«Экономическая газета», август 1966
Вблизи абсолютного нуля
Математический институт имени Стеклова Академии наук СССР. Небольшое уютное здание, узкие коридоры, тишина. За дверьми рабочих кабинетов — ряды столов и классные доски. Многие из комнат пусты: математики в основном работают дома, а затем собираются, чтобы обсудить результаты. Вот и сегодня такой «сбор» в отделе теоретической физики, которым руководит академик Николай Николаевич Боголюбов.
Пока идет совещание, один из учеников академика, кандидат математических наук В. В. Толмачев, рассказывает…
…Незадолго до первой мировой войны, вскоре после того, как ожижили последний из благородных газов — гелий, было открыто замечательное явление сверхпроводимости. До этого считалось твердо установленным, что все вещества оказывают сопротивление проходящему через них электрическому току — одни меньше, другие больше. В результате существенная часть электрической энергии, вырабатываемой электростанциями всего мира, тратится на преодоление сопротивления проводов, вызывает их нагревание и безвозвратно рассеивается в пространстве.
Каково же было удивление голландского ученого Г. Каммерлинг-Оннеса, когда он, охладив ртуть с помощью жидкого гелия до температуры, близкой к абсолютному нулю, не обнаружил в ней никакого сопротивления электрическому току! Такое состояние металлов ученые назвали состоянием сверхпроводимости. В настоящее время известны 23 чистых металла и большое количество сплавов, обладающих сверхпроводимостью при очень низких температурах, приближающихся к — 273 градусам Цельсия. Если сделать кольцо из какого-либо сверхпроводящего металла, то ток, возбужденный в нем, будет продолжать течь сколь угодно долго, не испытывая потерь. Это явление, своей загадочностью увлекшее ученых, до недавнего времени было необъяснимо.
И вот благодаря работе академика Н. Н. Боголюбова тайна сверхпроводимости перестала существовать. Толмачев показывает толстую рукопись. На ней написано:
«Объединенный институт ядерных исследований. Математический институт АН СССР имени Стеклова. Н. Н. Боголюбов, В. В. Толмачев,
Д. В. Ширков. Новый метод в теории сверхпроводимости. Январь 1958 года».
— Над этой проблемой трудились не только мы, — вступает в беседу только что вошедший в комнату Николай Николаевич Боголюбов — Большой вклад в нее внесли английский ученый Фрёлих, американские ученые Бардин, Купер, Шриффер, австралийцы Шаффрот, Батлер и Блатт. Нас же подхлестнула одна заманчивая идея… Это было летом прошлого года, когда царило отпускное настроение. Дискуссия наша протекала довольно бурно, ведь у физиков-теоретиков, как известно, никогда ни по какому вопросу не бывает единого мнения. И тут мы внезапно переключились на самый жесткий рабочий режим из-за неожиданно мелькнувшей мысли…
…Слышали ли вы о явлении сверхтекучести, не менее загадочном и интересном, чем сверхпроводимость? Его впервые наблюдал в 1938 году академик П. J1. Капица. Жидкий гелий при температуре, близкой к абсолютному нулю, вдруг полностью терял свою вязкость и без всякого сопротивления начинал проходить сквозь самые узкие щели…
Долго ученым не удавалось разобраться в причинах такого явления. В 1947 году академик Боголюбов и коллектив его учеников блестяще решили эту проблему математическим путем.
Но ведь и явление сверхпроводимости тоже заключается в том, что электрический ток без сопротивления проходит через металл! Вот ученые и решили использовать для анализа сверхпроводимости математический аппарат, созданный для объяснения сверхтекучести. Результаты подтвердили: идея была правильной. Оказалось, что между этими явлениями существует глубокое внутреннее сходство. Что же происходит в металле, когда он перестает «сопротивляться» электрическому току?
