4.5

Корреспондент радио уже сказал, что жидкости при низких температурах хранят­ся в дьюарах. Но все-таки это непросто термосы шаровидной формы. Обычный четырех­цилиндровый дьюар состоит из двух пар спа­янных стеклянных цилиндров. В цилиндры заливают жидкий гелий, в пространстве меж­ду ними — жидкий азот, его температура — минус 196 градусов. Азот защищает гелий, от постороннего тепла, но недостаточно на­дежно.

Сверху стенки дьюара приходится еще и серебрить. Оставляют только узкую смотро­вую щель, чтобы вести наблюдения. Но все равно жидкий гелий испаряется слишком быстро. Гораздо быстрей, чем нужно было Капице для эксперимента.

Попробовали изменить объем цилиндров. Но в маленький цилиндр вмещалось слишком мало гелия, а в большом слишком увеличи­валась поверхность испарений. Институтский стеклодув Александр Васильевич Петушков предложил сделать дьюар шаровым.

В Музее восточных культур, в витринах антикварных магазинов всегда выставлено огромное количество шаров, вырезанных из кости. Откуда их столько — непонятно. Ша­ры вырезают так, что внутри самого боль­шого перекатывается несколько мал мала меньше.  Матрешки из  слоновой кости — странная нелепость, но говорят, будто над одним таким шаром-матрешкой мастер ра­ботает десятилетиями. По непонятному не­доразумению шары эти до сих пор считают­ся произведениями искусства, не иначе как для поощрения прилежания и усидчивости. Может, это и разумно. Но как вдуть в один четыре стеклянных шара?

При изготовлении дьюаров допуски опре­деляются долями миллиметра, и самые обыч­ные четырехцилиндровые дыоары, «похожие на термосы», — вершина стеклодувного мас­терства.

Петушков начал с самого большого шара. Сделал. Дал ему остыть. Со вторым, который поменьше, было трудней.

В узкую горловину только что остывшего большого шара Петушков внес на конце стеклодувной трубки комок раскаленного стекла. Нужно было быть очень осторожным. Чуть что — и слипнутся стенки, а замешка­ешься — стекло остынет и затвердеет, не ус­пев принять нужных размеров. В такой ра­боте нет измерительных приборов, только легкие. Дыхание измеряется микронами.

Но вот второй шар лег в первый. По­том третий.   Внутрь  третьего — четвертый.

Петушков сделал для Капицы три уни­кальных дьюара. Они похожи на большие елочные шары. У человека, незнакомого со стеклодувным мастерством и не работающе­го в лаборатории, они не вызовут симфонии чувств. Просто веселые зеркальные шары. Один такой шар стоит в кабинете Петра Леонидовича на книжном шкафу рядом с терракотовой Нефертити и макетом лун­ника.

Низкая температура сжижения гелия объясняется тем, что силы сцепления между его атомами так ничтожны, что даже само­го слабого теплового движения достаточно, чтобы помешать им объединиться в жидкость. Именно поэтому жидкий гелий самая холод­ная и еще самая упрямая жидкость. Сколько его не морозили при обычном давлении, он не превращался ни в лед, ни в снег, как другие газы, кислород или водород, напри­мер. Зато, понижая температуру жидкого гелия, обнаруживаются удивительные свой­ства.

Было замечено, что если налить жидкий гелий в сосуд, разделенный перегородкой на две части, то два разных уровня сами собой уравняются. Жидкий гелий тонкой пленкой перебирался из одного сосуда в другой. Тол­щина такой пленки составляет миллионную часть дюйма, а скорость движения дости­гает 30 сантиметров в секунду.

Жидкий гелий — прозрачная и легко под­вижная жидкость. На всю глубину в ней про­сматриваются мелкие пузырьки. Но как только температуру жидкого гелия пони­жают до -271°, с ним происходит нечто абсо­лютно неожиданное. Гелий вдруг делается совершенно прозрачным и спокойным. В нем нет пузырьков, как в газированной воде, и, по мнению доктора физико-математических наук Шальникова, специалиста по жидкому гелию, при таких температурах он выглядит совсем как «мертвая вода из волшебной сказки». Согласно более сухой терминологии, говорят, что при температуре  –271°С жид­кий гелий испытывает фазовый переход вто­рого порядка, превращаясь из гелия-I в ге­лий-II. Мы уже говорили об этом.

