком применении «водородных сверхпроводников» (так лабораторный жаргон окрестил материалы, становящиеся сверхпроводниками при температурах, превышающих температуру кипения жидкого водорода – 252 °C).

Но этот путь оборвался в 1973 году, когда были получены тонкие плёнки из соединения трёх атомов ниобия с одним атомом германия. Они становились сверхпроводящими при –249,96 °C, но получить из этого соединения сверхпроводящие проволочки не удалось.

И вот после тринадцати лет тщетных поисков скачок на 8 градусов выше температуры кипения неона: – 245,86 °C.

Неон, как и гелий, является инертным газом. Значит, он в отличие от водорода не взрывоопасен. Стоимость его получения меньшая, чем у гелия. Он отбирает от охлаждённого предмета много больше тепла, чем гелий. Значит, неон во всех отношениях более доступный и более эффективный хладагент, чем гелий.

Но не только это было причиной ажиотажа вокруг статьи Беднорца и Мюллера. Дело в том, что речь в ней шла не о металле или сплаве, а о сверхпроводящей керамике!

Конечно, сверхпроводящие керамики были известны учёным и ранее. Их интенсивно изучали, отыскивая среди них те, которые становились сверхпроводящими при всё более высокой температуре. Рекорд был поставлен в 1974 году, когда удалось изготовить керамику, превращающуюся в сверхпроводник при температуре –260 °C. Но он существенно, на 10 °C, уступал рекорду, достигнутому тонкой плёнкой из соединения ниобия и германия, упомянутого выше.

Физики готовились к неожиданному. Но никто не предполагал, что прорыв в зону жидкого неона будет совершён при помощи керамики. Ведь этот скачок по сравнению с рекордом, достигнутым для керамики раньше и продержавшимся 12 лет, составил сразу 22 °C!

Ни одна из теорий сверхпроводимости не могла предсказать подобной возможности. И ни одна из них не может и теперь объяснить, почему это произошло!

Но не вооружённые теорией экспериментаторы продвинулись ещё дальше на пути исследования всё новых типов керамики. Они уже преодолели важный температурный рубеж и уверенно работают в «зоне жидкого азота», при температурах, превышающих температуру его кипения: –195,8 °C.

Более того, в лабораториях учёные получают сверхпроводимость, охлаждая новые керамики всего до –20 °C! Правда, эти материалы ещё не стабильны.

Всё же энтузиазм и оптимизм учёных позволяют считать, что в недалёком будущем удастся изготовить материалы, приобретающие и сохраняющие способность к сверхпроводимости при комнатной температуре. Для таких материалов не будет нужды в охлаждении. Электрические кабели, изготовленные из них, смогут отлично работать в самых жарких странах, если их закопать в грунт на глубину 1,5–2 метра, где температура никогда не повышается выше 10–15 °C.

Мощные генераторы электрического тока и электродвигатели станут компактными и лёгкими. Их габариты при сверхпроводящих обмотках должны определяться только прочностью вращающейся оси и деталей ротора и статора, необходимых для передачи механических нагрузок. В жарких странах и в горячих цехах, возможно, придётся использовать обычные кондиционеры. Они станут излишними лишь тогда, когда удастся создать материалы, не теряющие сверхпроводимости и при повышенных температурах.

Выдающиеся научные достижения всегда возникают вдруг, но внезапные прорывы порождаются предшествующим систематическим развитием идей и накоплением знаний, полученных в практической деятельности людей или из специально поставленных экспериментов. Попытаемся проследить путь, приведший к овладению тайной высокотемпературной сверхпроводимости.

КТО ВИНОВАТ?

Странный случай, происшедший на одном из складов военной амуниции в Петербурге полтора столетия тому назад, можно, пожалуй, считать началом этой истории.

Как и всякий военный склад, этот тоже тщательно охранялся. Тем не менеё партия новеньких солдатских шинелей с победоносно поблескивающими оловянными пуговицами была приведена в негодность и представляла печальное зрелище. Шинели были перепачканы каким-то серым неприятным веществом, а пуговицы исчезли.

Виновник загадочного происшествия так и не был найден, хотя занимались расследованием не только следователи, но и Петербургская академия наук. Злодейству оловянной чумы было посвящено не одно её заседание. Тайна олова долго не давала спать седовласым учёным и чуть не подорвала престиж тогдашней науки.