Все, конечно, замечали, как вода просачивается сквозь песок. Так и электрический ток, представляющий собой движение электронов, просачивается между атомами металла. Электроны тормозятся атомами, которые сами находятся в непрестанном тепловом движении, колеблются. На эти столкновения и уходит энергия электронов, полученная ими от электрической батареи. Атомы металла, получив дополнительную энергию, «раскачиваются» еще больше и мешают продвижению электрического тока. Но если металл охлаждать, то тепловые колебания атомов становятся меньше, и они меньше «мешают» электрическому току. При очень низкой температуре, почти равной абсолютному нулю, когда тепловые колебания атомов крайне ослаблены, электроны тоже начинают вести себя несколько иначе. Они все сильнее связываются между собой и в некоторых металлах вблизи абсолютного нуля образуют «электронную сверхтекучую жидкость», свободно протекающую внутри металла без всякого сопротивления. Наступает состояние сверхпроводимости…
Если металл снова нагреть, атомы начнут колебаться сильнее и снова разобьют «сверхтекучую жидкость» на отдельные электроны, которые в одиночку будут затрачивать большую энергию, чтобы пробираться в металле.
Конечно, картина, которую мы нарисовали, не может отобразить все детали сложного явления сверхпроводимости. Но математическая теория, созданная советскими учеными под руководством академика Боголюбова, по общему признанию, объясняет весь сложный и интересный механизм этого явления.
— Многих интересует вопрос, каково практическое значение сверхпроводимости. Конечно, мы пока еще далеки от внедрения этого явления в промышленность и технику. Но не в таком ли положении была наука об атомном ядре в первые годы после открытия радиоактивности? — спрашивает академик Боголюбов.
— Представьте себе, что ученые, опираясь на достижения науки сегодняшнего дня, сумеют получить сверхпроводящее состояние металлов при обычных температурах, а не только вблизи абсолютного нуля. Какой это произведет переворот в электротехнике! Вся колоссальная мощность ГЭС сможет быть передана по тонким телефонным проводам. А теория сверхпроводимости создает предпосылки для расчета состава сверхпроводящих сплавов. Она поможет также пересмотреть теорию металлов в свете новых достижений физики и математики. Она, возможно, даст ключ для создания теории атомного ядра. Кто знает, может быть, и материя, из которой состоят ядра атомов вещества, тоже сверхтекуча? Как раз над этим вопросом сейчас и работает наш коллектив.
«Огонёк» № 19, 1958 г.
Радиодвойник луны
КОКТЕЙЛЬ ИЛИ ГОЛОВКА СЫРА?
Четыреста лет назад французский писатель Рабле шутя говорил, что многие принимают Луну за головку зеленого сыра. Как это ни удивительно, но даже в наши дни о Луне возникают самые странные предположения. Пожалуй, ни об одном небесном теле не спорят так много, ни об одном не складывалось столько противоречивых мнений, сколько о нашем древнем, остывшем спутнике.
Американский исследователь Гордон Макдональд, наблюдая за движением Луны и сделав вывод, что плотность ее наполовину меньше земной, недавно высказывал мысль о том, что она… полая.
А Томас Гоулд из Корнельского университета объяснил низкую плотность Луны тем, что ее недра содержат большое количество льда и воды. По его мнению, Луна — это «коктейль с замороженными фруктами». Есть исследователи, которые всерьез утверждают, что Луна — гигантская «булка», начиненная, правда, не изюмом, а металлическими и каменными метеорами, В общем, целый набор гастрономических сравнений.
Доктор Уильям Пикеринг, пять лет — с 1919 по 1924 год — наблюдавший Луну с Ямайки, уверял, что пятна, перемещающиеся по дну кратеров, — это полчища насекомых, питающихся лунной растительностью.
По сей день существует множество подобных «теорий». Впрочем, возникновение их в какой-то степени объяснимо. Ведь почти все, что ученые знают о Луне, рассказал им свет, а это отраженный солнечный свет, и лишь в последнее время кое-что добавили ее собственные инфракрасные лучи. Но и те и другие не могут ничего сказать о внутреннем строении Луны.
