Этим же обстоятельством объясняется и грандиозная теплопроводность гелия – способность к передаче громадного количества тепла.
В обыкновенной жидкости, где тепло передается молекулярным движением – от молекулы к молекуле, тепло передается медленно. В жидком гелии тепло буквально течет слева направо. Таким образом, может быть передано огромное количество тепла.
Наличием обоих течений объясняется и другое парадоксальное обстоятельство, о котором я говорил, именно то, что гелий обладает одновременно двумя вязкостями, в зависимости от того, каким способом эти вязкости измеряются. Когда гелий вытекает через щель, то, естественно, происходит сверхтекучее течение, не связанное с какой-либо вязкостью. Поэтому никакой вязкости мы при этом не наблюдаем.
Наоборот, когда в гелии движется тело, то это тело, естественно, взаимодействует не только со сверхтекучей, но и с нормальной частью, откуда и наблюдается вязкость. Этим объясняется и другое обстоятельство, а именно знаменитый гелиево-термический эффект – то, что гелий охлаждается в том сосуде, куда втекает через тонкие щели, и нагревается в том сосуде, откуда вытекает. При сверхтекучем движении гелий вытекает без всякого тепла. В том сосуде, куда он втекает, одно и то же количество тепла, а гелия становится больше. Соответственно гелий в этом сосуде охлаждается. Наоборот, в том сосуде, откуда гелий вытекал, гелия становилось меньше, а тепла оставалось столько же. Естественно, что гелий нагревался. Естественно, что все основные явления, которые наблюдаются в гелии, находят себе теоретическое объяснение.
Кроме этих явлений, теорией было предсказано еще одно явление, также в дальнейшем открытое в эксперименте. Именно в жидком гелии, в отличие от обыкновенной жидкости, могут распространяться два разных звука. Звук – это колебание плотности жидкости. В вязкой жидкости могут происходить такие колебания, которые распространяются с определенной скоростью. Такие колебания могут распространяться в гелии I со скоростью 250 метров в секунду. С такой же скоростью звук может распространяться в гелии П.
Теория показала, что наряду с таким звуком в гелии может распространяться звук особого рода, связанный с возможностью двух движений. В гелии возможен еще один звук, когда в целом масса не перемещается, а колебание нормальной и сверхтекучей части происходит друг относительно друга. Содержащая тепло часть гелия колеблется относительно остального гелия.
Этот звук получил название второго звука и был открыт Пешковым, который обнаружил распространение этого звука в гелии I. Распространение второго звука легко отличить от распространения обыкновенного звука, потому что его скорость не имеет ничего общего со скоростью обыкновенного звука: вместо 250 метров в секунду составляет 20 метров в секунду. Пешкову удалось обнаружить, что в гелии действительно распространяется особого вида звук. Он вызывается колебанием тепла.
Если производить колебания температуры в обыкновенной жидкости, эти колебания быстро затухают. Никакого второго звука здесь не получается. Если колебать температуру в жидком гелии, то это колебание распространяется как звук с определенной скоростью, которая составляет около 20 метров в секунду.
Таким образом, и это явление, предсказанное теоретически, было наблюдено при эксперименте. Есть, разумеется, и много других явлений более или менее удивительных, происходящих с жидким гелием. Разумеется, не следует думать, что все явления, происходящие в жидком гелии, достаточно исследованы и что все они получили ясное теоретическое объяснение. В действительности здесь еще много неясного, хотя основные черты и получили ясное экспериментально-теоретическое толкование, но вдаваться в эти детали мне не хотелось бы, а поэтому разрешите на этом закончить свою лекцию».
Глава шестая Год в тюрьме
Стыдно жить в стране, управляемой негодяями.
Сергей Ковалев. Из интервью
Теория сверхтекучести жидкого гелия, за которую впоследствии Ландау получит Нобелевскую премию, создавалась с перерывом: в ночь на 28 апреля 1938 года его арестовали.
Ландау жил в восьмой квартире жилого корпуса Института физических проблем. Этот длинный дом тянется от главного корпуса института вдоль улицы и сейчас полускрыт разросшимися липами. В годы, о которых идет речь, Дау занимал комнату на втором этаже. Он и его сосед по квартире Алексеевский для ведения хозяйства пригласили экономку. Это была женщина средних лет, хорошо знавшая свое дело.
Дау был пунктуален, и Алексеевский в то утро очень удивился, что тот так долго не выходит из своей комнаты. Вдруг дверь отворилась, на пороге появилась домоправительница. На ней лица не было. «Льва Давидовича ночью арестовали», – сказала она.
Алексеевский бросился в институт. Там уже знали об аресте.
Не теряя ни часа, директор Института физических проблем профессор Петр Леонидович Капица начал действовать. Сказалась не только его смелость, но и положение, которое он занял после того, как по прихоти всемогущего главы государства был задержан в России против собственной воли. Для него были созданы все условия, с его мнением считались, и он никак не ожидал, что у него ни с того ни с сего «сцапают» лучшего теоретика, единственного в Москве, кто мог теоретически обосновать и его собственную экспериментальную работу.
