Андроникашвили Э. А.
Воспоминания о гелии-II

Часть 4

Гипноз

Во время новых опытов по определению критической скорости я наткнулся на неожиданное явление. По теории Ландау сверхтекучая компонента стремится в то место, в котором выделяется тепло. Там она превращается в нормальную компоненту и в виде таковой уходит от источника тепла. И в свободном объеме гелия-II обнаружить перепад температур нельзя.

В следующей серии моих экспериментов обе компоненты текли именно в свободном объеме гелия-II — и вот тебе раз! Я обнаружил огромный скачок температуры!

Знаете, что значит наткнуться на запрещенное физикой явление? Первое побуждение — закрыть эффект всеми имеющимися в вашем распоряжении силами.

— Что у вас получается? — спрашивают все: Ландау, Лифшиц, Смородинский... Вот, черт, привыкли интересоваться!..

— Ничего не получается!

— Как ничего? Вы же начали эксперименты?

— Начал, да ничего не получается.

— Да в чем загвоздка?

— Не выходит что-то, повторимости нету.

На первый раз отделался. А сам пересматриваю заново всю установку, всю измерительную схему. Эксперимент. Опять то же самое!

— Галя Мирская говорит, что у вас получаются какие-то вещи, запрещенные теорией Дау...

Мирская — практикантка, студентка V курса физфака, я выпросил ее себе в помощь.

— Чтоб этой Гале!.. В общем — да.

— Так вы же сами говорите, что повторимость экспериментов отсутствует?

— Нет, теперь все повторяется даже с ненужной точностью...

— Послушайте, Элевтер! Я в вас разочаровался. Вы, говорят, намерили какую-то ахинею?

— Дау! Но почему же ахинея? Измерение остается измерением.

— Чушь, чушь! Не хочу слушать. Черт знает что он говорит! Нашел какие-то явления, которые противоречат моей теории, и еще вздумал их защищать.

Дау убежал по лестнице, перепрыгивая через две ступеньки. Вдали раздался гул голосов. Сходка! Потом толпа двинулась громить меня и мой прибор.

— Элевтер, как тебе не стыдно? Сознайся, что заврался.

— Да не заврался я... — Но ведь Дау говорит, что этого не может быть.

— Причем тут Дау? И без Дау известно, что по теории этого не должно быть. Все мы достаточно разбираемся в теории, чтобы понимать это. Но если получается?

— Не может получаться!

— Это по теории не может. Да видно теория не все учитывает, потому и получается.

Оскорбленная толпа загудела, отхлынула, повернулась и, шаркая ногами по лестнице, исчезла.

Кажется, хватил лишку. Чего они все так разобиделись? Но, по правде сказать, я и себе-то казался чуть ли не преступником и уж во всяком случае — полной бездарностью: намерить скачки температуры в гелии-II!

Через неделю пошел советоваться с Халатниковым. Не тут-то было. На эту тему — рта не раскрывает.

Пришлось самому сесть за книги, журналы, расчеты. И вдруг — святые боги! «Скачок температуры у поверхности, на которой излучается тепло»... Не может быть! Это же статья Капицы! Ничего не понимаю. Та самая статья, которую я читал раз пятьдесят, та работа, основываясь на которой Дау строил свою теорию.

— Дау, а чем вы объясняете, что у Капицы тоже были скачки температуры?

— Не было у него никаких скачков. Вообще я в вас разочаровался. Намерить какую-то ерунду в такой яс.ной области.

— Почему Капица имел право измерить скачок, а я не имею?

— Да не было у него никаких скачков! Вы просто что-нибудь путаете. Вы даже статьи разучились читать. На кого, на кого, но возводить поклеп на Капицу, чьи работы я знаю наизусть... Это, знаете ли, уж сверх всякой меры.

— Дау, поглядите сюда...

— Не стану.

Говорят, что в жизни можно обойтись без насилия. Ерунда! Чтобы Дау согласился прочесть две строчки, пришлось прибегнуть, мягко выражаясь, к легкому давлению.

— Ничего не понимаю,— шипел Дау,— Первый раз вижу у Капицы какие-то скачки. Вот уж никогда их не замечал! Пш-пш-пш. Что бы это могло значить?

Но секрет так и не раскрылся. На следующий день все прибегают узнать — «на какой странице у Капицы в статье описаны эти ваши, ну как бишь их — скачки?»

Только и слышно:

— Вы читали про скачки температуры у Капицы?