А затем последовал ещё ряд событий, казалось, не связанных между собой.

В начале нашего века, отмеченного целым рядом героических попыток дорисовать карту Земли, к берегам Антарктиды направились экспедиционные корабли Роберта Скотта. Они подходили всё ближе и ближе к таинственной земле. Мороз мешал людям дышать и двигаться. Начались приготовления к высадке, как вдруг путешествие оборвалось самым неожиданным образом. Случилось то, что никогда ещё не случалось ни с одним кораблём в мире: развалились баки с горючим. Со швов сыпалась, как штукатурка, оловянная пайка.

Слух об этом происшествии тоже достиг высоких учёных собраний и стал предметом ожесточённых споров, предположений, догадок. Но объяснение в то время так и не было найдено. Оловянная чума сеяла панику. Она разгуливала по складам, и вместо аккуратных брусочков белого металла в них находили груды грязно-серого порошкообразного вещества, неведомо откуда взявшегося.

Однако инфекция была разборчива. Она посещала не все склады, а выбирала лишь неотапливаемые, как бы подстерегала момент, когда олово оказывалось на холоде, и набрасывалась на него.

Тайной оловянной чумы всерьёз занялись учёные. Это было не менеё увлекательно, чем чтение детективных романов.

СОЛНЕЧНЫЙ

До 1868 года его не видел ни один человек. Никто его не знал и ничего о нём не слышал.

Впервые его присутствие было обнаружено на Солнце. Он оставил следы в солнечном спектре. Их нашли сразу два астронома – француз П. Жансен, которому пришлось для этого совершить путешествие в Индию, и англичанин Н. Локьер, не думавший покидать Лондон.

Каждый из них тотчас сообщил о необыкновенных следах в Парижскую академию наук. И письма эти пришли в один и тот же день, что немало позабавило академиков. В честь этого удивительного события они даже заказали золотую медаль. Её украшали портреты Жансена, Локьера и бога Солнца Аполлона, восседающего на колеснице.

Вещество, найденное на Солнце, Локьер назвал именем Солнца – гелий.

Гелий увидели на расстоянии в 150 миллионов километров от Земли, и он ещё долго никого не подпускал к себе на более близкое расстояние. Но прошло 25 лет, и английскому учёному Джону Уильяму Рэлею удалось запереть его в колбу в собственной лаборатории. Однако учёный вначале даже не подозревал, кто его пленник.

Просто Рэлей хотел восполнить пробел, существовавший в «статистическом ведомстве» химии. Он решил точно измерить удельный вес всех известных химикам газов. На до было положить конец неразберихе, которая возникла из-за грубых, приближённых измерений.

Рэлей взял самые точные весы и без помех, не торопясь тщательно взвесил водород, потом кислород и занялся азотом, добыв его из воздуха. Веса газов он определил очень точно, вплоть до четвёртого знака после запятой. И был вполне доволен своей работой. Но чтобы ещё раз убедиться в правильности измерений, Рэлей стал снова измерять веса тех же газов, но добытых другим способом.

Так он проверил удельный вес водорода, кислорода и снова занялся азотом. Однако на этот раз добыл его не из воздуха, а из аммиака.

И тут работа застопорилась. Литр азота, добытого из аммиака, почему-то был легче, чем литр азота, взятого из воздуха! Меньше на пустяк, не хватало каких-то 6 миллиграммов. И всё же эта разница заставила Рэлея потрудиться. Сколько ни повторял он взвешивание, вес литра азота из аммиака не совпадал с весом, определённым первоначально. Ничтожный, блошиный вес не давал исследователю сдвинуться с места.

Рэлей был не таким учёным, который может отмахнуться от факта.

Он начал добывать азот из самых различных химических соединений и каждый раз заново его взвешивал. И удивительно: все веса совпадали с весом азота, добытого из аммиака. Воздушный азот был самым тяжёлым!

В эту на первый взгляд ничтожную проблему включился ещё один известный учёный – Уильям Рамзай, у которого, надо думать, были дела и поважнее. Но и он не мог оставить такой факт без внимания.

