Лучший ученик Резерфорда

Капица Пётр Леонидович родился 26 июня (8 июля) 1894 г. в Кронштадте, в семье военного инженера Леонида Петровича Капицы и его жены Ольги Иеронимовны — филолога, специалиста в области детской литературы и фольклора. Её отец, генерал от инфантерии Иероним Иванович Стебницкий был военным геодезистом и картографом.

      В 1905 г. Пётр поступил в кронштадскую гимназию, из которой через год был исключён за неуспеваемость по латыни. А затем с отличием окончил Кронштадское реальное училище, где любил ставить опыты по физике и химии, ремонтировать приборы. Как и в своё время Ньютон, он любил разбирать и собирать часы. Интерес к этому у него остался навсегда: уже в солидном возрасте он починил часы старому знакомому.

В 1912 г. Капица поступил на электромеханический факультет Санкт-Петербургского политехнического института. Его одинаково привлекали профессии физика - экспериментатора и инженера - электрика, но в университет после реального училища не принимали, требовался аттестат об окончании классической гимназии, где изучались не входившие в программу реальной гимназии латынь и греческий язык.

В институте Капица слушал лекции А.Ф. Иоффе, который сразу увидел в Капице способного студента и помог ему стать учёным. Впоследствии Капица всегда подчёркивал, что, прежде всего он ученик Иоффе, а затем уже Резерфорда.

Первая мировая война застала молодого человека в Шотландии, которую он посетил на летних каникулах с целью изучения языка. В Россию он вернулся в ноябре 1914-го и через год добровольцем отправляется на фронт. Капица служил водителем и в крытом брезентом санитарном автомобиле перевозил раненых на польском фронте. В 1916-м, демобилизовавшись, возвращается назад в Петербург продолжать учёбу.

Капица предложил новый способ изготовления кварцевых нитей, без которых не могла обойтись лаборатория Иоффе. Капица изготовил лук и, обмакнув стрелу в расплавленный кварц, выстреливал её вдоль коридора. Увлекаемая стрелой нить застывала на лету и падала на подостланное бархатное полотно. Склонность к простоте технических решений осталось у Капицы на всю жизнь.

Ещё до защиты диплома А. Ф. Иоффе приглашает Петра Капицу на работу в Физико-технический отдел недавно созданного Рентгенологического и радиологического института (преобразованного в ноябре 1921 года в Физико-технический институт).

В 1916 году Петре Капица женился на Надежде Кирилловне Черносвитовой. Её отец, К.К. Черносвитов, член ЦК партии кадетов, депутат с Первой по Четвертую Государственных Дум, был арестован ЧК и расстрелян в 1919 году.

В 1918 г. Капица окончил институт и был оставлен в нём для работы в должности преподавателя.

Зимой 1919-1920 годов во время эпидемии гриппа («испанка») Капица в течение месяца теряет отца, сына, жену и новорожденную дочь. Он очень тяжело переживал горе.

В 1920 г. вместе с Н. Семёновым Капица предложил метод определения магнитного момента атома, Капица первый в 1923 г. поместил камеру Вильсона в сильное магнитное поле и наблюдал искривление треков альфа - частиц. В 1924 г. предложил новый метод получения импульсных сверхсильных магнитных полей.

В 1925 г. Капица с группой учёных был в Париже. На Монмартре к нему подошли молодые люди, приглашая посетить ночной клуб. Указывая на идущего впереди Иоффе, Капица сказал: «Месье, вон мой папа. Спросите его. Если он разрешит, то я с огромным удовольствием пойду с вами». Не подозревая подвоха, молодые люди обратились к Иоффе. Тот отказал: «Это было бы чересчур много для моего скромного сыночка».

Шутка стала известна в институте, и за Иоффе закрепилось прозвище «папа», которое он смиренно терпел всю жизнь.

Иоффе считал, что перспективному молодому физику необходимо продолжить учёбу в авторитетной зарубежной научной школе, но организовать выезд за границу долго не удавалось. Благодаря содействию А.Н. Крылова и вмешательству Максима Горького в 1921 году Капица, в составе специальной комиссии, был командирован в Англию. А. Иоффе попросил Э. Резерфорда зачислить в Кавендишскую лабораторию своего ученика П. Капицу. «Это невозможно, штат укомплектован», - ответил Резерфорд. «Скажите, пожалуйста, профессор, какова точность ваших работ?» - вступил в разговор Капица. «Приблизительно 10 %», - ответил профессор. «В таком случае Вы можете допустить подобную погрешность и в комплектовании штата - в случае со мной», - заявил Капица. Резерфорд, оценив остроумие претендента, ответил: «Вы приняты, я согласен».

Капица попал в лабораторию Резерфорда в Кембридже, в самом аристократическом университете. В письме матери он писал: «Почему меня приняли? Я до сих пор этого не знаю. Я как-то спросил об этом Резерфорда. Он расхохотался и сказал: «Я сам был удивлён, когда согласился вас принять, но, во всяком случае, я очень рад, что сделал это...».