— Читал! Но ведь это в корне противоречит теории

— Что за новости — скачки температуры какие-то?

— Хороши новости! Опубликованы в сорок первом, еще до войны, а сейчас, слава богу, сорок седьмой...

Продолжаю мерить. Теперь всех интересует вопрос: как велики могут быть эти скачки? И я дал в конце концов ответ всем любопытным: перегревы в непосредственной близости к поверхности, на которой выделяется тепло, могут достигать по меньшей мере 2000 градусов на сантиметр длины. Вот тебе и сверхтеплопроводность!

Несколько дней спустя ко мне вошел Дау.

— О чем задумались, Элевтерчик?

— Думаю, откуда могут взяться скачки температуры.

— Хитер! Ишь чего захотел. Этого даже я не могу придумать.

— Дау, а не может быть так, чтобы градиент температуры создавали примеси, имеющиеся в гелии-II? — робко, даже чересчур робко, спросил я.

— Чушь! — закричал Ландау.— Во-первых, в гелии-II, как показали Шурочка Шальников и его югослав грозный Савич, примесей вообще быть не может, и вам это известно не хуже меня. Во-вторых, если бы они и были... если бы они и были... то они должны двигаться вместе со сверхтекучей компонентой... навстречу нормальной...

Я вскрикнул от радости.

В этот момент в комнату вошел Исаак Яковлевич Померанчук, которому Дау дал прозвище «Чук», и, обращаясь к Ландау, спросил:

— Учитель! Вы читали новую статью американцев в «Физреве»?

— А что там пишут американцы? — небрежно спросил Ландау, не отрывая взгляда от бумаги, на которой были начертаны формулы, соответствовавшие обсуждаемому явлению.

— Они сообщают, что исследовали движение примесей в гелии-II. Им удалось растворить в гелии-II его легкий изотоп, который, таким образом, является примесью...

При этих словах я чуть было не лопнул от счастья и закричал в нетерпении:

— Ну и что же?

— Атомы примеси, как оказалось, всегда движутся вместе с нормальной компонентой, а не со сверхтекучей. Очень интересно, очень интересно!

Теперь я готов был умереть от горя.

— Что с вами? — спросил меня участливо Померанчук.

— Не в ту сторону двигаются,— сказал Ландау.— Ну ничего, Элевтерчик, на этот раз нам с вами не повезло. Не будем отчаиваться. Я поручу Халату подумать на эту тему. Халат что-нибудь да придумает... Он такой — Халат!

Халатников создал теорию происхождения скачка температуры на теплорассеивающих поверхностях через пять лет.

Но интересно в этой истории одно: тот невероятный самогипноз, под которым находился автор теории Ландау, гипноз, под которым находились все окружающие — и теоретики и экспериментаторы, не разрешавшие себе даже задуматься о том, что в теории Ландау могли остаться неотраженными какие-то стороны явления сверхтекучести.

Спрашивается: нужен ли в науке такой гипноз и самогипноз? Представим себе, что произошло бы, если бы Ландау не исключил из сферы своего внимания скачки температуры, открытые Капицей, которые ввиду всеобщего гипноза мне пришлось открыть еще раз заново.

Не сомневаюсь в том, что если бы Ландау не абстрагировался полностью от всего второстепенного, если бы он не находился полностью во власти главных своих идей, которые он положил в основу теории, если бы он действовал с оглядкой на все то, что было сделано экспериментаторами,— то теория гелия-II вообще не появилась бы на свет. Более того, она не появилась бы даже в том случае, если бы Ландау задался важнейшим вопросом: «А что такое сверхтекучая компонента?»

Но на такой самогипноз имеют в науке право только единицы, создающие основы.

Вот так, крупными мазками, создавал свою теорию нормальной компоненты гелия-II этот великий мастер современной физики. Свойства сверхтекучей компоненты оставались для него фоном, в который он не вглядывался.

В этом заключалась его поразительная мудрость.

Рыцарь науки

Весной 1947 года я принял участие в подготовке русского издания фундаментального труда маститого голландского ученого В. X. Кеезома «Гелий». В книге описывался атом гелия (включая ядро), свойства газообразного, жидкого и твердого гелия, переход из одного агрегатного состояния в другое, ожижительные машины и т. д. Здесь было все, за исключением советских работ, если не считать исследования, в котором Капица открыл явление сверхтекучести.

