Петр Капица: допустимая неточность опыта

Петр Капица: допустимая неточность опыта

физика

Петр Капица — выдающийся физик, гениальный экспериментатор, прекрасный теоретик и блестящий инженер. Его работы по физике низких температур и сильных магнитных полей — классика. В нынешнем году исполняется 125 лет со дня рождения нобелевского лауреата и 90 лет с момента избрания его действительным членом Лондонского Королевского общества — Капица был первым иностранцем Английской академии наук.

Жизнь ученого многокрасочна, извилиста и драматична, похожа на роман. «Она представляет собой такую запутанную комбинацию всякого рода явлений, что лучше не задаваться вопросом о ее логической согласованности»,— писал Петр Капица Резерфорду в 1933 году.

Пять раз Капице пришлось начинать с нуля.

Происходил он из той категории дворянской интеллигенции, которая основательно исчезла. Родился в Кронштадте. Отец, имевший чин генерала, служил военным инженером-строителем. Мать тоже была дочерью генерала, Иеронима Стебницкого, геодезиста и главного картографа российской армии. Ольга Иеронимовна окончила не только гимназию, но и Бестужевские высшие женские курсы, стала профессором Педагогического института им. А. И. Герцена в Ленинграде, участвовала в издании журналов «Еж» и «Чиж».

Юный же Петр, ее сын, из гимназии был исключен: не успевал по латыни, перевелся в реальное училище, затем поступил в Политехнический институт на факультет электромеханики. Под крыло талантливого студента взял Абрам Иоффе, получивший в истории науки почетное звание «отец советской физики». Именно Иоффе рекомендовал Капицу в 1921 году в состав группы молодых ученых, командированных за границу для закупки оборудования. Капица находился тогда в крайне подавленном состоянии: эпидемия испанки за один месяц унесла его отца, жену Надежду Черносвитову, полуторагодовалого сына и дочь трех дней от роду.

Приехали в Кембридж к великому Резерфорду. Основатель ядерной физики, лауреат Нобелевской премии, к слову, родился в Новой Зеландии в семье фермеров, и трудовой путь начинал с лопаты.

Петр Капица мгновенно понял, что хочет остаться на стажировку у Резерфорда. Тот сначала отказал — его лаборатория переполнена. В ответ Капица поинтересовался, к какой точности Резерфорд стремится в своих экспериментах. «Допустима двух-трехпроцентная погрешность»,— ответил Резерфорд. «В таком случае,— констатировал Капица,— еще один исследователь не будет в вашей лаборатории заметен, он будет поглощен допустимой неточностью опыта».

Рекорд

В Англии, работая у Эрнеста Резерфорда, Петр Капица создал импульсный магнит с максимальной индукцией около 30 тесла (нынешний рекорд — 100 тесла). Спиральная катушка магнита преобразовывала запасенную в роторе электрогенератора механическую энергию в магнитную. Это был первый успех (1924 год) в получении сильных короткоимпульсных магнитный полей.

Новый научный сотрудник Кавендишской лаборатории отличался решительностью действий, под его напором пасовали даже сдержанные англичане. Первым делом молодой русский физик придумал Резерфорду шуточное прозвище — Крокодил. «Крокодил» не возражает. Затем организует в Кембридже кружок, состоящий наполовину из теоретиков, наполовину из экспериментаторов. Количество членов строго ограничено тридцатью. Собираются по вторникам. Из больших чашек физики пьют кофе с молоком. Кружок, разумеется, получил название «Клуб Капицы».

В 1923 году Петр Капица защитил диссертацию: «Прохождение альфа-частиц через материальную среду и методы получения сильных магнитных полей» — и удостоен степени доктора философии Кембриджского университета.

Спустя три года в Париже Капица встретился с другом и сокурсником химиком Николаем Семеновым, будущим нобелевским лауреатом. Жена Семенова познакомила его со школьной подругой Анной, дочерью академика Алексея Крылова, математика и кораблестроителя. Петр и Анна понравились друг другу. В мемуарах Анна записала: «Я поняла, что он мне никогда не сделает предложения. Я ему сказала: считаю, что мы должны пожениться. Он страшно обрадовался. Тут мы и поженились».

Жизнь их была прекрасной. В 1928 году появился сын Сергей, и в том же году Капица открывает закон линейного возрастания электросопротивления металлов (Закон Капицы). В 1932 году на свет появляется сын Андрей.

Резерфорд последовательно поддерживал работы любимого ученика по сильным магнитным полям и низким температурам. Именно он добился гранта от Королевского общества в £15 тыс. для строительства лаборатории Капице. Эти деньги были частично завещаны магнатом химической промышленности Людвигом Мондом, потому лаборатория, торжественно открытая 3 февраля 1933 года, стала называться Мондовской.

При открытии ее присутствовал премьер-министр Англии Стенли Болдуин. Выполненный знаменитым скульптором Эриком Гиллом каменный крокодил украсил гладкий фасад конструктивистского двухэтажного здания в средневековом Кембридже. В кабинете у заведующего лабораторией стояли модные кресла от дизайнеров школы Баухаус.