Как одержимые Рэлей и Рамзай перегоняли газы из одной колбы в другую, очищали, взвешивали… Им было недосуг ни пообедать, ни поговорить. Они не выходили из своих лабораторий, а вечерами обменивались письмами.

И вот оба, разными путями, пришли к одному и тому же выводу: выделенный из воздуха азот не является чистым азотом. Вернеё, это не просто азот. К нему явно примешан другой, неизвестный газ. Но какой?

Потянулись месяцы опытов и раздумий. И в конце концов в пробирке с «чистым» азотом учёные нашли… солнечное вещество. Но прежде чем они настигли его, в «воздушном азоте» были обнаружены сначала аргон, затем криптон – дотоле неизвестные газы, а потом уж гелий. К этому времени гелий был выделен и из минерала клевеита.

Солнечное вещество спустилось на Землю.

И на нашей планете его оказалось так много, что просто поразительно, почему же о нём столь долго ничего не знали химики. А узнав, почему так долго гонялись за ним?

Рамзай с присущим ему юмором сказал как-то: «Поиски гелия напоминают мне поиски очков, которые старый профессор ищет на ковре, на столе, под газетами и находит, наконец, у себя на носу».

РАЗДВОЕНИЕ

Гелий оказался газом без запаха и цвета, неспособным соединяться ни с какими другими элементами. Он был самым лёгким из семейства инертных газов. Казалось, это скромный труженик с покладистым характером; им наполняли дирижабли, применяли его и в металлургии, и в медицине. На первый взгляд ничем особенным не примечательный газ имел и второе лицо.

Странности начались тотчас, как гелий охладили. Учёные привыкли к тому, что в таких случаях газы уплотняются, превращаясь сначала в жидкость, а потом, замерзая, в твёрдое кристаллическое тело.

Было хорошо известно, что кислород сжижается при –183 °C, азот при –196 °C; водород – около –253 °C. Но гелий повёл себя совершенно иначе.

Многие пробовали его охладить. Была уже пройдена «точка кислорода», и «точка азота», и «точка водорода», а гелий не собирался сжижаться. Он упорно оставался газом.

Только в 1908 году голландскому физику Г. Каммерлинг-Оннесу, основателю и директору криогенной (изучающей процессы, связанные с низкими температурами. – И. Р.) лаборатории Лейденского университета, удалось сделать, казалось, невероятное: он заставил гелий превратиться в жидкость. И случилось это при температуре –269 °C! Такой низкой температуры человек не получал ещё никогда. До этого Каммерлинг-Оннес создал установку нового типа для сжижения воздуха. Именно он в 1906 году получил жидкий водород, а после сжижения гелия измерил основные характеристики этой жидкости.

При температуре, когда гелий превращается в жидкость, все другие газы становились твёрдыми, как кусок льда. А гелий напоминал прозрачную газированную воду. В нём всё время рождались и всплывали пузырьки. И эта безобидная на вид жидкость была в шестьдесят раз холоднее ледяной воды!

Кристаллизоваться же гелий не хотел даже вблизи абсолютного нуля – при –273 °C, самой низкой температуре, которая только возможна в природе. Этим он бросал вызов всей классической физике, провозглашавшей, что всякое движение при абсолютном нуле прекращается. Всё должно замерзнуть! А поскольку гелий оставался жидким, значит, его атомы все-таки двигались, они не подчинялись закону вечного покоя.

Учёные ещё не перестали удивляться странному поведению благородного газа, как новая сенсация завладела их вниманием. В 1911 году Каммерлинг-Оннес решил полюбопытствовать, что будет с ртутью, если её охладить до температуры, свойственной жидкому гелию. Каково же было его удивление, когда он обнаружил, что в ванне с жидким гелием электрическое сопротивление ртути исчезло! Легко представить себе, как подозрительно он поглядывал на прибор, регистрирующий эту величину; как, проверяя его работу, удостоверился, что прибор цел и невредим и все-таки продолжал указывать на исчезновение сопротивления ртути электрическому току. А потом оказалось, что ещё несколько чистых металлов повели себя в области низких температур таким же неподобающим образом, нарушив покой учёных. Самое большее, что учёные тогда смогли сделать, – это дать явлению название «сверхпроводимость». Многие годы оно бросало вызов теоретикам.

