В сторону абсолютного нуля - 1

В сторону абсолютного нуля

Как-то весной 1949 года меня пригласил к себе А. Ф. Иоффе. Разговор он вел в своей обычной манере — расспросил, как мне работается, как дела в семье, затем стал говорить о том, что пришло время начать в нашем институте широкие исследования в области низких температур. В этом заинтересованы многие разделы науки, например физика твердого тела и ядерная физика.

Работы, ведущиеся в этих областях, не всегда полны, так как неясно поведение исследуемых материалов в условиях глубокого холода — при температуре ниже 77° по Кельвину, какой мы только и могли достигать в нашем институте, то есть температуры жидкого азота[1]. Между тем известно, что в условиях низких температур многие явления протекают иначе, чем при обычной температуре наших исследований, обнаруживаются незнакомые ранее явления, позволяющие по-новому взглянуть на возможности и самую природу вещества. Словом, эта область очень перспективна и необходима. Не имея лаборатории низких температур, институт не может успешно двигаться вперед, он неизбежно отстанет от других научных учреждений.

Соображения Абрама Федоровича были мне понятны и не вызывали возражений. Но я удивился, когда он предложил мне взяться за новое дело и возглавить будущую лабораторию низких температур. Задача ставилась нелегкая, а в институте работали люди, более подготовленные к ней, чем я. Были у нас ученые, уже знакомые с этим делом, даже опубликовавшие свои работы в области низких температур. Их эксперименты проводились в Москве и Харькове, где в то время  уже действовали установки для получения жидкого водорода и жидкого гелия. Кроме того, мне, признаться, не хотелось бросать дело, которым я в то время занимался, — применение газовой изоляции в высоковольтных устройствах. Над этим я работал еще до войны. Как раз в конце сороковых годов газовая изоляция широко внедрялась в промышленность, что давало большой экономический эффект.

Все это я сказал Иоффе, но он ответил, что моя работа как исследование фактически завершена, ее теперь могут внедрять уже заводские лаборатории, а низкие температуры — область в высшей степени современная и перспективная. Что касается других кандидатур, то они уже обсуждались, но руководители института нашли, что правильнее всего поручить новую работу мне.

Видя мои сомнения, Иоффе посовётовал подумать. И было над чем. Мне уже перевалило за пятьдесят и вот предлагают, в сущности, снова учиться, осваивать малознакомую и трудную отрасль науки, взять в какой-то мере на себя ответственность за ее развитие…

Еще не раз я разговаривал с Иоффе, советовался с самыми авторитетными для меня товарищами. Все уговаривали принять предложение, обещали помощь. И я согласился. Так начался новый период моей жизни.

Вспоминая то время и бесчисленные трудности, которые пришлось преодолевать на вновь избранном пути, я думаю об удивительной способности таких больших ученых и организаторов науки, как Иоффе, Курчатов, Капица, Семенов, увлекать людей своими идеями, пробудить стремление к поиску нового.

В науке склонить более или менее сложившегося работника к тому, чтобы он оставил одно выбранное им направление и пошел по другому, всегда непросто. Говорят, и не без основания, что исследование требует от исполнителя бесконечного терпения, настойчивости, способности забыть все на свете в стремлении к поставленной цели, во всяком случае оставить все личное. Когда идет эксперимент, не приходится думать о домашних делах, о сне и еде. Пропущенные обеды и ужины, бессонные ночи — все это бывает для исследователя неизбежным. Разве станешь рисковать результатами долго и тщательно подготовлявшегося эксперимента ради того, чтобы удовлетворить пробудившийся аппетит? Правда, на самый эксперимент уходит иной раз каких-нибудь один-два процента времени, остальное съедает подготовка, но и в ней нужны постоянная, неослабеваемая настойчивость, упорство вместе с ясностью мысли, изобретательностью и многими другими важными качествами.

Все это способен проявлять день за днем и год за годом лишь человек, для которого проводимый поиск является кровным делом, насущной потребностью. Подобная потребность обычно вызревает постепенно, возбуждается вновь возникшими в процессе исследований идеями. Люди охотнее всего берутся за работу, которую они сами задумали. И вот, общаясь с Иоффе, Курчатовым, Капицей, Семеновым, Александровым — этими крупнейшими учеными, которых встречал на своем пути, я много раз поражался их умению зажечь людей, сделать так, чтобы их идея становилась для другого как бы его собственной, и он, сроднившись с нею, брался за ее осуществление со всей энергией, настойчивостью и жаром, на которые способен. А тот, кто эту идею подсказал, отходит тихонько в сторону, не претендуя на какую-то долю в будущем успехе, которому, однако, готов всячески способствовать и радоваться.

