 |
11. Experimentum crucis
|
|
|
|
Решившись отложить на время эксперимент с критическими скоростями, предложенный мне Капицей, снова возвращаюсь в мыслях к пункту № 1 моей программы.
Задача заключалась в том, чтобы ответить на вопрос: может ли гелий‑ II одновременно и стоять и двигаться?
В эксперименте, который был мною задуман, оставаться в покое должна была сверхтекучая компонента, а участвовать в движении прибора – нормальная компонента.
На мое великое счастье, я решил поставить этот опыт не с вращающимся стаканом, как это предлагал Ландау, а в том варианте, который только и мог в то время привести к прямому доказательству правильности основных идей, заложенных в его теорию. Во вращающемся стакане в определенных, но неизвестных тогда условиях обе компоненты могут двигаться вокруг оси прибора с совершенно одинаковыми средними скоростями.
Я решил взвесить нормальную компоненту, не прибегая к весам, и показать, что ее масса отличается от полной массы гелия‑ II тем больше, чем ниже температура всей системы. С этой целью мне пришло в голову построить прибор, состоящий из большого числа параллельных лепестков, который, будучи подвешен на тонкой упругой нити, должен был бы вместо вращения совершать малые колебания вокруг своей оси. Нормальная компонента, обладающая вязкостью, будет вовлекаться лепестками в колебательное движение прибора, и, чем больше ее масса, тем большим моментом инерции будет обладать такая система и тем больше окажется период колебания прибора.
Выполнить задуманный мною опыт было довольно трудно по трем причинам. Во‑ первых, вязкость даже жидкого гелия‑ I – полностью нормальной жидкости – почти в 1000 раз меньше, чем вязкость воды при комнатной температуре. Стало быть, для того, чтобы увлечь весь жидкий гелий‑ I, находящийся между соседними лепестками, расстояния между ними должны быть очень маленькими. Расчет показал, что они не должны превышать 0, 02 сантиметра.
|
|
|
Во‑ вторых, лепестки должны быть в точности параллельны по отношению друг к другу и в точности перпендикулярны оси, вокруг которой происходят колебания, иначе не избежать тривиального перемешивания жидкости, и в движение вовлечется не только нормальная, но и сверхтекучая компонента.
Наконец, общий вес прибора, изготовленного из металла, должен быть сравним с общим весом жидкого гелия, заполняющего прибор, иначе он будет нечувствителен к изменению периода колебаний, а вместе с тем и момента инерции, а следовательно, и к изменению плотности нормальной компоненты. Максимальная плотность жидкого гелия в семь раз меньше плотности воды, – значит, прибор надо было сделать как можно более ажурным. Расчеты показали: толщина каждого алюминиевого лепестка‑ диска должна быть порядка одной тысячной сантиметра.
Сто совершенно параллельных дисков: толщина каждого – одна тысячная, расстояние между ними – две сотых сантиметра. Зато – возможность определить роэнкро! (Так скороговоркой принято произносить формулу соотношения плотностей двух компонент жидкого гелия – «ро‑ эн» к «ро». )
Мне никогда не приходило в голову делать тайну из планируемых мною опытов. Это не соответствует моему темпераменту. Поэтому о работе вскоре знало множество людей, которые ничем не могли помочь, зато интересовались ею ежедневно. Но что мне их интерес, когда у меня ничего не выходило! Я вернулся в институт и приступил к делу 2 января 1945 года, а десятого или пятнадцатого в лабораторию вбежал Ландау:
– Неужели вы в самом деле сможете измерить, как изменяется с температурой плотность нормальной компоненты?
|
|
|
– Попытаюсь, во всяком случае, – отвечаю уклончиво, боясь взять на себя всю полноту ответственности за будущее науки.
– Дау говорил мне, что вы взялись за определение роэнкро? Если вам это удастся, это будет очень здорово! – сказал мне Лифшиц через несколько дней после разговора с Ландау.
– Ты действительно сможешь открыть закон убывания роэн с понижением температуры? – спросил Мигдал.
– Смогу открыть!
– Вы скоро сможете сообщить данные о роэнкро? – вцепился в меня Смородинский. – Теоретики в них очень нуждаются…
– Скоро, Яша дорогой, скоро.
И так на протяжении многих недель. Спрос на роэнкро растет. Отступления нет и быть не может, и я уже ругаю себя за то, что вставил в свой тотальный план экспериментов по гелию‑ II этот опыт, которого теоретики не хотят ждать даже каких‑ нибудь несколько месяцев. Надо же было!..
Возле моего стола то и дело возникают фигуры интересующихся и сочувствующих: ученые, аспиранты, студенты, механики. Одни говорят «выйдет», другие «не выйдет», третьи «да ты нажми», четвертые «когда же? ». Хороша обстановка для работы!
И ведь это 1945 год. Еще идет война. Нет ни необходимых материалов, ни приборов. Часть оборудования не перенесла двойной транспортировки – в эвакуацию и из эвакуации. Кое‑ что институт оставил в Казани. Не было ни дьюаров, ни форвакуумного насоса, ни вакуумной резины. Все приходилось занимать, выпрашивать, выклянчивать.