В 1913 году Каммерлинг-Оннес обнаружил, что сильные магнитные поля и сильные электрические токи, проникая в сверхпроводник, разрушают сверхпроводимость. В этом же году он был награждён Нобелевской премией за выдающийся вклад в физику низких температур.

Несмотря на то что в 1920 году голландец Виллем Хендрик Кеезом, ставший в это время директором Лейденской криогенной лаборатории, справился с гелием и заставил его затвердеть, призвав на помощь морозу высокое давление, зерно сомнения было посеяно. Гелий стал одним из свидетелей против классической физики. Физика не могла с помощью известных законов объяснить его поведение. Вскоре Кеезом совместно с польским учёным Мечиславом Вольфке обнаружил, что при температуре –271 °C по шкале Цельсия, или при температуре, равной 2,17К – по шкале Кельвина, жидкий гелий резко меняет свои свойства. Различие в поведении словно указывало на то, что существуют две различные жидкости. При температуре большей чем 2,17К, жидкий гелий I, а при температуре меньшей 2,17К – жидкий гелий II.

Мы должны прервать рассказ и более подробно пояснить, что означает в предыдущих фразах температура 2,17К.

В 1848 году знаменитый английский физик Уильям Томсон, изучавший тепловые явления, установил, что многие формулы, описывающие зависимость свойств вещества от температуры, можно упростить. Для этого при измерениях температуры следует отказаться от условных шкал температуры, введённых Цельсием, Реомюром или Фаренгейтом, и ввести абсолютную шкалу температур, нуль которой соответствует температуре –273,15 шкалы Цельсия, а «шаги» в один градус совпадают со шкалой Цельсия. В честь У. Томсона, получившего в 1892 году титул лорда Кельвина, температуру, отсчитанную по абсолютной шкале, теперь обозначают буквой «К». Таким образом запись 2,17К означает 2,17° по абсолютной шкале температур, или 2,17° выше абсолютного нуля температуры. Если в дальнейшем после каких-либо цифр будет стоять буква «К», это будет означать температуру по шкале Кельвина. Уильям Томсон доказал, что не может существовать температуры ниже абсолютного нуля.

В 1933 году Кеезом, работая вместе со своей дочерью, обнаружил необычайно высокую теплопередачу через тоненькие трубочки, заполненные жидким гелием. Эта аномалия возникала каждый раз, когда температура жидкого гелия опускалась ниже 2,17К, причём она проявлялась спонтанно, скачком.

Вот к каким странным, не предусмотренным тогдашней наукой событиям привёл след гелия в солнечном спектре.

ЕЩЁ РАЗ «СВЕРХ…»

Непонятные метаморфозы олова, неблагородное поведение одного из благородных газов и тайна сверхпроводящих металлов взбудоражили научную общественность. Что это: случайные, разрозненные явления, ничем между собой не связанные? Или это внешние проявления одной непонятной ещё причины? Всё это противоречило основным, казалось бы незыблемым, принципам науки.

Учёные оказались в куда более затруднительном положении, чем малыши перед кубиками, никак не складывающимися в картинку. Им предстояло поставить на свои места отдельные, разрозненные явления, но, увы, картинки-образца у них не было.

Между тем опыты с гелием всё больше проявляли тёмные стороны его характера. Выяснилось, что в опытах Кеезома и его дочери, в условиях неслыханного холода, именно жидкий гелий, а не охлаждённые стенки трубочек, начинал в миллиард раз быстрее проводить тепло. Казалось, тепло в нём распространяется без всякого сопротивления (не промелькнула ли сейчас тень металлов, без всякого сопротивления проводящих электрический ток?).

Гелий становился в миллион раз более подвижным и менеё вязким. Капнув жидкий гелий на гладкую охлаждённую поверхность, исследователи в изумлении наблюдали, как быстро растекается он в тончайшую плёночку. Как будто не испытывает никакого сопротивления со стороны поверхности!

Если проделать такой же опыт с любой другой жидкостью, ничего подобного не увидишь. Капля как бы застынет, чуть сплющившись.

И даже это было ещё не самым удивительным.

Что, если бы вы увидели человека, бегущего вверх по отвесной стене? Это невозможно? Закон тяготения этого не допускает! Приблизительно то же подумали учёные, когда увидели, как жидкий гелий с необычайной быстротой ползёт вверх по стенкам сосуда. Это невозможно, ужаснулись многие из них, а трение, а вязкость?!

