Пётр Капица: Жизнь и научные открытия выдающегося физика.

Введение

Советский физик и лауреат Нобелевской премии (1894–1984)

FRS – 8 апреля 1984 г.) был выдающимся советским физиком и лауреатом Нобелевской премии, чьи исследования были посвящены физике низких температур.

Биография

Капица родился в Кронштадте, Российская империя, в семье бессарабского военного инженера Леонида Петровича Капицы (Leonid Petrovici Capița), строившего укрепления, и Ольги Иеронимовны Капицы из знатного польского рода Стебницких, уроженки Волыни. Помимо русского, семья Капиц говорила также на румынском языке. Учёба Капицы была прервана Первой мировой войной, в которой он два года служил водителем скорой помощи на Польском фронте. Он окончил Петроградский политехнический институт в 1918 году. Его жена и двое детей умерли во время эпидемии гриппа в 1918–19 годах. Впоследствии он учился в Великобритании, работая более десяти лет с Эрнестом Резерфордом в лаборатории Кавендиша Кембриджского университета и основав влиятельный клуб Капицы. Он был первым директором (1930–34) лаборатории Монд в Кембридже. В 1920-х годах он разработал методы создания сверхсильных магнитных полей, подавая высокий ток в течение коротких промежутков времени в специально сконструированные электромагниты с воздушным сердечником. В 1928 году он обнаружил линейную зависимость между сопротивлением и напряжённостью магнитного поля в различных металлах при очень сильных магнитных полях. Поскольку его оборудование для исследований высоких магнитных полей оставалось в Кембридже (хотя позже Эрнест Резерфорд вёл переговоры с британским правительством о возможности его отправки в СССР), он изменил направление своих исследований, переключившись на изучение явлений при низких температурах, начав с критического анализа существующих методов достижения низких температур. В 1934 году он разработал новый и оригинальный аппарат (на основе адиабатического принципа) для получения значительных количеств жидкого гелия. Капица основал Институт физических проблем, частично используя оборудование, которое советское правительство приобрело у лаборатории Монд в Кембридже (при содействии Резерфорда, когда стало ясно, что Капице не разрешат вернуться). В России Капица начал серию экспериментов по изучению жидкого гелия. Это исследование завершилось открытием в 1937 году сверхтекучести (ещё одно проявление состояния материи, приводящего к сверхпроводимости). Начиная с письма редактору журнала Science от 8 января 1938 года, в котором он сообщил об отсутствии измеримой вязкости у жидкого гелия-4 при охлаждении ниже 1,8 К, Капица документировал свойства сверхтекучего гелия-4 в серии статей. Эта работа стала основой для присуждения ему Нобелевской премии по физике "за фундаментальные изобретения и открытия в области физики низких температур". В 1939 году он разработал новый метод сжижения воздуха с низкотемпературным циклом, использующий специальную высокоэффективную турбину расширения. В связи с этим, во время Второй мировой войны он был назначен руководителем Департамента кислородной промышленности при Совете Министров СССР, где разработал свои методы расширения низкого давления для промышленных целей. Он изобрел мощные микроволновые генераторы (1950–1955) и открыл новый вид непрерывного высокочастотного плазменного разряда с температурой электронов более 1 000 000 К. В ноябре 1945 года Капица поссорился с Лаврентием Берией, главой НКВД и руководителем советского атомного проекта, написав Иосифу Сталину о невежестве Берии в физике и его высокомерии. Сталин поддержал Капицу, приказав Берии сотрудничать с учёными. Капица отказался встречаться с Берией: "Если хочешь поговорить со мной, приходи в институт". Сталин предложил встретиться с Капицей, но этого так и не произошло. Сразу после войны группа видных советских учёных (в том числе и Капица) лоббировала правительство для создания нового технического университета – Московского института физики и технологии. Капица много лет преподавал там. С 1957 года он также был членом президиума Советской академии наук, и на момент смерти в 1984 году был единственным членом президиума, не являвшимся членом Коммунистической партии. В 1966 году Капице разрешили посетить Кембридж для получения медали и премии Рутерфорда. Во время обеда в своём старом колледже, Тринити, он обнаружил, что у него нет требуемой мантии. Он попросил одолжить её, но слуга колледжа спросил, когда он последний раз обедал за высоким столом. "Тридцать два года", – ответил Капица. Через несколько мгновений слуга вернулся, но не с какой-либо мантией, а с собственной мантией Капицы. В 1978 году Капица получил Нобелевскую премию по физике "за его фундаментальные изобретения и открытия в области физики низких температур", а также за его долгосрочную роль лидера в развитии этой области. Он разделил премию с Арно Алланом Пензиасом и Робертом Вудроу Вилсоном, которые были удостоены награды за открытие космического микроволнового фона. Сопротивление Капицы – это термическое сопротивление (вызывающее скачок температуры) на границе раздела между жидким гелием и твёрдым телом. Эффект Капицы – Дирака – это квантовомеханический эффект, заключающийся в дифракции электронов на стоячей световой волне. В гидродинамике число Капицы – это безразмерная величина, характеризующая течение тонких плёнок жидкости по наклонной поверхности.

