НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1978 г. / ФИЗИКА / ПЬОТР ЛЕОНИДОВИЧ КАПИЦА

Пьотр Леонидович Капица (Петр Леонидович Капица)

9 юли 1894 г. – 8 април 1984 г.

Нобелова награда за физика (заедно с Арно Алън Пензиас и Робърт Удроу Уилсън)

(За базовите му изследвания и открития във физиката на ниските температури.)

Руският физик Пьотр Леонидович Капица е роден в Кронщат, военноморска крепост, разположена на остров във Финландския залив близо до Санкт Петербург, където служи баща му Леонид Петрович Капица, генерал-лейтенант от инженерния корпус. Майката на Капица, Олга Иеронимовна (Стебницкая) Капица е известна педагожка и събирачка на фолклор. Като завършва гимназия в Кронщат, Капица се записва в инженерно-електрическия факултет на Петербургския политехнически институт, който завършва през 1918 г. Следващите три години преподава в същия институт. Под ръководството на А. Ф. Иофе, който започва първи в Русия да работи в областта на атомната физика, Капица заедно със своя състудент Николай Семьонов разработва метод за измерване на магнитния момент на атома в нееднородно магнитно поле, който през 1921 г. е усъвършенстван от Ото Щерн.

Студентските години и началото на преподавателската работа на Капища съвпадат с Октомврийската революция и гражданската война. Това е време на бедствия, глад и епидемии. По време на една от тези епидемии умират младата жена на Капица – Надежда Черносвитова, за която се жени през 1916 г., и двете им малки деца. Иофе настоява Капица да замине за чужбина, но революционното правителство не му разрешава, докато не се намесва Максим Горкий, най-влиятелният по това време руски писател. През 1921 г. разрешават на Капица да отиде в Англия, където става сътрудник на Ърнест Ръдърфорд, който работи в лабораторията „Кавендиш“ на Кеймбриджкия университет. Той печели бързо уважението на Ръдърфорд и става негов приятел.

Първите изследвания, проведени от Капица в Кеймбридж, са посветени на излъчваните от радиоактивните ядра алфа- и бета-частици в магнитно поле. Експериментите го подтикват да създаде мощни електромагнити. Като разрежда електрическа батерия през малка намотка от медна тел (при което става късо съединение), Капица успява да проучи магнитни полета, които са 6-7 пъти по-големи от предишните. Разрядът не води до прегряване или механично разрушаване на прибора, тъй като неговата продължителност е само около 0,01 секунда.

Създаването на уникално оборудване за измерване на температурните ефекти, свързани с влиянието на силни магнитни полета върху свойствата на веществата, например върху магнитното съпротивление, довежда Капица до изучаване на проблемите на физиката на ниските температури. За да се достигнат такива температури, е необходимо да се разполага с големи количества втечнени газове. Като разработва принципно нови хладилни машини и установки, Капица използва целия си забележителен талант на физик и инженер. Връх на неговото творчество в тази област е създаването през 1934 г. на необичайно производителна установка за втечняване на хелий, който кипи (преминава от течно в газообразно състояние) при температура около 4,3К. Втечняването на този газ се смята за най-трудно. За първи път течен хелий е получен през 1908 г. от холандския физик Хейке Камерлинг-Онес. Но установката на Капица е способна да произведе 2 литра течен хелий за един час, докато по метода на Камерлинг-Онес за получаване на малко количество с примеси са необходими няколко дена. В установката на Капица хелият се подлага на бързо разширяване и охлаждане преди топлината на околната среда да успее да го затопли; след това разширеният хелий се отвежда в машина за по-нататъшна обработка. Капица успява да преодолее и проблема със замръзването на смазката на движещите се части при ниски температури, като използва за тази цел самия течен хелий.

В Кеймбридж научният авторитет на Капица расте. Той се изкачва успешно по стъпалата на академичната йерархия. През 1923 г. става доктор на науките и получава престижната стипендия „Джеймс К. Максуел“. През 1924 г. е назначен за заместник-директор на лабораторията „Кавендиш“, завеждащ магнитните изследвания, а през 1925 г. става член на колежа „Тринити“. През 1928 г. Академията на науките на СССР присвоява на Капица научната степен доктор на физико-математическите науки и през 1929 г. го избира за свой член-кореспондент. През следващата година Капица става професор изследовател към Лондонското кралско дружество. По настояване на Ръдърфорд Кралското дружество изгражда за Капица специална нова лаборатория. Тя е наречена лаборатория „Монд“ в чест на химика и промишленик с германски произход Лудвиг Монд, с чиито средства, оставени със завещание на Лондонското кралско дружество, е построена. Откриването на лабораторията е през 1934 г. Първи неин директор става Капица. Но му е съдено да работи там само една година.