И ещё более изумились, услышав мнение советского учёного Петра Леонидовича Капицы: у жидкого гелия вблизи абсолютного нуля вовсе нет вязкости. Это сверхтекучая жидкость.

Так впервые в 1938 году мир услышал удивительное слово «сверхтекучесть». Через год Капица был избран членом Академии наук СССР.

Вывод Капицы был результатом долгих и кропотливых экспериментов, итогом многих раздумий. Почему так молниеносно распространяется тепло внутри жидкого гелия? Ведь остальные жидкости ведут себя иначе. Их слои перемешиваются, и менее тёплые нагреваются от более тёплых, а это требует времени. Но в жидком гелии тепло переносится молниеносно. Как же так, ведь слои всегда трутся друг о друга, а это должно мешать быстрому перемешиванию. А если вязкость не препятствует? Значит, её нет!

И Капица подтверждает свою догадку блестящим экспериментом. Он пропускает жидкий гелий сквозь мельчайшие щели и трубки – капилляры, через которые обычная вязкая жидкость если и проходит, то ей нужно затратить на это многие миллиарды лет. А гелий, охлаждённый до 2° выше абсолютного нуля, просочился буквально на глазах, получив «диплом» первой в истории науки сверхтекучей жидкости.

Жидкость без вязкости! Это было одним из поразительных открытий нашего века. Как такая жидкость отнеслась бы к инородному телу, погружённому в неё? Оказала бы ему сопротивление или нет?

И экспериментатор спешит поставить такой опыт: он опускает в жидкий гелий подвешенный на тончайшей нити вращающийся маятник (паучок Капицы). Жидкость без трения, без вязкости не должна остановить его. Но что это? Совершается непонятное: маятник быстро прекращает движение, останавливается… Жидкий гелий повёл себя в этом опыте как самая обычная, тривиальная жидкость.

Есть от чего прийти в смятение! В одном случае (с капилляром) жидкий гелий не имеет вязкости, в другом (с маятником) – имеет. Всё происходит так, как будто одновременно в нём заключены… две жидкости.

Так оно и оказалось. Вот как описал ни на что не похожее поведение жидкого гелия замечательный советский физик, будущий академик Лев Давидович Ландау: «…часть жидкости будет вести себя как нормальная вязкая жидкость, «цепляющаяся» при движении… Остальная же часть массы будет вести себя как не обладающая вязкостью сверхтекучая жидкость».

Так гелий доказал, что знакомая нам при нормальных температурах жизнь веществ в области предельного холода подчиняется совсем иным законам. Здесь отношения между атомами и молекулами диктуются законами микроскопического мира, неподвластными классической физике. Это поняли два замечательных советских физика и не только поняли, но и доказали: Капица – рядом убедительных экспериментов, Ландау – серией виртуозных логических и математических построений, которые он оформил в 1940 году в виде теории сверхтекучести. Они подарили миру прозрение тайны низких температур…

КРОССВОРД

С этого времени положение в науке о низких температурах резко меняется. Учёные узнали главное: законы, правящие в царстве холода. Теперь оставалось выяснить нормы поведения, которые законы микромира – квантовые законы – диктуют различным веществам.

В конце тридцатых годов «столица холода» перемещается из Голландии в Советский Союз. Вокруг Капицы и Ландау сплачивается группа молодых учёных, работы которых в новой области физики становятся ведущими. И если раньше исследователи двигались только по серому следу оловянной чумы и следу гелия, то теперь изыскания ведутся сразу во многих направлениях. Фронт исследований простирается от Москвы до Ленинграда, от Харькова до Тбилиси и Свердловска.

Кольцо вокруг тайны холода сужается. Теперь учёные наблюдают уже не случайные, непредвиденные явления. Они стараются получить результаты, предсказанные теорией сверхтекучести. Для того чтобы объяснить «механизм «сверхтекучести, Ландау пришлось представить себе «квантовую жидкость», то есть признать, что квантовые законы справедливы не только в микромире, в мире молекул, атомов и элементарных частиц, но и в макромире. Пришлось признать, что свойства жидкости, которую можно создать, охлаждая гелий, невозможно понять, оставаясь в рамках классической физики.