Одновременно с посещением лекций Капица должен был пройти обязательный физический практикум, которым руководил Джеймс Чедвик. Практикум был рассчитан на два года, но Капица сдал все зачёты за две недели, и приобрёл известность среди сотрудников, удивив этим даже Резерфорда.

Уже в 1921 году, когда Кавендишскую лабораторию посетил известный экспериментатор Роберт Вуд, Резерфорд поручил провести эффектный показательный опыт перед знаменитым гостем именно Петру Капице.

Впоследствии Н. Бор писал: «Среди молодых физиков, приехавших из-за границы и работавших в Кавендишской лаборатории, одной из наиболее колоритных фигур был Капица; его фантазия и талант инженера - физика вызывали у Резерфорда восхищение».

В молодости Капица вёл себя так, как и положено было вести молодому здоровому и удачливому учёному в Кембридже двадцатых годов: гонял с бешеной скоростью на мотоцикле, увлекался фотографией, одевался спортивно – модно курил трубку и носил костюмы из твида . Работал больше других и любил язвительно шутить. Он создал клуб физиков, где за самоваром собирались не только для обсуждения физических проблем. «Kapitza club» стал символом остроумия в Кембридже.

Темой докторской диссертации Капицы, которую он защитил в Кембридже, было «Прохождение альфа - частиц через вещество и методы получения магнитных полей». В письме матери от 15 июня 1923 г. он пишет о встрече с Резерфордом: « ... я встретил его в коридоре. Я как раз возвращался с посвящения в доктора. Я его прямо спросил: «Не находите ли вы, профессор Резерфорд, что я выгляжу умнее?» «Почему вы должны выглядеть умнее?»- заинтересовался он. «Я только что посвящен в доктора», - ответил я. Он сразу поздравил меня и сказал: «Да, да! Вы выглядите значительно умнее, к тому же вы ещё и постриглись, - и он рассмеялся».

До установки Капицы для получения сильных магнитных полей в Кавендишской лаборатории не было столь сложных установок. Томсон, Резерфорд и их ученики проводили свои знаменитые опыты с помощью примитивных средств - «сургуча и верёвочки». Капица на глазах Резерфорда совершал техническую революцию в методах экспериментирования. Учёные высоко оценили работы Капицы по изучению свойств металлов и различных явлений в сильных магнитных полях. В 1924 г. Капица был назначен помощником директора Кавендишской лаборатории по магнитным исследованиям.

Из Кембриджа Капица неоднократно выезжал во Францию, Германию, Бельгию, Голландию на конференции по физике. В частности, он участвовал в двух Сольвеевских конгрессах в Брюсселе (1930 г. и 1933 г.).

В 1925 г. в Париже академик А.Н. Крылов познакомил Капицу со своей дочерью Анной, которая с матерью жила в Париже. В 1927 году Анна Алексеевна стала женой Капицы. После женитьбы Капица купил небольшой участок земли на Хантингтон-Роуд, где построил дом по своему плану. Здесь родились его сыновья Сергей и Андрей.

В Париже в 1925 же году Капица познакомился с Марией Кюри и Полем Ланжевеном. Впоследствии Капица рассказывал, что дочь Ланжевена была арестована во время войны и отправлена в Освенцим, её муж расстрелян немцами. Сам Ланжевен, которому было уже 70 лет, бежал через горы в Швейцарию. Для этого была инсценирована автомобильная катастрофа, его забинтовали и как раненого на руках перенесли через горы.

Резерфорд ввёл в Кавендише привычку пятичасового чаепития («файв о'клок ти»). Впоследствии Капица ввёл подобное чаепитие у себя в институте физических проблем в Москве.

В 1929 году Капица был избран действительным членом Лондонского Королевского общества. В ноябре 1930 года Совет Королевского общества из средств, завещанных Обществу химиком и промышленником Л. Мондом, выделяет 15 000 фунтов стерлингов на строительство в Кембридже лаборатории для Капицы. Торжественное открытие Мондовской лаборатории состоялось 3 февраля 1933 года.

Работа Капицы по созданию ожижительной машины с быстро движущимся поршнем положила начало многолетним его трудам по созданию сжижаемых газов - водорода, гелия, кислорода.

         В течение 13 лет успешной работы в Англии Петр Капица оставался лояльным гражданином СССР и делал все возможное, чтобы помочь развитию науки в своей стране. Благодаря его содействию и влиянию многие молодые советские физики получили возможность поработать в течение продолжительного времени в Кавендишской лаборатории. Капица всячески содействовал международному научному обмену опытом.

В «Международной серии монографий по физике» издательства Оксфордского университета, одним из редакторов которой был Капица, выходят монографии Георгия Гамова, Якова Френкеля, Николая Семёнова. В Англию по его приглашению приезжали на стажировку Юлий Харитон и Кирилл Синельников.

