Страница 12 из 48
И вот сейчас, в 1975 году, Капицу можно застать в том же просторном директорском кабинете, в тех же лабораториях и мастерских, которые составляют Институт физических проблем. Сколько воды утекло с тех пор. Сколько событий, подчас самых невероятных и поразительных, произошло в стенах этого известного научно-исследовательского центра!
Петр Леонидович Капица родился 9 июля 1894 года в Кронштадте (остров Котлин). Его отец — Леонид Петрович служил военным инженером в чине генерала и участвовал в строительстве военных укреплений на островах. Мать — Ольга Иеронимовна была дочерью известного ученого, действительного члена Российской академии наук Иеронима Ивановича Стебницкого. Она занималась педагогической работой, литературой и фольклором; была автором нескольких печатных трудов.
Учась в Кронштадтском реальном училище, юный Капица проявил особый интерес к физике и технике. В физическом кабинете он производил различные опыты, не все из них заканчивались благополучно...
Здание реального училища в Кронштадте сохранилось в неизменном виде и сейчас. В нем помещается школа-десятилетка. Капица бывал там много раз, в частности совсем недавно, весной 1972 года.
После окончания реального училища Капица поступил в Петербургский политехнический институт. Когда он был студентом третьего курса, началась война. Санкт-Петербург тотчас же переименовали в Петроград.
Скоро Капицу, как и многих студентов института, мобилизовали в армию. Он был направлен на польский фронт, где в качестве шофера санитарного отряда перевозил раненых с передовых линий. На грузовике, крытом брезентом, солдат Капица доставлял в госпитали молодых парней, таких же солдат, как он сам, но уже искалеченных снарядами, бомбами, минами, пулями.
После демобилизации Капица продолжал занятия в Политехническом институте. В 1916 году, еще не окончив курса, он уже работал в лаборатории А.Ф. Иоффе. В том же году в журнале Русского физико-химического общества (серия физическая) увидела свет первая научная статья Капицы «Приготовление волластоновских нитей».
Молодой исследователь изобрел принципиально новый метод приготовления тончайших кварцевых нитей, применяемых в физических измерительных приборах. Метод состоял в том, что вместо фильер для получения нити использовался лук со стрелами. Капица обмакивал наконечник стрелы в расплавленный кварц, затем натягивал тетиву и спускал ее. Стрела пролетала по коридору над разостланным бархатным полотном. Кварцевая нить падала на полотно. Этот экзотический метод, придуманный Капицей, указывал на его способность к совершенно необычным и неожиданным решениям поставленных задач.
В 1917 году произошла Великая Октябрьская социалистическая революция.
Идеи революционных социальных преобразований в отсталой России завладели умами многих преподавателей и студентов Петроградского политехнического института. Молодой физик, доцент А.Ф. Иоффе без колебаний занял место в рядах наиболее активной революционной интеллигенции. В 1918 году он в труднейших условиях основал в Петрограде один из первых в России научно-исследовательских институтов — ныне ордена Ленина Физико-технический институт Академии наук СССР имени А.Ф. Иоффе.
Капица оказался одним из первых научных сотрудников этого нового исследовательского института. Впоследствии институт сыграл исключительную роль в развитии советской физики, а воспитанная в нем научная школа А.Ф. Иоффе дала стране многих видных ученых-физиков. Ученик А.Ф. Иоффе академик Ю.Б. Харитон спустя полвека после создания Физико-технического института назвал этот исторический факт «проявлением высочайшего оптимизма» со стороны своего учителя.
Проводившийся А.Ф. Иоффе семинар, в котором участвовали молодые физики — его сотрудники и студенты, был первым в мире начинанием такого рода. В последующие годы научные семинары и другие формы общения ученых друг с другом получили широкое распространение во всем мире.