Отношенията между Капица и съветското правителство са доста загадъчни и неразбираеми. По време на своя тринадесетгодишен престой в Англия Капица се връща няколко пъти в Съветския съюз с втората си жена, Анна Алексеевна Крилова, за да чете лекции, да навести майка си и да прекара ваканцията си в някой руски курорт. Съветските официални лица се обръщат нееднократно към него с молба да остане за постоянно в СССР. Капица се отнасял с интерес към тези предложения, но поставя определени условия, сред които свобода да ходи на Запад, поради което решението на въпроса все се отлага. В края на лятото на 1934 г. Капица идва с жена си за пореден път в Съветския съюз, но когато съпрузите се приготвят да се върнат в Англия, се оказва, че изходните им визи са анулирани. След яростен, но безполезен сблъсък с официалните лица в Москва, Капица е принуден да остане в родината си, а на жена му е разрешено да се върне в Англия при децата им. Малко по-късно Анна Алексеевна идва при мъжа си в Москва, а след нея идват и децата. Ръдърфорд и други приятели на Капица се обръщат към съветското правителство с молба да му бъде разрешено да се върне и да продължи работата си в Англия, но напразно.

През 1935 г. предлагат на Капица да стане директор на новосъздадения Институт по проблемите на физиката към Академията на науките на СССР, но преди да се съгласи, той отказва почти една година предлагания пост. Като се примирява със загубата на своя изключителен сътрудник, Ръдърфорд позволява на съветските власти да купят оборудването на лабораторията „Монд“ и да го откарат в СССР по море. Преговорите, превозът на оборудването и монтажът му в Института по проблемите на физиката заемат няколко години.

Капица подновява своите изследвания по физика на ниските температури, сред които и свойствата на хелия. Той проектира установки за втечняване и на други газове. През 1938 г. Капица усъвършенства малка турбина, която втечнява много ефективно въздуха. Той успява да открие необичайно намаляване на вискозитета на течния хелий при изстудяване до температури, по-ниски от 2,17К, когато хелият преминава във форма, наречена хелий-2. Загубата на вискозитет му позволява да тече безпрепятствено през най-малки отверстия и даже да се изкачва по стените на контейнера, все едно „не усеща“ действието на гравитацията. Липсата на вискозитет се съпровожда и от увеличаване на топлопроводимостта. Капица нарича откритото от него ново явление свръхфлуидност.

Двама бивши колеги на Капица от лабораторията „Кавендиш“, Дж. Ф. Алън и А. Д. Мизенер, правят аналогични изследвания. Тримата публикуват статии с представяне на получените резултати в един и същи брой на британското списание „Нейчър“. Статията на Капица от 1938 г. и две други негови съчинения, публикувани през 1942 г., са сред най-важните му разработки по физика на ниските температури. Капица, който има необичайно висок авторитет, защитава смело своите възгледи даже по време на чистките, разгърнати от Сталин в края на 30-те години на миналия век. Когато през 1938 г. с обвинение в шпионаж за нацистка Германия е арестуван сътрудникът на Института по проблемите на физиката Лев Ландау, Какица издейства неговото освобождаване. За тази цел му се налага да отиде в Кремъл и да заплаши, че ако му откажат, ще си подаде оставката като директор на института.

В своите доклади до правителствените пълномощници Капица критикува открито решенията, които смята за неправилни. За дейността му по време на Втората световна война Западът знае малко. През октомври 1941 г. той привлича вниманието на обществеността, като предупреждава за възможно създаване на атомна бомба. Той е вероятно сред първите физици, направили подобно изявление. По-късно Капица отказва да участва в разработването както на атомната, така и на водородната бомба. Има съвсем убедителни данни, които потвърждават отказа му. Не е ясно обаче дали този отказ е продиктуван от морални съображения или от разминаване в мненията до каква степен предполагаемата част от проекта се съгласува с традициите и възможностите на Института по проблемите на физиката.

