Сказка о двух нобелевских лауреатах, мешке пшена и сверхтекучей жидкости, выползающей из стакана

 

Однажды промозглой петроградской осенью в мастерскую к известному художнику Борису Кустодиеву зашли два молодых человека.

– Извините, что принимаю вас лёжа, – сказал художник. – Больная спина, приходится рисовать в кровати.

– Мы пришли заказать наш портрет, – смело сказал один, постарше, держащий в руке трубку. – Почему вы рисуете только известных людей? Нарисуйте нас. Мы молоды, но непременно станем знаменитыми в будущем!

Кустодиев рисовал не только лица – он рисовал характеры. И молодые люди ему понравились – именно своим характером.

– Хорошо, – сказал он. – Чем вы будете расплачиваться за портрет?

Времена были революционные, голодные – и, когда портрет был готов, молодые люди принесли в качестве платы мешок пшена и петуха.

Кустодиев, смеясь, взял плату – и сказал:

– Только не подведите, вы пообещали стать знаменитыми. Нельзя же чтобы на моих портретах были безвестные и скучные люди.

– Не подведём! – заверили его молодые люди.

 

…Галатея, слушающая сказку, нетерпеливо заёрзала:

– Ну и как – не обманули они художника?

Дзинтара ответила:

– Этот портрет Кустодиева стал единственным в мире двойным портретом, на котором запечатлены сразу два будущих нобелевских лауреата, нарисованных тогда, когда они были ещё никому не известными молодыми людьми. Отмечу, что получили они свои премии независимо друг от друга – один по физике, другой по химии.

– Не подвели! – довольно кивнула Галатея. – Но где встретились два будущих нобелевских лауреата? Ведь этих лауреатов буквально по пальцам можно пересчитать.

– Их встреча не была случайной. В те годы в Петрограде возник новый научно‑исследовательский институт, возглавляемый Абрамом Федоровичем Иоффе, крупнейшим организатором науки, который активно собирал в свой институт самых талантливых молодых людей. Именно там и встретились Пётр Капица и Николай Семёнов. Первый родился в Санкт‑Петербурге, был столичным жителем, а второй был выходцем из провинциального города Саратова. Они оба учились в Петрограде, где их заметил Иоффе и ещё до получения ими диплома пригласил к себе работать. В институте Иоффе и подружились эти два будущих нобелевских лауреата.

Вскоре жизненные пути Капицы и Семёнова разошлись: по предложению Иоффе, который был учеником великого Рентгена и прекрасно понимал полезность заграничных стажировок, Капица уехал в 1921 году в Англию, в знаменитую Кавендишскую лабораторию Эрнста Резерфорда. Семёнов в это же время стал заместителем директора института – то есть самого Иоффе.

– А почему Капица, а не Семёнов поехал за границу? – спросила Галатея.

Дзинтара пожала плечами:

– Трудно сказать. Возможно, Капица, который ещё в 1914 году путешествовал по Шотландии для улучшения английского языка, знал его лучше Семёнова – и это стало решающим моментом.

 

В Кембридже Капица быстро завоевал авторитет своими работами в области радиоактивности и сверхсильных магнитных полей. В 1925 году он стал заместителем Резерфорда, в 1929 году был выбран в академики – то есть в члены Королевского общества и, одновременно, в члены‑корреспонденты Академии наук СССР. В 1930 году Королевское общество выделило крупную сумму на постройку в Лондоне специальной лаборатории для Капицы, которая вступили в строй в 1933 году.

В СССР Семёнов тоже быстро стал известным, благодаря своим работам на стыке физики и химии. В 1927 году он возглавил химико‑физический сектор своего института, в 1929 году, вместе с Капицей, был избран в члены‑корреспонденты Академии наук, а в 1932 году – в академики. В 1931 году отдел превратился в Институт химической физики, бессменным директором которого стал Семёнов. Вскоре институт переехал в Москву, где и существует до сих пор. В 1934 году Семёнов опубликовал книгу «Химическая кинетика и цепные реакции», которая положила начало целому научному направлению в химии и физике.

