Сергей Семиков - Баллистическая теория Ритца и картина мироздания

Рис. 187. а) Утечка медленных, "холодных" молекул гелия через тонкопористый фильтр создаёт разницу температур; б) Нагрев ампул ведёт к притоку в них сверхтекучего гелия и выбросу его через сопло.

Существует и термомеханический эффект. В нём, наоборот, нагрев одного из двух сосудов, соединённых фильтром, ведёт к притоку сверхтекучего гелия в нагретый сосуд (Рис. 187. б ). Это происходит оттого, что нагретый гелий, имея большую вязкость, практически не проходит через фильтр, в то время как гелий из холодного сосуда, за счёт малой вязкости, легко проходит сквозь капилляры в нагретый сосуд, повышая в нём уровень гелия. При сильном нагреве сосуда приток в него сверхтекучего гелия столь силён, что струя фонтаном бьёт через сопло.

Аналогично объясняется интересный опыт Капицы, где струя из нагретого сосуда, погруженного в сверхтекучий гелий, отклоняла лёгкое крылышко. Через поры и трещины стекла сверхтекучий гелий поступал внутрь нагретого сосуда, одновременно вытекая через сопло (поэтому уровень сверхтекучего гелия в сосуде не менялся), как в случае фонтанирования. Струя из сопла и отталкивала крылышко. Как видим, для трактовки этих и других аномалий сверхтекучего гелия вполне достаточно классической физики. Так что мы имеем дело, хоть и с редким, необычным, но — классическим явлением, понять которое можно без сложного представления сверхтекучего гелия квантовой жидкостью из двух бессвязных компонент. А, вскоре, классическая трактовка свойств гелия найдёт и точное количественное обоснование.

Кроме того, что явление сверхтекучести может стать ключом к разгадке сверхпроводимости, оно представляет и самостоятельный интерес, может иметь важные практические применения. Однако, так же, как в случае сверхпроводимости, для этого надо добиться увеличения температуры перехода в "сверхсостояние". А, значит, надо искать новые вещества и условия, рождающие сверхтекучесть. Гелий — вряд ли исключение. Причина его сверхтекучести — лишь в способности гелия пребывать в жидком и даже газообразном состоянии возле точки абсолютного нуля, на что не способны другие вещества. Но теперь физики, пусть и с большим трудом, научились сохранять в виде газа и атомарный водород вплоть до T =0,08 K [134]. А, потому, есть надежда обнаружить сверхтекучесть и у него. К тому же, водород — это второй после гелия газ с наинизшей температурой перехода в жидкое и твёрдое состояние (Таблица 12).

Удалось перевести в сверхтекучее состояние и изотоп гелия 3He, хотя у него сверхтекучесть наступала лишь при температурах ниже 0,0027 К. Столь низкая температура перехода связана, видно, с меньшей на 25 % массой атомов изотопа. Соответственно, скорость движения атомов 3He, при той же температуре, — больше, чем у простого 4He. Недаром газообразный 3He переходит в жидкость лишь при температурах ниже 3,35 К. По той же причине, атомы 3He с большим трудом сливаются вместе, рождая "гелевый лёд" и сверхтекучее состояние. У сверхтекучего гелия есть сходство и с потоками реонов, тоже летящими сквозь поры тел без сопротивления, за счёт инертности, отсутствия взаимодействий. Эта аналогия электродинамической среды со сверхтекучим гелием, предложенная Сотиной и Болдыревой [22], восходит к идеям ещё одного исследователя низких температур и критических, переходных состояний вещества, — Д.И. Менделеева, который сравнивал частицы-переносчики света и гравитации, без трения пронизывающие тела, — с атомами гелия и прочих инертных газов (§ 1.5, § 3.21). Выходит, классик Менделеев, в отличие от кванторелятивистов, смог предсказать в своих работах и феномен сверхтекучести этих экстравагантных элементов.

Так что, есть смысл поискать сверхтекучесть и у других инертных газов, скажем, у неона, стоящего на третьем месте (после гелия и водорода) — по малости температур кипения, плавления и всё чаще применяемого как хладагент. Загадочна причина сверхмалой вязкости жидкого кислорода, тоже обладающего одной из самых низких температур кипения, плавления и необычными магнитными свойствами. Так что, обнаружение новых и, даже, высокотемпературных сверхтекучих газов — вполне возможно. Многих поражает, как за век, почти истёкший с момента, когда Камерлинг-Оннес, — такой же трудяга-экспериментатор, как Менделеев и Капица, — открыл сверхпроводимость и осуществил сжижение гелия, эти два явления так и не произвели революции в технике. Видно, лишь отказ от созданных Ландау и Гинзбургом квантовых теорий сверхпроводимости и сверхтекучести, откроет новые пути применения и исследований сверхсостояний, чуть не на век закрытых и замороженных квантмехом.

Во многом напоминает явление сверхтекучести и магнетизма феномен сверхпроводимости [71], открытый, подобно жидкому гелию, Камерлинг-Оннесом. Как многие отмечали, квантовая теория сверхпроводимости в корне ошибочна, с чем и связано крайне ограниченное применение сверхпроводников, которые, по идее, должны бы уже давно произвести революцию в технике. Поэтому, большие надежды в последнее время возлагают на классическую теорию сверхпроводимости. Любой газ, в том числе электронный, постепенно теряет вязкость с падением температуры (Рис. 177). То есть, согласно классической теории, при абсолютном нуле сопротивление должно стать нулевым, тогда металл и перейдёт в сверхпроводящее состояние. Но реально сверхпроводящее состояние наступает, даже, — немного не доходя до абсолютного нуля. Электроны, образующие электронный газ, подобно атомам обычных газов, обладают разными скоростями, подчиняющимися максвелловскому распределению (Рис. 188). Поэтому, в металле всегда есть электроны с почти нулевой скоростью. При комнатной температуре их ничтожно мало. Однако, возле абсолютного нуля процент таких электронов уже заметен, и они способны создавать токи достаточной величины.