Раздобыл я наконец алюминиевую фольгу, из которой собирался сделать прибор, и занялся сооружением макета будущей установки.
И вдруг неприятность. К моему макету подошел Капица:
– Ну, где у вас тут приборчик, которым вы собираетесь измерить плотность нормальной компоненты?
– Пока не готов, Петр Леонидович.
– А чем вы занимаетесь? – недовольным тоном спросил Капица.
– Ведь я здесь только полтора месяца… Вот успел сделать макет и собираюсь испытать его. Всего два дня, как фольгу для прибора достал.
– Я не пойму, – сказал Капица, – вы приехали ко мне в игрушки играть, что ли?
– При чем тут игрушки? Работаю как умею, не нравится – могу уехать…
Я сам удивился резкости своего тона, но поправить что‑ нибудь было невозможно: Капицы в лаборатории уже не было. Конечно, если бы я тогда знал, что именно так обрушивался на сотрудников его учитель Резерфорд и что впоследствии сам усвою эту манеру и стану так же обрушиваться на своих учеников, то мог бы сдержаться…
|
|
|
Собрал разбросанные инструменты, приборы, выключил все установки и пошел домой.
В коридоре меня догнал Шальников, бежавший буквально вприпрыжку.
– Что вы там натворили?
– Ничего…
– А почему же Капица вышел от вас сам не свой от гнева? Я его спрашиваю: «Что с вами, Петр Леонидович? » А он махнул рукой и говорит: «Ну и гонористый парень этот Андроников! Ничего ему сказать нельзя». И ушел из института к себе в коттедж.
– Дело плохо, – говорю.
– Да уж не блестяще, – подтвердил Шальников. – Ираклия и Виву сюда выпишете с Арбата или сами к ним поедете?
– А ну вас, вечно одно и то же, не до шуток мне сейчас, – отмахнулся я от него, сел в автобус и поехал на Арбат к своим.
Конечно, мне следовало извиниться перед Капицей. Но я был так взвинчен, что не извинился, а Петр Леонидович ни разу не напомнил о происшедшем.
Задуманный мною опыт был предельно трудным и, во всяком случае, выходил за рамки моих тогдашних экспериментальных навыков. Он требовал мобилизации всех умственных и физических сил, вдохновения, терпения. Иногда нельзя было перевести дыхание в течение минуты, а иногда нельзя было отвести взгляд в течение получаса. Иногда нельзя было пошевелиться. С утра до вечера нельзя было сделать ни одного неосторожного или неправильного движения.
Наша лаборатория поняла это и всячески старалась вести себя так, чтобы мне ничто не мешало. Но поведение остальных было просто ужасным. Каждый раз, когда приходилось переживать один из напряженнейших моментов жизни, во время сборки стопки дисков, в комнату врывался кто‑ нибудь из посторонних и отвлекал мое внимание. Я делал неуверенное движение – и многочасовая работа шла насмарку.
Теперь приходилось жалеть, что я не Капица, к которому нельзя входить, когда он экспериментирует. С удивлением взирал я на непрошеных гостей, и по моему взгляду они догадывались о неуместности своего визита и виновато удалялись.
|
|
|
Наконец все прониклись серьезным отношением к моей затее. Контакты со всеми были отрегулированы, а это как раз то, без чего заниматься наукой просто невозможно. Научное общение требует обязательно взаимной доброжелательности, огромного взаимного доверия.
Особенно я сошелся с Тумановым – мягким, интеллигентнейшим, очаровательным юношей, одинаково близким и теоретикам и экспериментаторам. Его рабочий день по сравнению с рабочим днем других сотрудников института был довольно рыхлым. По‑ видимому, это и была та главная причина, которая рассорила его с Ландау, чьим аспирантом он был, и привела в лагерь экспериментаторов. Зато у него был велик интерес к людям, его окружающим, и к тому, что они делают. Он оказывал любую помощь товарищам, и мы, перегруженные сверх меры, часто пользовались его услужливостью. В частности, он постоянно делал за меня расчеты.
Поскольку опыт, о котором идет речь, просуществовал на поверхности физики вот уже больше 30 лет, стоит описать его поподробнее.
Уже говорилось, что прибор надо было сделать из алюминиевых лепестков толщиной 10 микрон. Число таких лепестков достигало сотни. Все лепестки надо было насадить на общую алюминиевую ось вперемежку с алюминиевыми же шайбами, толщина которых с точностью до 1 % равнялась 0, 02 см. Шайбы предназначались для того, чтобы создать одинаковое расстояние между лепестками и придать им параллельность.
Весь прибор в собранном виде должен был обладать точной осевой симметрией, а для этого хорошо было бы обточить его на токарном станке. В кусочках фольги произвольной формы с помощью пробойника я вырезал отверстия, затем эти кусочки и разделяющие их кусочки бумаги насадил на ось с винтовой нарезкой на конце и всю эту массу плотно зажал между двумя стальными пластинками с помощью гайки. Механик вставил ось в цангу, запустил станок, и резец… пошел рвать бумагу и алюминиевую фольгу, превращая все в клочья.