В том же 1934 году научная карьера Капицы сделала резкий поворот: он приехал в СССР в отпуск, но назад, в Лондон, где у него остались жена и двое сыновей, его уже не отпустили.

– Как так не отпустили?! – не поверил Андрей, а Галатея энергично закивала головой, соглашаясь с его удивлением.

– В те времена государство и чиновники свободно распоряжались не только свободой, но и жизнями людей. После нескольких случаев, когда видные учёные из СССР – физик Г. А. Гамов, химик В. Н. Ипатьев и другие – остались за рубежом и не вернулись назад, правительство велело закрыть границы для учёных. Капица стал жертвой этой новой политики.

Он был шокирован и даже решил бросить физику.

Правительство, склоняя учёного к сотрудничеству, предложило Капице создать новую лабораторию в Москве. Николай Семёнов, старый друг Капицы, поддерживал его, чем мог, – и Капица согласился работать в СССР, если правительство перевезёт его лабораторию из Лондона в Москву. В конце 1934 года правительство СССР создало для П. Л. Капицы Институт физических проблем и выделило крупную сумму денег на закупку необходимого оборудования. В 1936 году семья Капицы приехала к нему из Лондона в Москву. К марту 1937 года строительство института было закончено, большая часть необходимых приборов смонтирована – и Капица вернулся к научной работе, прерванной на три года.

 

В новой лаборатории Капица продолжил исследования поведения жидкого гелия, которые он начал ещё в Лондоне. Когда температура этой жидкости снижалась до 2,1 кельвина, она начинала вести себя странно – её вязкость падала в миллион раз.

– Что это означает? – спросила Галатея. – В чём это проявляется?

– Если взять стакан с крохотной трещинкой шириной в полмикрона, а микрон – это тысячная доля миллиметра, то обычная жидкость или тот же гелий теплее 2,2 кельвина, который называют гелий‑1, будет очень неохотно просачиваться через эту микроскопическую трещину. Если же жидкий гелий остудить ещё на одну десятую градуса, то он приобретёт такие удивительные свойства, что немедленно полностью вытечет из стакана с трещиной. Более того, если налить в пробирку или стакан такой охлаждённый жидкий гелий, который стали называть гелий‑2, то он начнет карабкаться по её стенкам, выбираться наружу и капать с донышка!

– Жидкость, которая выползает по стенкам стакана наружу?! – поразилась Галатея.

– Учёные поразились этому свойству гелия‑2 не меньше тебя. Капица назвал гелий‑2 сверхтекучей жидкостью. Её свойства задаются квантовыми законами и законами химии, которые основаны на электрических и квантовых свойствах атомов и молекул. Атомы гелия образуют такую жидкость, которая не способна обмениваться энергией с препятствиями, поэтому она легко проникает в тончайшие трубочки и трещины – и даже забирается по стенкам сосудов в виде тонкой капиллярной плёнки.

– Жидкость, которая не способна обмениваться энергией со средой, – воскликнул Андрей, – это же очень похоже на сверхпроводящий электронный газ!

– Верно. Движение электронов в сверхпроводнике можно рассматривать как течение сверхтекучей жидкости – это показал в своих трудах выдающийся математик и физик Николай Николаевич Боголюбов. Советский физик‑теоретик Лев Давыдович Ландау построил теорию сверхтекучего гелия, за что получил Нобелевскую премию за 1962 год. Сам Капица получил Нобелевскую премию за открытие сверхтекучести в 1978 году.

 

 

Сверхтекучесть – единственный квантовый эффект, который виден на макроскопическом уровне. Проявления этого эффекта ещё слабо изучены, например есть мнение, что нейтронные звёзды пребывают в сверхтекучем состоянии.

 

– А как дальше сложилась судьба двух друзей? – с любопытством спросила Галатея.

– За работы в области цепных реакций Николай Николаевич Семёнов получил свою Нобелевскую премию гораздо раньше Капицы – в 1956 году. Он поделил её с Сирилом Хиншелвудом, британским физиком, который работал в той же области.