Первые указания на удивительное свой­ство гелия пришли в 1935 году из лаборато­рии Камерлинга-Онесса. Доктор Кеезом вместе со своей сестрой мисс Кеезом откры­ли, что Не-II очень хорошо проводит тепло. Экспериментируя с капиллярной трубкой, наполненной Не-II, они обнаружили, что Не-II проводил тепло в 200 раз быстрее, чем медь.

Это явление очень заинтересовало Капи­цу. Почему тепло так быстро передается в Не-II? Капица предположил, что быстрая теплопередача в Не-II связана не с удиви­тельной теплопроводимостью, а с движением самой жидкости. Если это так, то Не-II дол­жен иметь очень низкую вязкость. Иначе не сходятся концы. Тут все просто. И не тре­буется никакого математического аппарата. Пугаться не нужно.

Если теплопроводность можно рассмат­ривать как способность атомов передавать свои колебания друг другу (чем значитель­ней это свойство, тем значительней тепло­проводность), то при увеличении теплопро­водности естественно ожидать увеличения вязкости, верно ведь — у нефти большая вяз­кость, чем у водопроводной воды, но никак не наоборот.

Из самых повседневных наблюдений яс­но, что вязкость вещества тем больше, чем лучше распространяется в нем тепло. Это действительно так. Можно остановиться и подумать.

Получается, что гелий вроде бы исключе­ние. А почему?

Трудно поверить, что ни один ученый до Капицы не сталкивался с этим противоре­чием. Вполне возможно, многие сталкива­лись, но проходили мимо. Так было, так бу­дет. Есть противоречия, на них случайно обращают внимание и закономерно проходят мимо. Капица остановился.

Первые же подсчеты показали, что вяз­кость гелия-II должна быть значительно меньше той, которая была измерена канад­цами. Но это теоретически. А практически малую вязкость попробуй измерь.

Капица пропускал Не-II между двумя по­лированными кварцевыми дисками с зазором в полмикрона. И вот тут-то выяснилось, что Не-I едва протекает в такую щель, а Не-II протекает почти мгновенно. Капица пришел к удивительному заключению, что вязкость Не-II составляет одну десятитысячную вяз­кости водорода (сравнивать с водой не стоит потому, что слишком много нулей). На ос­нове этих измерений Капица предположил, что Не-II вообще не имеет вязкости, и ввел в физику новое явление, которое назвал сверхтекучестью.

Не без гордости рассказывал Капица на общем собрании Академии наук:

«Нам удалось построить вискозиметр (прибор для измерения вязкости) с очень узкой щелью, всего в полмикрона, через ко­торую протекал гелий. Поставив опыт таким образом, можно было в значительной мере избежать вредного влияния вихрей, и тогда удалось показать, что наблюдаемая вязкость гелия-II была по крайней мере в тысячу раз меньше прежде определяемой».

Было замечено, что при течении сквозь узкую щель гелий ведет себя так, как будто его вязкость равна нулю, хотя в других экс­периментах обнаруживает вязкость. Дейст­вительно, странное вещество.

Капица проделал такой опыт. Он приго­товил сосуд с подвижной вертушкой, поме­щенной так, что поток жидкого гелия, выте­кающий из сосуда, должен был отклонять вертушку. Сосуд был наполнен жидким гелием и помещен в гелиевую ванну.

Гелий в самом сосуде Капица нагревал лучом света, направляя его на зачерненную поверхность сосуда, совсем так же, как мальчишки в солнечные дни пускают зай­чиков.

Вертушка стала поворачиваться. Значит, из сосуда вытекал гелий. Но удивительное дело — уровень в сосуде не уменьшался! Ге­лий вытекал, а сосуд оставался полным. По­пробуйте поверить, что может быть такое. Мистика.

Работа эта чисто экспериментальная, вы­полнена в излюбленной капицинской мане­ре. Рассказать о ней более подробно затруд­нительно. Тут уместней всего привести сло­ва Капицы о том, что оценить методику ра­боты, технику опыта, точность измерений для человека, не работающего в лаборато­рии и к тому же в данной области, очень трудно. Он говорит: «...так же трудно, как человеку, любящему и понимающему музы­ку, но не музыканту, оценить технику ис­полнения музыкального произведения, хотя это ни в коей мере не мешает ему наслаждаться музыкой, любить ее и интересовать­ся ею».