Капица был одним из активных участников семинара Иоффе. В 1919 году он уже зачислен преподавателем физики и механики Политехнического института. Позже семинар начал посещать физик-теоретик Яков Ильич Френкель. Он познакомил коллег с сенсационными открытиями Резерфорда в области атомной и ядерной физики. Участники семинара узнали от Френкеля о событиях, происходящих в далеком Кембридже: Резерфорд закончил опыты по расщеплению ядер легких элементов. Несколько позже Резерфорд предсказал возможность существования в ядре незаряженных частиц — нейтронов, открытых экспериментально гораздо позже.
В 1921 году Советское правительство приняло решение направить за границу несколько петроградских ученых. В эту группу входил А.Ф. Иоффе, который предложил командировать и П.Л. Капицу.
В.И. Ленин распорядился выдать крупную сумму в иностранной валюте для закупок за границей необходимого оборудования и литературы. Однако получить эти деньги и иностранные паспорта оказалось в той обстановке делом нелегким.
Но как бы то ни было, в мае 1921 года Капица приехал в Англию и был принят в Кембридж к Резерфорду в качестве студента-исследователя. Первое время он слушал лекции и работал в лаборатории, а через несколько лет уже сам читал лекции студентам Кембриджа.
Работа Капицы в Кевендишской лаборатории, руководимой Резерфордом, проходила успешно. Он быстро завоевывал доверие и дружеское расположение со стороны своего знаменитого учителя.
В Кевендишской лаборатории многие молодые исследователи изучали альфа-частицы, открытые в начале века Резерфордом. Капица по рекомендации Резерфорда занялся измерением импульса альфа-частицы. Для успешного выполнения задачи Капице потребовалось значительно искривить путь альфа-частиц. Это можно было сделать, только пропуская частицы через очень сильное магнитное поле, более сильное, чем применявшееся самим Резерфордом при исследованиях радиоактивности.
В те годы сравнительно сильное магнитное поле — до 25 тысяч эрстед — можно было получить с помощью электромагнита. Но эта величина была наивысшей в связи с существующим пределом насыщения железного сердечника. После насыщения напряженность магнитного поля практически перестает расти, как бы ни увеличивалась сила тока, питающего электромагнит.
Может быть, необходимо увеличить размеры установки? Так думал французский физик Клод. Он построил гигантский электромагнит весом в 100 тонн, израсходовав на него несколько миллионов золотых франков. Но установка Клода оказалась всего на 25 процентов эффективнее обыкновенного лабораторного электромагнита.
С помощью соленоида — катушки без железного сердечника — можно было получать гораздо более слабые магнитные поля — до 2 тысяч эрстед. Для питания соленоида, однако, требовался гораздо более сильный ток, чем для электромагнита. Предел роста напряженности магнитного поля наступал очень быстро, когда возрастало тепловое действие тока и соленоид просто расплавлялся. Жан Перрен во Франции предложил охлаждать соленоид жидким воздухом (t° = –190°). Расчеты показали, что при таком способе для получения магнитного поля в 100 тысяч эрстед понадобилось бы расходовать 25 килограммов жидкого воздуха в секунду, или 90 тонн в час. Проблема казалось неразрешимой.
Все же Капица выбрал именно соленоид и оригинально и просто решил проблему получения нужных ему мощных полей. Он применил катушку-соленоид с малым количеством витков. Через нее пропускался сильный электрический ток, но в очень короткий промежуток времени — всего в одну сотую секунды. Идея ученого состояла в том, чтобы пропускать ток через соленоид в течение столь короткого мгновения, за которое он не успеет расплавиться, но которое было бы достаточным для выполнения опыта (измерения). Иначе говоря, Капица избрал метод мощных импульсных полей.
В качестве источника тока в первых опытах Капица применил построенный им аккумулятор малой емкости. Его можно было заряжать в течение нескольких минут, а затем замкнуть накоротко через соленоид. В момент замыкания сила тока достигала 7 тысяч ампер, а напряженность магнитного поля составляла 100 тысяч эрстед в объеме около 2 сантиметров.