Капица был выбран в академики в 1939 году. Кроме научных исследований он разрабатывал и создавал установки для промышленного производства жидкого кислорода, а также преподавал в Московском государственном университете им. Ломоносова. В октябре 1941 года он предсказал появление атомной бомбы – и потом какое‑то время участвовал в советском атомном проекте, который активизировался в 1945 году.

В те тяжёлые времена, когда за каждое неосторожное слово можно было попасть в тюрьму, Капица проявлял поразительную смелость, честно высказывая своё мнение в глаза всемогущим людям, которые стояли у руля государства и пытались командовать учёными, не обладая даже малой долей необходимых для этого знаний. В 1939 году он спас от тюрьмы Л. Д. Ландау, будущего нобелевского лауреата, взяв его в свой институт и поручившись за него.

После войны Капица сам попал в опалу и в 1946 году был снят с директорского поста. Он вернулся к руководству институтом лишь в 1955 году. Пока он был в опале, он сумел вместе с Семёновым, Курчатовым и другими учёными создать Московский физико‑технический институт – учебное заведение совершенно нового типа, которое стало выпускать специалистов‑физиков высочайшего класса.

 

Авторитет Капицы среди учёных был необычайно высок. В августе 1955 года на совещании у Мстислава Келдыша, где обсуждался вопрос о запуске искусственного спутника, мнения разделились. Свой важный вклад в обсуждение внёс Пётр Леонидович Капица, сказавший: «Дело это совершенно новое, здесь мы лишь вступаем в область неизведанного, а это всегда приносит науке плоды, которые заранее нельзя предвидеть. Но они обязательно будут. Искусственный спутник Земли надо делать!» Все согласились с мнением Капицы: искусственный спутник был сделан, запущен и оказал на земную цивилизацию огромное воздействие.

 

Оба друга – Пётр Капица и Николай Семёнов – прожили по 90 лет и оставили за собой мощный след в истории. Так что на портрете Кустодиева оказались запечатленными два по‑настоящему выдающихся человека.

 

Примечания для любопытных

 

Абрам Фёдорович Иоффе (1880–1960) – выдающийся российский и советский физик; ученик В. К. Рентгена; талантливый организатор науки, носящий неофициальный титул «отца советской физики»; создатель уникальной школы физиков, куда входили П. Л. Капица, Н. Н. Семёнов, И. В. Курчатов и многие другие выдающиеся физики; с 1921 года – директор Физико‑технического института в Петербурге.

Георгий Антонович Гамов (1904–1968) – видный физик‑теоретик, уехавший в 1933 году из СССР и не вернувшийся. Известен своими работами в области радиоактивности, космологии и биологии.

Владимир Николаевич Ипатьев (1867–1952) – выдающийся химик, уехавший из СССР в конце 20‑х и решивший не возвращаться, так как многие его знакомые были расстреляны. Член Национальной академии США, автор 200 патентов. Американский химик Ф. Уитмор считал, что «среди многих замечательных химиков Россия дала миру трёх выдающихся – М. В. Ломоносова, Д. И. Менделеева и В. Н. Ипатьева».

Николай Николаевич Боголюбов (1909–1992) – выдающийся математик и физик, известный своими трудами в области кинетических уравнений. Академик АН СССР (1953). Высказал предположение о сверхтекучести ядерной жидкости.

Сирил Хиншелвуд (1897–1967) – видный британский физикохимик, известный своими работами в области цепных химических реакций. Президент Королевского общества (1955–1960). Получил Нобелевскую премию в 1956 году.

Игорь Васильевич Курчатов (1903–1960) – выдающийся советский физик, руководитель проекта по созданию атомной бомбы. Основатель и первый директор Института атомной энергии. Академик (1943).

Мстислав Всеволодович Келдыш (1911–1978) – выдающийся советский механик и математик, один из идеологов космической программы. Академик (1946), президент Академии наук СССР (1961–75).