Известно е, че през 1954 г., когато американците хвърлят атомна бомба над Хирошима, а в Съветския съюз с още по-голяма енергия се разгръща работа за създаване на ядрено оръжие, Капица е свален от поста директор на института и в продължение на осем години се намира под домашен арест. Той е лишен от възможността да общува с колегите си от другите научно-изследователски институти. На вилата си оборудва малка лаборатория и продължава да се занимава с изследвания. Две години след смъртта на Сталин, през 1955 г., Капица е възстановен на поста директор на Института по проблемите на физиката и остава на този пост до края на живота си.

Следвоенната научна работа на Капица обхваща най-различни области на физиката, сред които хидродинамиката на тънките слоеве течност и кълбовидните мълнии, но основните му интереси се съсредоточават върху микровълновите генератори и изучаването на свойствата на плазмата. Прието е да се наричат плазма газовете, нагрети до толкова висока температура, че атомите им губят електроните си и се превръщат в заредени йони. За разлика от неутралните атомни и молекули на обикновения газ йоните изпитват въздействието на големи електрически сили, създадени от другите йони, а също така на електрически и магнитни полета, идващи от всеки външен източник. Именно затова плазмата понякога се смята за особена форма на материята. Плазмата се използва в термоядрените реактори, работещи при много високи температури. През 50-те години на миналия век, работейки над създаването на микровълнов генератор, Капица открива, че микровълните с голяма интензивност пораждат в хелия ясно видим светещ разряд. Като измерва температурата в центъра на хелиевия разряд, той установява, че на разстояние няколко милиметра от границата на разряда температурата се променя с около 2 000 000К. Това откритие ляга в основата на проект за термоядрен реактор с непрекъснато нагряване на плазма. Такъв реактор би могъл да се окаже по-прост и по-евтин от термоядрените реактори с импулсен режим на загряване, използвани при други експерименти за термоядрен синтез.

Освен с достиженията си в експерименталната физика Капица се проявява и като блестящ администратор и просветител. Под неговото ръководство Институтът по проблемите на физиката става един от най-продуктивните и най-престижните институти към Академията на науките та СССР, като привлича много водещи физици от страната. Капица участва в създаването на научно-изследователския център близо до Новосибирск – Академгарадок, и на висшето учебно заведение от нов тип – Московския физико-технически институт. Създадените от Капица установки за втечняване на газове намират широко приложение в промишлеността.

На преклонни години Капица, който никога не е бил член на комунистическата партия, използва целия си авторитет, за да критикува създалата се в Съветския съюз тенденция да се говори по научни въпроси със стъпване на ненаучни основи. Той се изказва срещу строителството на целулозно-хартиен комбинат, заплашващ да замърсява с отточните си води езерото Байкал; осъжда предприетия от Комунистическата партия в средата на 60-те години опит да се реабилитира Сталин и заедно с Андрей Сахаров и други представители на интелигенцията подписва писмо с протест срещу принудителното затваряне в психиатрична болница на биолога Жорес Медведев. Ученият излиза даже с няколко предложения за начините, по които може да се преодолее отчуждението между съветската и американската наука.

През 1965 г., за първи път след повече от тридесет години забрана, Капица получава разрешение да отиде от Съветския съюз в Дания, за да получи Международния златен медал Нилс Бор, присъждан от Датското дружество на строителните инженери, електриците и механиците. Там той посещава научни лаборатории и изнася лекция за физиката на високите енергии. През 1966 г. Капица заминава отново за Англия, там, където е работил, и споделя спомени за Ръдърфорд в реч, изнесена пред членовете на Лондонското кралско дружество. През 1969 г. отива с жена си и в Съединените щати.

През 1927 г., докато е в Англия, Капица се жени за втори път. Негова жена става Анна Алексеевна Крилова, дъщеря на знаменития корабостроител, механик и математик Алексей Николаевич Крилов, който е командирован от името на правителството в Англия да наблюдава строежа на кораби, поръчани от Съветския съюз. Съпрузите Капица имат двама синове. По-късно и двамата стават учени. Като млад, намирайки се в Кеймбридж, Капица кара мотор, пуши лула и носи костюми от туид. Английските си навици запазва за цял живот. Дрехи и тютюн си изписва от Англия. В свободното си време обича да играе шах и да ремонтира стари часовници.

Капица е удостоен с много награди и с почетни звания както от родината си, така и от много страни по света. Почетен доктор е на единадесет университета, член е на много научни дружества, на научните академии на САЩ, на Съветския съюз и на повечето европейски страни.

Превод от руски: Павел Б. Николов