19 апреля 1934 года Петр Леонидович получает жидкий гелий на созданной им установке для ожижения гелия адиабатическим методом: поршневой детандер работает при температуре 15°К. Ожижитель предопределил быстрый прогресс в физике низких температур.

Каждый год летом Капица имел обыкновение ездить в Россию за рулем собственного автомобиля. Поехали и в 1934 году. Повидали родных, и уж было собрались в обратный путь, как вдруг Петра Капицу вызвали к начальству. Возвратился с известием, что его не выпускают из страны: «Исходя из соображений, что Капица оказывает значительные услуги англичанам, информируя их о положении в науке СССР, а также и то, что он оказывает английским фирмам, в том числе военным, крупнейшие услуги, продавая им свои патенты и работая по их заказам, запретить Петру Леонидовичу Капице выезд из СССР».

Анна не могла не ехать в Кембридж — там дети, а Петр Леонидович остался в Ленинграде, в коммунальной квартире на улице Красных Зорь. Это был тяжелейший период в жизни ученого, лишенного работы и перспектив. Нервное напряжение в те ленинградские месяцы находило разрядку в долгих пеших прогулках.

Наконец 23 декабря в верхах принято решение построить лично для Капицы Институт физических проблем с переводом в Москву (продажей по ходатайству Резерфорда) оборудования из Мондовской лаборатории. Начало Воробьевского шоссе тогда считалось окраиной Москвы. Рельсы городского трамвая кончались у Калужской заставы.

Директор Капица сам разработал план института. Теперь в его распоряжении персональный автомобиль, семиместный «Бьюик», квартира в центре и дача на Николиной Горе. Ну и конечно же, в Институте появляется физический семинар Капицы — «капичник».

Период с 1936 по 1946 год в биографии ученого особый: не оставляя занятий в области экспериментальной физики низких температур, Капица активно работал над производством жидкого кислорода для военных нужд — для изготовления взрывчатки. Особенно необходимость в кислороде выросла во время войны.

Часть культуры

«Петр Капица придавал очень большое значение авторитету ученого в глазах общества. Он делал многое для того, чтобы наука воспринималась как часть общечеловеческой культуры, чтобы не было разобщенности между научными и художественными кругами….»

Академик Александр Андреев, директор Института физических проблем им. Капицы

Капица старался внедрить относительно новую технологию производства криогенных температур на базе турбодетандера. В 1942 году первый экземпляр турбокислородной установки ТК-2000 производительностью до 200 кг/ч жидкого кислорода изготовлен и в Балашихе запущен в эксплуатацию в начале 1943 года. В мае тогда же при Совете министров создается Главкислород, начальником которого назначен Капица. Ученый стал руководителем целой отрасли промышленности!

До этого, в 1940 году, физик Капица совершает фундаментальное открытие — сверхтекучесть гелия (при переходе тепла от твердого тела к жидкому гелию на границе раздела возникает скачок температур, так называемый скачок Капицы).

Именно за это открытие Нильс Бор трижды рекомендовал Нобелевскому комитету кандидатуру Капицы: в 1948, 1956 и 1960 годах. И только в 1978 году советский ученый с британским прошлым стал наконец лауреатом Нобелевской премии — и все премиальные деньги оставил себе, не поделившись с советским государством.

Летом 1945-го американцы взорвали первые атомные бомбы.

Физик с мировым именем был привлечен к советскому атомному проекту и включен в состав Специального комитета №1 по использованию внутриатомной энергии урана. Комитет возглавил Лаврентий Берия. Капица быстро разобрался, что абсолютно некомпетентный начальник ведет дело далеко не так, как надо, и мешает работать специалистам, о чем сообщил Сталину в письме. Дескать, Берия — дирижер, не умеющий читать партитуру. Разумеется, с рук ему такое не сошло. По легенде, генсек распорядился: «Я тебе его сниму, но ты его не трогай». Машина заработала, пошли доносы, обвинения в буржуазном образе мыслей, приказ об освобождении от должности директора института, отстранение от кислородной промышлености и увольнение с места заведующего кафедрой общей физики МГУ.

Вместо «криогенщиков» и «кислородников» в институт пришла команда атомщиков.

Годы полной изоляции Капица переживал на даче, где была им обустроена Изба физических проблем. В маленькой лаборатории он продолжал заниматься исследованиями — по механике и гидродинамике, по электронике больших мощностей и физике плазмы. В уединении на Николиной Горе Капица разрабатывает новый тип СВЧ — генераторов — планотрон и ниготрон — мощностью 300 кВт и обнаруживает, что при высокочастотном разряде в плотных газах образуется стабильный плазменный шнур. Опыты, начатые фактически в сторожке, ученый продолжил после смерти Сталина и ареста Берии, уже в Институте физических проблем, где он снова стал директором. Здесь в глубине парка в двухэтажном особняке, смахивающем на ренессансную виллу, построенном по проекту архитектора Евгения Стамо, Петр Капица прожил до конца своих дней.

