Изучая свойства металлов в сильных магнитных полях, Капица пришел к необходимости проведения исследований в условиях возможно более низких (гелиевых) температур.
Именно с физикой и техникой низких температур связаны наиболее яркие достижения ученого. Но проводил исследования по этой теме ученый уже в СССР.
Советские официальные лица неоднократно обращались к нему с просьбой остаться на постоянное жительство в СССР. Петр Леонидович относился с интересом к таким предложениям, но выставлял определенные условия, в частности, свободу поездок на Запад, из-за чего решение вопроса откладывалось.
В конце лета 1934 года Капица вместе с женой в очередной раз приехали в Советский Союз, но, когда супруги приготовились вернуться в Англию, оказалось, что их выездные визы аннулированы. Позднее жене было разрешено вернуться в Англию к детям, и вскоре Анна Алексеевна присоединилась к мужу в Москве, а вслед за ней приехали и дети. Резерфорд и другие друзья Капицы обращались к советскому правительству с просьбой разрешить ему выезд для продолжения работы в Англии, но тщетно.
В 1935 году Капице предложили стать директором вновь созданного Института физических проблем Академии наук СССР. Петр Леонидович поставил условием покупку оборудования, с которым он работал в Англии. В конце концов, Резерфорд, смирившись с потерей своего выдающегося сотрудника, позволил советским властям купить оборудование лаборатории Капицы.
Дав согласие, Петр Леонидович с семьей поселился тут же, на территории института, в особняке из нескольких комнат. Возвращение Капицы на родину совпало со сталинскими чистками. Петр Леонидович, обладавший необычайно высоким авторитетом, смело отстаивал свои взгляды даже в это тяжелое время. Он знал, что в стране все решает высшее руководство. С этим руководством он и стал вести прямой и откровенный разговор. С 1934 по 1983 год ученый написал более 300 писем «в Кремль» (Сталину — 50, Молотову — 71, Маленкову — 63, Хрущеву — 26). Благодаря его вмешательству, от гибели в тюрьмах и лагерях в годы сталинского террора были спасены многие ученые.
В 1972 году, когда властями был инициирован вопрос об исключении из Академии наук Андрея Дмитриевича Сахарова, против этого выступил один только Капица. Он сказал: «Аналогичный позорный прецедент уже был. В 1933 году фашисты исключили из Берлинской академии наук Альберта Эйнштейна».
Но каковы бы ни были условия жизни, Петр Леонидович никогда не прекращал научную работу. На установке, доставленной в Москву из Кавендишской лаборатории, Капица продолжал исследования в области сверхсильных магнитных полей. В опытах участвовали его кембриджские сотрудники, прибывшие на время в Москву, — механик Пирсон и лаборант Лауэрман. Эти работы заняли несколько лет. Капица считал их очень важными.
Ученый усовершенствовал небольшую турбину, очень эффективно сжижавшую воздух. В созданной им оригинальной установке не требуется предварительное охлаждение гелия: газообразный гелий охлаждается, адиабатически расширяясь в специальном детандере. Теперь в разных странах создаются практически только такие гелиевые установки.
Экспериментальные научные исследования Капицы в области физики низких температур ознаменовались фундаментальным открытием. В процессе изучения свойств жидкого гелия в 1937 году им было открыто явление сверхтекучести. Ранее было известно уникальное свойство гелия, который переходит в жидкое состояние при температуре 4,2°K, оставаясь жидким при более низких температурах вплоть до абсолютного нуля. Было также известно, что при температуре 2,19°K скачкообразно меняется теплоемкость жидкого гелия (точнее, изотопа гелия с атомным весом 4). В чрезвычайно изящных экспериментах, наблюдая протекание жидкого гелия через капилляры и узкие щели (шириной до полумикрона), Капица показал, что у этой жидкости при температурах ниже 2,19°K полностью отсутствует вязкость.
В работах 1937–1941 годах были обнаружены и изучены другие аномальные явления в жидком гелии, в частности, распространение тепла в нем. Было показано, что в интервале температур от 4,2 до 2,19°K гелий ведет себя как обычная жидкость, а при температуре ниже 2,19°K в его поведении проявляются аномалии. Петр Леонидович приходит к выводу о сосуществовании в таком гелии двух жидкостей — нормальной и аномальной (сверхтекучей), которые могут двигаться как бы сквозь друг друга.
Эти и другие совершенно необычные свойства жидкого гелия оказалось возможным объяснить только в рамках квантовотеоретических представлений. Экспериментальные работы Капицы стали основой развития нового направления — физики квантовых жидкостей.
После начала войны Институт физических проблем эвакуировался в Казань. По прибытии на место его разместили в помещениях Казанского университета. В тяжелое время Капица создал самую мощную в мире турбинную установку для получения в больших масштабах необходимого промышленности жидкого кислорода.