Правда, старик Кеезом писал эту книгу в Англии, где он провел в изгнании всю войну. Он был оторван от своего кабинета и библиотеки, текущая советская литература 1941 и последующих годов до него не доходила. Поэтому винить его в необъективности нельзя. Но тем не менее было невозможно издать перевод этой книги на русский язык, не внеся обширных дополнений. Решено было отразить в них все достижения советских и зарубежных физиков в области экспериментов, основанных на теории Ландау, равно как и саму теорию. Мне досталась глава «Экспериментальные исследования по сверхтекучести гелия-II». Мне казалось необходимым показать, в какой степени все опыты, как советских исследователей, так и зарубежных, соответствуют теории Ландау, и выявить, выходят ли имеющиеся расхождения между теорией и опытом за пределы погрешности измерений.

И вот как-то обнаруживаю, что одно такое расхождение касается основополагающих экспериментов, давших повод считать, что течение гелия-II через узкую щель полностью обратимо. Баланс теплот у меня явно не сходился. Правда, разница между тем, что было вычислено мной и что измерили экспериментаторы, составляла всего 10%. Но отклонение наблюдалось всегда в одну и ту же сторону и превышало ошибку измерения в 3—4 раза. Было ясно, что в своих опытах они не учитывали какого-то явления.

Наутро говорю Ландау о результатах моих вычислений. Ландау очень заволновался и побежал думать. Этот вопрос задевал и его теорию, так как одним из ее главных фундаментов были как раз эти опыты по обратимости гидротермических процессов в гелии-II.

Огорчив Ландау, причем огорчив изрядно, иду к себе и выясняю, что во всех опытах не учитывалась теплота конденсата паров, которые сжижались, когда уровень жидкого гелия-II поднимался, уменьшая замкнутое пространство, занятое паром. Не учитывался, естественно, и объем сконденсировавшегося пара, следовательно, все повышение уровня гелия-II в бульбочке приписывалось его течению через узкую щель.

Вечером беззаботно сижу в ванне на втором этаже нашей квартиры, когда в первом раздаются нетерпеливые звонки и вскоре кто-то мчится наверх.

— Элевтер, Элевтер, где ты, я спас обратимость! Голос Ландау. То, что он обращается ко мне на «ты», означает высшую степень возбуждения.

— Я — в ванной. Выйду к вам, как только оденусь.

— Некогда мне ждать! У меня важные новости! Мне удалось спасти обратимость!

Он потребовал, чтобы его впустили в ванную комнату. Он пробовал мне что-то объяснить, но мыло на голове мешало восприятию. Кроме того, ему потребовалась бумага. Кроме того, ему стало жарко и душно, а дело спасения есть дело неотложное. Через пять минут, завернувшись в простыню, мокрый и дрожащий, я стоял у своего письменного стола и слушал объяснения Дау.

— Не пройдет,— выслушав, отрезал я.— В эксперименте не учтена теплота конденсации.

— Ах, черт возьми, это, кажется, еще хуже! — закричал Дау. И кинулся было домой разрабатывать новые меры по спасению обратимости, но остановился перед изображением Семеновой на обложке театральной программы.

— Как! И вы захотели стать красивистом?

— Да при чем тут красивист. Просто она самая замечательная бале...

— Фу, какая глупость! Некогда мне слушать про ваших замечательных балерин. Не задерживайте меня, я иду спасать повергнутую вами обратимость!

Дау относился к науке как джентльмен. Он ее оберегал от грубого обращения недостаточно деликатных физиков. Он думал о ней непрерывно и непрестанно. Он много раз «спасал ее», и нередко ему действительно удавалось спасти тот или иной принцип или закон, порой весьма важный.

И в этой заботе о науке заключался весь Дау. Сам слабый, неуклюжий и даже в чем-то робкий, он всегда готов был загородить науку своим телом.

Творческие разногласия

Эксперимент, в котором мне удалось доказать возможность одновременного существования двух видов движения в гелии-II — сверхтекучего и нормального, продолжал занимать мои мозги. И не только мои. Об этом же думали Шальников, Пешков. А как выяснилось потом, и профессор Пайерлс в Англии, и профессор Фейнман в США, и в Западной Германии гениальный Гейзенберг. И все думали об одном и том же: «А что будет, если гелий-II не колебать, как это делал Андроникашвили, а наливать в прозрачный стакан и крутить? Будет он одновременно и стоять и двигаться? И в чем конкретно выразится эта ситуация?»

По существу, речь шла об опыте в том первоначальном виде, в каком его предлагал поставить Ландау.