Мы с токарем Алексеем Макаровичем Гончаровым долго скребли в затылках. Наконец решили: я соберу еще одну такую же заготовку, заморожу ее в жидком воздухе и Гончаров обточит ее в холодном виде. Но алюминий хорошо проводил тепло внутрь заготовки, и она успевала согреться раньше, чем кончалась обработка. Только после четвертого или пятого замораживания работу удалось довести до конца.
Теперь предстояло расчленить заготовку на алюминиевые и бумажные кружочки и выровнять их. Механический пресс стоит у моего стола в лаборатории, но алюминий – металл очень мягкий: не успеешь распрямить диск, глядишь, а он уже опять мятый. О том, чтобы такой диск взять в руки, не может быть и речи, от одного прикосновения на нем появляются изгибы и изломы.
|
|
|
Однажды просыпаюсь рано утром с чувством готового решения. Сделать фольгу совершенно плоской можно, равномерно растянув каждый диск на оправке. Одеваюсь и бегу в лабораторию. Оправка готова, и вот уже рука устала дергать рукоятку пресса, диски натянуты, но… их коробят огромные напряжения, необходимой жесткости нет. С неудачей пришли ознакомиться все.
В сочувственном гомоне мозги почему‑ то не хотели работать. Они предпочитали делать это по ночам, и хотя спать приходилось очень мало, а потому сон бывал крепким, русская пословица «утро вечера мудренее» оправдывалась всякий раз, как только дело заходило в тупик. Правильные решения приходили ко мне подсознательно, во сне.
Скидываю ноги с кровати, а в голове уже ясная картина: на каждом диске надо сделать ребра жесткости. И полная технология: необходимо на матрице сделать один круговой валик и концентричную этому валику канавку, высота и глубина которых равны толщине шайбы. Соответствующие канавка и валик, в точности таких же размеров, должны быть сделаны на пуансоне. И тут мне на помощь снова пришла высочайшая квалификация Гончарова, всегда готового выдать для науки все, на что он только был способен. Не будь Алексея Макарыча – не было бы и эксперимента, повсеместно известного как «Андроникашвили‑ эксперимент».
Как много значит для ученого замечательный профессионализм и потребность бескорыстного (именно бескорыстного) служения науке, которая так часто проявляется в людях, обслуживающих научное учреждение! И как редко мы вспоминаем этих людей…
Стеклодув Петушков, машинисты ожижительных установок Яковлев и Мрыша, механики и токари Минаков, Арефьев, Гончаров, Христюк, Корольков – все это люди, сделавшие для меня гораздо больше, чем сделало большинство моих друзей и коллег по профессии. Без их доброго отношения, без их бескорыстной дружбы мои успехи в науке были бы совершенно невозможны.
…На этот раз не помогла и дружба. Ребра придали фольге жесткость, но напряжения остались столь сильными, что диски повело, как крылья вентилятора.
«Последний штрих» пришел по безнадежности или по интуиции – не помню. Я взял два листа шероховатой бумаги, проложил между ними диск из алюминиевой фольги, вставил все это между пуансоном и матрицей и нажал на рукоятку пресса.
С трепетом разъединил листки бумаги и вынул металлический лепесток – совершенно плоский и жесткий. Но не блестящий, а матовый. Шероховатость, появившаяся на нем благодаря неровностям поверхности бумаги, приняла на себя (или, лучше сказать, разрядила) все напряжения, искажавшие форму лепестка.
Я слегка дунул, и легчайший листок отделился от стола и стал парить в воздухе.
Это была победа. И страшное волнение. Настало время собирать лепестки в стопку. Не прикасаясь к ним пальцами. Подхватываю их лопаточкой из тонкой слюды и как бы роняю на ось, зажатую в миниатюрные тиски. Собрав стопку, заключаю ее в алюминиевую оболочку с толщиной стенки всего лишь в сотую долю сантиметра – шедевр, вышедший из рук Виктора Христюка. В этой эфемерной броне моему детищу были не страшны даже руки Ландау, которому я разрешил подержать прибор несколько секунд, что он и сделал с весьма понимающим видом.
Но вот прибор скреплен с тонкой, прямой, как стрела, стеклянной палочкой, другой конец ее подвешен на упругой бронзовой проволочке.
В дьюар, в котором трепетно колотится о стенки моя стопка, залит жидкий гелий – и эксперимент начинается.
Как ни странно, опыт удался с первого раза. С секундомером в руках, с прикованным к шкале взглядом я измерял период колебаний стопки дисков. Время от времени крутил вентили и, понижая упругость паров гелия в дьюаре, уменьшал температуру. Вместе с температурой совершенно явно уменьшался и период колебаний. Когда жидкий гелий выкипел, я выключил установку, схватил попавшийся под руку кусок миллиметровки и, вооружившись логарифмической линейкой, наскоро нанес несколько точек и провел кривую.
Кривая получилась плавная, только одна точка выскочила за пределы погрешности опыта.
|
|
|