В 1945 году в Советском Союзе активизировались работы по созданию ядерного оружия. Отказ Капицы участвовать в создании атомной бомбы привел к его отставке и отстранению от научной работы. Капица был смещен с поста директора института и в течение восьми лет находился под домашним арестом. Он был лишен возможности общаться со своими коллегами из других научно-исследовательских институтов. У себя на даче Петр Леонидович оборудовал небольшую лабораторию и продолжал заниматься исследованиями.
Здесь он заложил основы нового направления — электроники больших мощностей, ставшей первым шагом на пути овладения термоядерной энергией. Но продолжить полномасштабные работы в этой области ученый смог лишь после того, как вернулся в свой институт в 1955 году. Там он и занялся исследованием высокотемпературной плазмы. Сделанные Капицей открытия легли в основу разработки схемы термоядерного реактора непрерывного действия.
Послевоенные научные работы Капицы охватывают самые различные области физики, включая гидродинамику тонких слоев жидкости и природу шаровой молнии, но основные его интересы сосредоточиваются на микроволновых генераторах и изучении различных свойств плазмы.
В 1965 году, впервые после более чем тридцатилетнего перерыва, Капица получил разрешение на выезд из Советского Союза в Данию для получения Международной золотой медали Нильса Бора. Там он посетил научные лаборатории и выступил с лекцией по физике высоких энергий. В 1969 году ученый вместе с женой впервые совершил поездку в Соединенные Штаты.
17 октября 1978 года Шведская академия наук направила из Стокгольма Петру Леонидовичу Капице телеграмму о присуждении ему Нобелевской премии по физике за фундаментальные исследования в области физики низких температур. Эту весть Капица получил в подмосковном санатории «Барвиха», где он отдыхал с женой. Среди вопросов, заданных академику журналистами, был и такой: какое свое научное достижение он считает самым значительным? Капица сказал, что для ученого всегда наиболее важна та работа, которой он занимается в данный момент. «У меня такая работа относится к термоядерному синтезу», — добавил он.
Стокгольмская лекция Капицы была необычной уже потому, что вопреки уставу Нобелевского фонда не была посвящена отмеченным Нобелевской премией работам. Лекция называлась «Плазма и управляемая термоядерная реакция».
Капица объяснил причину допущенной вольности. Он сказал: «Выбор темы для нобелевской лекции представлял для меня некоторую трудность. Обычно эта лекция связана с работами, за которые присуждена премия. В моем случае эта премия связана с моими исследованиями в области низких температур, вблизи температуры сжижения гелия, т.е. нескольких градусов выше абсолютного нуля. По воле судеб случилось так, что от этих работ я отошел уже более 30 лет назад, и, хотя в руководимом мною институте продолжают заниматься низкими температурами, я сам занялся изучением явлений, происходящих в плазме при тех исключительно высоких температурах, которые необходимы для осуществления термоядерной реакции. Эти работы привели нас к интересным результатам, открывающим новые перспективы, и я думаю, что лекция на эту тему представляет больший интерес, чем уже забытые мною работы в области низких температур. К тому же, как говорят французы, les extremes se touchent (крайности сходятся). Хорошо известно, что в данное время управляемая термоядерная реакция представляет большой практический интерес, так как этот процесс мог бы наиболее эффективно решить проблему надвигающегося глобального энергетического кризиса, связанного с истощением запасов сырья, используемого теперь как источник энергии».
Умер Капица 8 апреля 1984 года, немного не дожив до девяноста лет.
ЖОРЕС ИВАНОВИЧ АЛФЁРОВ
(1930)
«Едва ли не каждый житель планеты ежедневно и повседневно пользуется научными разработками Жореса Ивановича, — отмечает М. Зубов. — Во всех мобильных телефонах есть гетероструктурные полупроводники, созданные Алфёровым. Вся оптиковолоконная связь работает на его полупроводниках и "лазере Алфёрова". Без "лазера Алфёрова" были бы невозможны проигрыватели компакт-дисков и дисководы современных компьютеров. Открытия Жореса Ивановича используются и в фарах автомобилей, и в светофорах, и в оборудовании супермаркетов — декодерах товарных ярлыков…
Сама личность Жореса Ивановича разрушает миф о том, что всю электронику придумали в Америке или Японии — где угодно, только не у нас. Да, сейчас эти страны нас намного опередили. Но все началось с открытий ленинградского ученого, которые он сделал в 1962–1974 годах и которые привели к качественным изменениям в развитии всей электронной техники. Нынешней же Нобелевской премией отмечены как его "былые" заслуги перед физикой, так и современные — создание сверхбыстрых суперкомпьютеров».
Жорес Иванович Алфёров родился 15 марта 1930 года в Витебске. Жоресом мальчика назвали в честь Жана Жореса, основателя газеты «Юманите», основателя французской социалистической партии. Отец, Иван Карпович, начинал рабочим, а после окончания Промакадемии в 1935 году работал в различных городах страны: Сталинграде, Новосибирске, Барнауле, Сясьстрое под Ленинградом. Вместе с ним путешествовала и вся семья — мать Анна Владимировна и старший брат с таким же необычным именем — Маркс.