Kapitsa was born in Kronstadt, Russian Empire, to the Bessarabian Leonid Petrovich Kapitsa (Leonid Petrovici Capița), a military engineer who constructed fortifications, and to the Volhynian Olga Ieronimovna Kapitsa, from a noble Polish Stebnicki family. Besides Russian, the Kapitsa family also spoke Romanian. Kapitsa's studies were interrupted by the First World War, in which he served as an ambulance driver for two years on the Polish front. He graduated from the Petrograd Polytechnical Institute in 1918. His wife and two children died in the flu epidemic of 1918–19. He subsequently studied in Britain, working for over ten years with Ernest Rutherford in the Cavendish Laboratory at the University of Cambridge, and founding the influential Kapitza club. He was the first director (1930–34) of the Mond Laboratory in Cambridge. In the 1920s he originated techniques for creating ultrastrong magnetic fields by injecting high current for brief periods into specially constructed air core electromagnets. In 1928 he discovered the linear relation between resistivity and magnetic field strength in various metals under very strong magnetic fields. As his equipment for high magnetic field research remained in Cambridge (although later Ernest Rutherford negotiated with the British government the possibility of shipping it to the USSR), he changed the direction of his research to the study of low temperature phenomena, beginning with a critical analysis of the existing methods for achieving low temperatures. In 1934 he developed new and original apparatus (based on the adiabatic principle) for making significant quantities of liquid helium. Kapitsa formed the Institute for Physical Problems, in part using equipment which the Soviet government bought from the Mond Laboratory in Cambridge (with the assistance of Rutherford, once it was clear that Kapitsa would not be permitted to return). In Russia, Kapitsa began a series of experiments to study liquid helium. This research culminated with the 1937 discovery of superfluidity (another expression of the state of matter that gives rise to superconductivity). Beginning with a letter to the editor of Science on 8 January 1938 where he reported the absence of measurable viscosity in liquid helium 4 cooled below 1.8 K, Kapitza documented the properties of helium 4 superfluid in a series of papers. This was the body of work for which he was later awarded the Nobel Prize in Physics, "basic inventions and discoveries in the area of low temperature physics". In 1939, he developed a new method for liquefaction of air with a low pressure cycle using a special high efficiency expansion turbine. Consequently, during World War II he was assigned to head the Department of Oxygen Industry attached to the USSR Council of Ministers, where he developed his low pressure expansion techniques for industrial purposes. He invented high power microwave generators (1950–1955) and discovered a new kind of continuous high pressure plasma discharge with electron temperatures over 1,000,000 K.

In November 1945, Kapitsa quarreled with Lavrentiy Beria, head of the NKVD and in charge of the Soviet atomic bomb project, writing to Joseph Stalin about Beria's ignorance of physics and his arrogance. Stalin backed Kapitsa, telling Beria he had to cooperate with the scientists. Kapitsa refused to meet Beria: "If you want to speak to me, then come to the Institute." Stalin offered to meet Kapitsa, but this never happened. Immediately after the war, a group of prominent Soviet scientists (including Kapitsa in particular) lobbied the government to create a new technical university, the Moscow Institute of Physics and Technology. Kapitsa taught there for many years. From 1957, he was also a member of the presidium of the Soviet Academy of Sciences and at his death in 1984 was the only presidium member who was not also a member of the Communist Party. In 1966, Kapitsa was allowed to visit Cambridge to receive the Rutherford Medal and Prize. While dining at his old college, Trinity, he found he did not have the required gown. He asked to borrow one, but a college servant asked him when he last dined at high table, "Thirty two years" replied Kapitza. Within moments the servant returned, not with any gown, but Kapitsa's own. In 1978, Kapitsa won the Nobel Prize in Physics "for his basic inventions and discoveries in the area of low temperature physics" and was also cited for his long term role as a leader in the development of this area. He shared the prize with Arno Allan Penzias and Robert Woodrow Wilson, who won for discovering the cosmic microwave background. Kapitsa resistance is the thermal resistance (which causes a temperature discontinuity) at the interface between liquid helium and a solid. The Kapitsa–Dirac effect is a quantum mechanical effect consisting of the diffraction of electrons by a standing wave of light. In fluid dynamics, the Kapitza number is a dimensionless number characterizing the flow of thin films of fluid down an incline.

Личная жизнь

Пётр Капица был прозван "Кентавр". Это произошло, когда однажды Артем Алиханян спросил ученика Капицы, Шалникова: "Ваш руководитель – человек или зверь?" На что Шалников ответил, что он – Кентавр, то есть он может быть человеком, но также может разозлиться и ударить вас копытами, как лошадь. В 1927 году Капица женился на Анне Алексеевне Крыловой (1903–1996), дочери прикладного математика Алексея Крылова. У них было двое сыновей, Сергей и Андрей. Сергей Капица (1928–2012) был физиком и демографом. Капица также был ведущим популярной и долгой российской научной телепередачи "Очевидно, но невероятно". Андрей Капица (1931–2011) был географом. Ему приписывают открытие и наименование озера Восток, крупнейшего подледникового озера в Антарктиде, расположенного на глубине 4000 метров под ледяным щитом континента. Благодаря практической ценности его открытий для промышленности, Капица пользовался влиянием в высших эшелонах советской власти и регулярно писал письма по вопросам научной политики. В частности, он спас Владимира Фока и Льва Ландау от сталинских репрессий 1930-х годов, заявив Вячеславу Молотову, что Ландау – единственный, кто способен решить важную физическую задачу того времени. Капица умер 8 апреля 1984 года в Москве в возрасте 89 лет.