Теперь здесь его музей. В гостиной перед камином висит большое полотно кисти Бориса Кустодиева, где изображены краснощекие и веселые люди — молодой Капица и молодой Семенов. В 1920 году в солнечный морозный день ученые зашли в мастерскую к живописцу в Петрограде и увидели на мольберте незаконченный портрет Шаляпина. «Вы знаменитых людей рисуете,— заметил Капица.— Напишите нас. Мы пока не знамениты, но станем такими».

Он знал.

Режиссер науки

«Некогда театр состоял только из труппы актеров, и режиссер был незаметной фигурой. Теперь же, особенно с развитием кино, в котором участвуют тысячи и десятки тысяч актеров, главная роль, определяющая успех постановки, перешла к режиссерам. При большой коллективной работе режиссер стал теперь необходим также и в науке. Какие требования мы ставим перед ним? Главное требование — его роль должна быть творческой, а не чисто административной. Он должен понимать смысл и цель научной работы и должен правильно оценивать творческие возможности исполнителей, распределять роли по талантливости и так целесообразно расставить силы, чтобы все стороны решаемой проблемы развивались гармонично... Мы знаем случаи, когда большой актер — вместе с тем и большой режиссер, например Чарли Чаплин... Несомненно, сейчас наступает такой период, когда организаторам науки будет отводиться все более и более крупная роль».

Петр Капица, речь на Международном симпозиуме по планированию науки, Прага, сентябрь 1959 года

Кристальная честность

27 апреля 1938 года был арестован Лев Ландау, в тот момент заведующий теоретическим отделом Института физических проблем. «Меня обвинили в том, что я немецкий шпион,— писал он впоследствии,— год я провел в тюрьме, и было ясно, что даже еще на полгода меня не хватит: я просто умирал. Капица поехал в Кремль и заявил, что требует моего освобождения, а в противном случае будет вынужден оставить институт. Меня освободили. Вряд ли надо говорить, что для подобного поступка в те годы требовались немалое мужество, большая человечность и кристальная честность».

Анекдоты о Петре Капице

В 1966 году после большого перерыва Петр Капица снова попал в Англию — приехал по приглашению Королевского общества прочесть лекцию «Мои воспоминания о Резерфорде». Пришел пообедать в Тринити-колледж со старым коллегой, английским физиком лордом Андрианом. Когда все поднялись из-за стола, чтобы пойти в кабинет пить кофе и портвейн, Капица заметил, что все в мантиях, кроме него. Он вспомнил, что свою мантию оставил висеть в прихожей. Подозвал батлера: «Где моя мантия?» Тот спросил: «А когда вы оставили ее, сэр?» «32 года назад»,— ответил Капица. Служитель невозмутимо ушел и принес мантию.

...

Петр Капица был приглашен одной фирмой для консультации. Как ученого и инженера его попросили установить, почему не работает новый электродвигатель. Капица осмотрел двигатель, несколько раз включал его — никакого результата. Тогда он попросил принести молоток и, взяв его, ударил в одном месте. Произошло чудо: двигатель заработал. За консультацию он заранее получил £1 тыс. Представитель фирмы, удивившись, что для пуска двигателя понадобился лишь удар молотком, попросил Капицу представить счет на полученную сумму. Капица представил. В счете он написал, что удар молотком оценивает в £1. Остальные £999 причитаются ему за то, что он знал, в какое место ударить.

Музейная моль

Мемориальный музей Петра Капицы был открыт 8 апреля 1985 года, в день годовщины со дня кончины Петра Леонидовича Капицы. В экспозиции научные приборы и устройства, уникальная коллекция фотографических портретов ученых ХХ века с дарственными надписями и автографами. В кабинете стоит специальный, расписанный под хохлому шахматный столик и сами шахматы, вырезанные из кости, скорее всего, они привезены из Англии. В библиотеке полно шахматных книг, в том числе и выпущенных в начале XX века на английском языке, на полях сохранились сделанные рукой Капицы карандашные пометки. Есть и книги с дарственными надписями от чемпионов мира Михаила Ботвинника, Василия Смыслова, Анатолия Карпова.

Тут можно видеть треснувшую дубовую раму, в которой была заключена катушка. Капица, описывая Резерфорду эксперимент с получением коротких импульсов мощного тока, сообщал, что катушка разлетелась вдребезги. На почетном месте — диплом нобелевского лауреата, полученный Петром Капицей в 1978 году, а в шкафу среди академических мантий разных стран — фрак, в котором физик получал Нобелевскую премию. На полу для сохранности материй сотрудники вынуждены выкладывать таблетки против моли. Состояние стен здания, некогда служившего жилищем прославленному ученому, далеки от совершенства: они все потрескавшиеся, облупившиеся. Зданию, без сомнения, нужен ремонт.