И Попов - Пути в незнаемое

Я все старался тогда осмыслить понятия «живой» и «мертвой» жидкости, на которые Дау разделил гелий-II.

Более всего меня поразил предсказанный Ландау опыт с вращением гелия-II: нормальная компонента («живая») должна была вращаться вместе со стаканом, а сверхтекучая («мертвая») — оставаться неподвижной.

Я заканчивал работу над сверхпроводимостью сплавов, потом закончил ее, потом расстался с Институтом физических проблем почти на четыре года, но так и не смог расстаться с мыслями об опыте с вращающимся стаканом, в котором жидкий гелий должен был стоять и двигаться одновременно. Парадокс!

Но здесь мне придется уклониться от пересказа блистательной теории Ландау, объяснившей открытие Капицы, — нельзя пугать читателя множеством непривычных сведений о «якобы-частицах». квазичастицах — фононах и ротонах, о «структуре тепла», об «энергетической щели» — то есть о минимальной энергии, которая в значительной степени предопределяет сущность самого явления сверхтекучести, отличая жидкий гелий от всех других, неквантовых, классических жидкостей.

Что же следует из того, что в гелии-II в каждый данный момент в тепловое движение вовлечена только часть атомов, притом во всякое мгновение — разные атомы? Испытывать трение могут только те участки жидкости, в которых в данный момент есть тепло: трение всегда связано с выделением тепла. Поэтому при протекании через тонкие капилляры и щели такие участки жидкости будут тормозиться. А участки, лишенные тепла, будут просачиваться через тончайшие зазоры, не испытывая трения. Отсюда следует, что жидкость можно отфильтровать от содержащегося в ней тепла чисто механическим образом. Этим и воспользовался Капица, когда он измерял вязкость гелия по скорости его протекания через щель или когда он заставлял втекать в бульбочку навстречу выделявшемуся в ней теплу тонкий слой жидкости, теплосодержание которого оказалось равным нулю.

Ландау представил себе гелий-II как смесь двух компонент, обладающих диаметрально противоположными свойствами. Если нагревать гелий-II, то нормальная компонента, то есть охваченная тепловым движением, будет стремиться в более холодные части жидкости, а сверхтекучая — навстречу теплу. И хотя жидкость будет неподвижна как целое, обе компоненты потекут навстречу друг другу, выравнивая температуру во всем объеме.

Но как определить взаимную концентрацию нормальной и сверхтекучей компонент при разных температурах?

Вот для решения этого вопроса Ландау и предложил вращать стакан, наполненный гелием-II. Тогда нормальная компонента увлечется стенками, а сверхтекучая будет оставаться неподвижной.

Но как определить, сколько гелия стоит на месте и сколько вращается вместе с вращающимся стаканом?..

Этот-то опыт и запал мне в душу, и мысли о нем не покидали меня последующие годы.

…Но в июле 1941 года мы погрузили станки, ожижительные машины и большую часть научного оборудования в товарный состав и отправились в эвакуацию в Казань. Развернули кое-какие лаборатории в аудиториях и коридорах Казанского университета и стали ждать приезда Капицы, пока остававшегося в Москве.

Вскоре он приехал, полный планов и замыслов. Большинство сотрудников института было сконцентрировано вокруг проблемы получения жидкого кислорода новым капицевским методом — турбодетандером, работавшим от компрессоров низкого давления. Кислород прежде всего был нужен для военных аэродромов. К внедрению первых передвижных установок институт приступил уже в первые месяцы войны. Затем возникла проблема создания мощных стационарных установок, которые работали бы на тех же новых принципах и могли бы содействовать переводу металлургических заводов на кислородное дутье. Петр Леонидович возглавил Главное управление кислородной промышленности при Совете Народных Комиссаров СССР.

В этих работах Института физпроблем мне не пришлось участвовать: Академия наук Грузии отозвала меня из докторантуры, и в октябре 1941-го я покинул Казань.

От сверхпроводимости — к физиологической оптике. От мечты о жидком гелии — к изучению действия ударных волн на живой организм. Таков был скачок, который мне пришлось совершить вместе с переменой места работы. Темновое видение, скорость адаптации глаза, следящего за быстро перемещающейся светящейся точкой (самолет в лучах прожектора), мы изучали вместе с Н. П. Калабуковым и Г. Н. Рохлиным, пока на смену прожекторам не пришли радары. Тогда возник новый альянс между физиологами, возглавлявшимися академиком И. С. Бериташвили, и мною. Характер поражения различных тканей животного организма изучался параллельно с эффективностью защитных средств.

Казалось бы, как далеко от этих чисто практических и не очень физических проблем до гидродинамики жидкого гелия, до квазичастиц — фононов и ротонов, — и все же мысль все время возвращалась к вращающейся квантовой жидкости.

Летом 1944 года, когда война приближалась к концу и академические учреждения, ранее эвакуированные из Москвы, начали возвращаться в столицу, я получил письмо от Капицы: он приглашал меня в свой институт продолжать исследования в области физики низких температур.

Я приехал в командировку в Москву.

— Когда сможете вернуться в институт? — спросил меня Петр Леонидович.

— Вероятно, смогу начать работу в январе.

— А в каком амплуа вы предпочитали бы начать работу у нас?

— Пожалуй, докторантом, — ответил я. — Пожалуй, так легче будет освободиться…

— Вы хотите продолжать исследования по сверхпроводимости?

— Нет, Петр Леонидович. Я мечтаю заняться сверхтекучестью. В развитие ваших последних работ и теоретических исследований Дау.

— Сверхтекучестью… — неопределенно произнес Капица. И добавил: — Ну, ладно, о деталях поговорим после вашего приезда.

Я распрощался с ним и пошел толкаться по коридорам института. И тут выяснилось, что институт за время войны страшно вырос. Сколько новых сотрудников, докторантов, аспирантов, кончавших студентов; сколько новых конструкторов, чертежников, механиков!

Наговорившись со всеми вдоволь, я удалился из института и вскоре отбыл в Тбилиси.

В Москве я порезал ногу и приехал домой с нагноившейся раной. Пришлось пролежать два месяца с больной ногой, но с совершенно здоровой головой. И тут-то мне удалось придумать для себя «научную биографию» на много лет вперед. Все, что я собирался делать когда-нибудь, должно было быть связано со сверхтекучестью.

Лежу и день за днем придумываю эксперимент за экспериментом.

Почти ежедневно ко мне приходили два моих бывших студента, приносили нужные книги, делали расчеты для моих будущих экспериментов. Если бы не превратности судьбы, то и сейчас я продолжал бы осуществлять ту тотальную программу.