Возмущению Петра Леонидовича не было границ. Оно сквозит в каждой строчке письма, написанного им грозному правителю страны.
«П.Л. Капица – И.В. Сталину
28 апреля 1938
Товарищ Сталин.
Сегодня утром арестовали научного сотрудника института Л.Д. Ландау. Несмотря на свои двадцать девять лет, он вместе с Фоком – самые крупные физики-теоретики у нас в Союзе. Его работы по магнетизму и по квантовой теории часто цитируются как в нашей, так и в заграничной научной литературе. Только в прошлом году он опубликовал одну замечательную работу, где первый указал на новый источник энергии звездного лучеиспускания. Этой работой дается возможное решение: «Почему энергия Солнца и звезд не уменьшается заметно со временем и до сих пор не истощилась». Большое будущее этих идей Ландау признает Бор и другие ведущие ученые. Нет сомнения, что утрата Ландау как ученого для нашего института, как и для советской, так и для мировой науки, не пройдет незаметно и будет сильно чувствоваться. Конечно, ученость и талантливость, как бы велики они ни были, не дают право человеку нарушать законы своей страны, и, если Ландау виноват, он должен ответить. Но я очень прошу Вас, ввиду его исключительной талантливости, дать соответствующие указания, чтобы к его делу отнеслись очень внимательно. Также, мне кажется, следует учесть характер Ландау, который, попросту говоря, скверный. Он задира и забияка, любит искать у других ошибки и, когда находит их, в особенности у важных старцев вроде наших академиков, то начинает непочтительно дразнить. Этим он нажил много врагов.
У нас в институте с ним было нелегко, хотя он поддавался уговорам и становился лучше. Я прощал ему его выходки ввиду его исключительной даровитости. Но, при всех своих недостатках в характере, мне очень трудно поверить, чтобы Ландау был способен на что-то нечестное.
Ландау молод, ему представляется еще многое сделать в науке. Никто, как другой ученый, написать об этом не может, поэтому я и пишу Вам.
П. Капица».
Однако это прекрасное письмо не возымело никакого действия. Тогда Капица решил известить об опасности, нависшей над Ландау, зарубежных физиков.
«Н. Бор – И.В. Сталину
Институт теоретической физики при Копенгагенском университете.
23 сентября 1938 года И. Сталину – Секретарю Коммунистической партии Советского Союза.
Москва
Только чувство благодарности за деятельное и плодотворное сотрудничество, в котором мне посчастливилось состоять в течение многих лет с учеными Советского Союза, и глубокое впечатление, полученное мною при неоднократных посещениях СССР от того, с каким воодушевлением и успехами ведется и поощряется там научно-исследовательская работа, – побуждает меня обратить Ваше внимание на дело одного из значительнейших физиков молодого поколения, а именно на дело профессора Л.Д. Ландау из института по изучению физических проблем при советской Академии наук.
Профессор Ландау, в сущности, завоевал себе признание научного мира не только за ряд весьма значительных вкладов в атомную физику. Благодаря своему плодотворному влиянию на молодых ученых он решающим образом способствовал также основанию в СССР школы теоретической физики, откуда вышли незаменимые работники для грандиозных научно-экспериментальных исследований, производящихся теперь в новых, великолепно оборудованных лабораториях во всех частях СССР.
В течение многих лет я имел огромное удовольствие поддерживать с профессором Ландау весьма близкую связь и регулярно вести переписку по научным проблемам, глубоко интересовавшим нас обоих. Однако, к моему глубокому огорчению, я не получил ответа на мои последние письма, и, насколько мне известно, никто из других многочисленных физиков, с особым интересом следящих за его работой, не получал от него известий. Я пытался также наладить с профессором Ландау связь, сделав запрос через советскую Академию наук, членом которой я имею честь состоять; однако полученный мною от президента Академии наук ответ не содержал никаких сведений относительно местопребывания или судьбы профессора Ландау.
Я этим глубоко огорчен, в особенности в связи с тем, что до меня недавно дошли слухи об аресте профессора Ландау. Я все же продолжаю надеяться, что эти слухи не имеют основания; если же профессор Ландау действительно арестован, то я убежден в том, что здесь идет речь о прискорбном недоразумении; ибо я не могу себе представить, чтобы профессор Ландау, который целиком посвятил себя научно-исследовательской работе и искренность которого я высоко ценю, мог совершить нечто такое, что оправдывало бы арест.
Ввиду огромного значения этого обстоятельства как для науки в СССР, так и для международного научного сотрудничества, я обращаюсь к Вам с настоятельной просьбой о назначении расследования об участи профессора Ландау с тем, чтобы в случае, если здесь действительно имеет место недоразумение, этот необычайно одаренный и успешно работающий ученый снова имел бы возможность принимать участие в весьма важной для прогресса человечества научно-исследовательской работе.
Н. Бор, профессор Копенгагенского университета».