Предполагалось, что в новом эксперименте глубина мениска вращающегося гелия-II будет зависеть не только от радиуса стакана и скорости вращения, но и от плотности нормальной компоненты.

Для всех других жидкостей глубина мениска от плотности не зависит. И для ртути, и для воды глубина менисков (при прочих равных условиях) одинакова. Мениск принимает форму параболоида благодаря тому, что на жидкость действуют две силы: одна — сила тяжести, другая — центробежная.

Совершенно иначе должен был вести себя гелий-II. Сила тяжести здесь действует на всю массу жидкости, тогда как центробежная сила должна действовать только на вращающуюся нормальную компоненту и не должна действовать па неподвижную сверхтекучую компоненту. Поэтому глубина мениска гелия-II должна быть пропорциональной роэнкро. А коль скоро роэн зависит от температуры, то и глубина мениска должна была с изменением температуры измениться.

Для проверки этих предположений и был построен прибор, представлявший собой стакан из оргстекла, который был помещен внутри дьюара с гелием-II и мог равномерно вращаться в довольно широком интервале скоростей.

Опыт был очень прост. И даже странно, что я в свое время предпочел ему сложный эксперимент со стопкой дисков. И тем не менее рука не поднималась начать этот простой опыт. А вдруг гелий поведет себя не так, как ему предписано теорией Ландау, и «мой» эффект, который уже завоевал себе известность, полетит к черту?

— Что вы еще затеяли? — говорил Ландау.— Ведь вы уже доказали своим прежним опытом, что теория верна!

Наконец, набравшись храбрости, приступил к эксперименту. О, ужас! Гелий-II вращается, как самая обыкновенная жидкость, глубина мениска не отличается от глубины мениска воды, масла, ртути... Разве только образуется маленький конус у оси вращения под поверхностью мениска. Но все решает глубина, а глубина мениска неизменна. Никаких признаков того, чтобы в гелии-II вращалась только нормальная компонента, и в помине не было.

В таких чрезвычайных обстоятельствах у меня сразу появилось много добровольных консультантов. Каждый из них находил, что мой прибор далек от совершенства. Одни — что стакан имеет эксцентриситет, другие — что прибор на больших оборотах вибрирует, третьи — что нужен агатовый подшипник с агатовой иглой.

Появился Дау. Его, очень высокого, с приподнятыми локтями и сцепленными вместе пальцами правой и левой руки, сопровождал Шальников, низкий, с руками, глубоко засунутыми в карманы брюк.

— Ну что, домерился? — ехидно спросил Дау.— Покажи, как это выглядит.

Он стал смотреть в дьюар и так долго присматривался, что на минуту у меня возникло сомнение: «Да видел ли он когда-нибудь жидкий гелий?»

— Ничего не вижу,— сознался он, немного сконфузившись.— Объясните мне: где здесь гелий? Все говорят «визуальное наблюдение», а на самом деле ни черта не видно.

Качая, болтая и колыхая дьюар, ему показали гелий, стакан и снова гелий, зачерпнутый в этот стакан. Потом повращали прибор и показали, как выглядит мениск.

— Ты наблюдаешь что-то не то,— заключил Дау.— Это, наверное, какие-то нестационарности режима вращения.

— Да что вы, Дау, помилуйте! Вы же видите, что прибор вращается идеально! — взмолился я.

— Ну хоть чем-то должен мениск гелия-II отличаться от мениска обыкновенной жидкости?

— Он и отличается: при больших скоростях у него на верхушке параболоида образуется небольшое коническое углубление.

— Эге! — обрадовался Ландау.— Этим ты меня только убеждаешь в том, что наблюдаешь какие-то нестационарности. Ну посуди сам: откуда бы на параболоиде образоваться еще и конусу? Этот опыт никуда не годится, и, что главное, он ровно ни о чем не говорит. Как по-твоему, Шурочка?

Шальников подтвердил, что опыт, и правда, не годится.

Через четыре года тот же Дау встретит меня в коридоре института и бросит фразу: «А твой опыт с вращением повторил в Кембридже некто Осборн и, представь себе, получил такие же результаты, хотя я продолжаю не верить им».

Еще через три года он и Лифшиц напишут статью, в которой они постараются построить теорию вращения гелия-II на основе поруганных ими экспериментов. Но будет поздно: теория будет уже построена Фейнманом...

[ Часть 1 | Часть 2 | Часть 3 | Часть 4 ]