Прошло четверть века с тех пор, как под влиянием друзей-учителей я окунулся в совершенно новую для себя область физической науки, взялся за организацию исследований, связанных с глубоким холодом. Теперь пришла пора подводить итоги…

Какими трудными ни оказались препятствия, они, в общем, преодолены, а созданные нами за эти четверть века научные центры живут, действуют и стали жизненно важными не для одного Физтеха, а и для ряда других организаций, ведущих исследования в различных областях естественных наук.

Для чего нужна лаборатория низких температур, мы, конечно, приступая к ее созданию, представляли себе ясно. Изучая структуру какого-либо вещества, ученые исследуют его и в обычном состоянии и подвергают давлению — высокому и сверхвысокому, нагревают, плавят, переводят в газообразное и даже плазменное состояние. С каждым днем методы исследований становятся все тоньше и сложнее, появляются все новые хитроумные методики. Времена, когда можно было сделать открытие с помощью стеклянной колбы, куска пециина и электрометра, увы, миновали. Но сколь ни хитры способы исследований, они не помогут узнать о веществе все, интересующее нас, если мы не проведем эти работы и в условиях глубокого холода.

Когда мы нагреваем исследуемое вещество, тут как будто нет предела, вопрос лишь в том, каковы наши технические возможности и чего мы хотам достигнуть. Температура плазмы, например, определяется миллионами градусов. Охлаждению же природа поставила жесткий предел, переступить который невозможно. Это абсолютный нуль, или —273,16° по Цельсию. И вот, чем ближе к данной точке, тем больше интересного обещает исследование. Когда вещество охлаждается до температур сверхнизких, приближающихся к абсолютному нулю, в нем практически прекращается тепловое движение. Если при обычной комнатной температуре движение атомов и молекул носит хаотический характер, скрывающий многие интересные явления, происходящие в веществе, то с прекращением движения их уже можно наблюдать. Это относится и к тонким физическим явлениям, зависящим от энергии взаимодействия между частицами; такие явления настолько малы, что при обычных температурах их просто не измерить.

Исследования в глубоком холоде позволили открыть новые удивительные свойства вещества. Одно из них — сверхпроводимость металлов и сплавов, исчезновение у них электрического сопротивления. Это уже сулит огромные возможности для техники. Известно, что при передаче электрической энергии на расстояние значительная часть ее теряется именно из-за сопротивления, уходит на ненужное и вредное нагревание проводов. Порой приходится создавать дорогие и сложные приборы, снимающие перегрев. Потери энергии от электросопротивления ставят предел возможности передавать ее на очень дальние расстояния вообще. В конце концов сопротивление может поглотить всю энергию. Однако, если передавать ее по линиям из сверхпроводящих материалов, такие ограничения совершенно исчезнут, расстояния перестанут играть существенную роль. Уже это одно делает изучение сверхпроводимости исключительно заманчивым.

Скажу еще о другом явлении, тоже возникающем в глубоком холоде. Это сверхтекучесть гелия. Охлажденный до 2,19° по Кельвину, гелий переходит в новое состояние, когда жидкость может без всякого трения проникать через любые мельчайшие, микроскопические поры. Вязкость ее уменьшается в тысячи раз и практически исчезает. Это качество тоже может хорошо послужить в технике.

Перечислить все возможности, открывающиеся перед наукой и техникой при использовании низких температур, теперь уже просто трудно. В глубоком холоде, например, можно получать чистые газы, разделять газы на фракции и т. д.

Поведение различных материалов при низких температурах мы изучали и до войны, в частности в эльбрусских экспедициях. Со временем важность таких исследований возросла. В глубоком холоде свойства материалов сильно меняются. Одни становятся хрупкими, у других, наоборот, возрастает пластичность, они делаются более прочными. Появились новые области науки — низкотемпературное материаловедение и низкотемпературная электроника. Они должны ответить на многочисленные вопросы, возникающие у создателей космических аппаратов и приборов.