      В Капице с молодых лет в одном лице существовали физик, инженер и мастер «золотые руки». Этим он и покорил Резерфорда в первый же год работы в Кембридже. Его учитель А. Ф. Иоффе в составленном им представлении Капицы к избранию в члены-корреспонденты АН СССР, которое потом подписали и другие учёные в 1929 году, писал: «Петр Леонидович Капица совмещающий в себе гениального экспериментатора, прекрасного теоретика и блестящего инженера, — одна из наиболее ярких фигур в современной физике».

     Ещё в 1922 году Фёдор Щербатской высказывался о возможности избрания Петра Капицы в Российскую Академию Наук. В 1929 году целый ряд ведущих учёных подписались под представлением на избрание в АН СССР.

22 февраля 1929 г. непременный секретарь АН СССР Ольденбург сообщает Капице, что: «Академия наук, желая выразить свое глубокое уважение к учёным заслугам Вашим в области физических наук, избрала Вас на Общем собрании Академии наук СССР 13 февраля с.г. в свои члены-корреспонденты».

    Купив автомобиль, Капица с женой в 1934 году отправились в автопутешествие через Норвегию и Швецию в Россию. Жену из России назад в Англию выпустили, а его самого нет, объяснив это тем, что учёный нужен на родине. Пётр Леонидович был глубоко разочарован. Поначалу даже хотел уйти из физики и переключиться на биофизику, став ассистентом Павлова. Обращался с просьбой о помощи и вмешательстве Полю Ланжевену, Альберт Эйнштейну и Эрнесту Резерфорду. В письме Резерфорду он писал, что едва пришёл в себя после шока от случившегося и благодарил учителя за помощь его семье оставшейся в Англии. Резерфорд письмом к полпреду СССР в Англии обратился за разъяснениями — почему известному физику отказывают в возвращении в Кембридж. В ответном письме ему сообщили, что возвращение Капицы в СССР продиктовано запланированным в пятилетнем плане ускоренным развитием советской науки и промышленности.

Шло время, а работу ему не предлагали. Лишь после ходатайства Резерфорда, Дирака, Эйнштейна, Льюиса Капице было предложено организовать институт физических проблем.

После его отъезда из Кембриджа коллектив Кавендишской лаборатории стал распадаться. Её покинули Блеккет, Чедвик, Олифант.

Мондской лабораторией после Капицы руководил Джон Кокрофт.

23 декабря 1934 г. Вячеслав Молотов подписал постановление об организации в составе Академии наук СССР Института физических проблем (ИФП). 3 января 1935 г. газеты «Правда» и «Известия» сообщили о назначении Капицы директором нового института. В начале 1935 года Капица переезжает из Ленинграда в Москву — в гостиницу «Метрополь», получает в распоряжение личный автомобиль. В мае 1935 года началось строительство институтского лабораторного корпуса на Воробьёвых горах. После довольно сложных переговоров с Резерфордом и Кокрофтом (Капица не принимал в них участия) удалось прийти к соглашению об условиях передачи лаборатории в СССР. В августе 1935 года Политбюро вновь рассматривает вопрос о Капице на своем заседании и выделяет 30 000 фунтов стерлингов на приобретение оборудования его кембриджской лаборатории. В декабре 1935 года это оборудование начало поступать в Москву.

В период с 1935 по 1937 год постепенно было получено оборудование из Англии. Дело сильно стопорилось из-за нерасторопности чиновников занимавшихся поставкой и понадобилось писать письма высшему руководству СССР, вплоть до Сталина. В итоге удалось получить всё, что требовал Пётр Леонидович.

    В своих письмах конца 1930-х годов Капица признавался о том, что возможности для работы в СССР уступают тем что были за рубежом — это даже несмотря на то, что он получил в своё распоряжение научное учреждение и практически не испытывал проблем с финансированием. Угнетало то что проблемы, решавшиеся в Англии одним телефонным звонком, погрязали в бюрократизме. Резкие высказывания учёного и исключительные условия созданные ему властями не способствовали налаживанию взаимопонимания с коллегами по академической среде.Он писал:"Положение угнетающее. Упал интерес к моей работе, а с другой стороны, товарищи-ученые так возмутились, что были, хотя бы на словах, сделаны попытки поставить мою работу в условия, которые попросту надо было считать нормальными, что без стеснения возмущаются: «Если <бы> нам то же сделали, то мы не то еще сделаем, что К<апица>» … Помимо зависти, подозрений и всего прочего, атмосфера создалась невозможная и прямо жуткая … Учёные здешние определенно недоброжелательно относятся к моему переезду сюда".

В январе 1936 года из Англии возвращается Анна Алексеевна с детьми и семья Капицы переезжает в коттедж в английском стиле, построенный на территории института. К марту 1937 года закончилось строительство нового института, перевезена и смонтирована большая часть приборов и Капица возвращается к активной научной деятельности. В это же время при Институте Физических проблем (ИФП) начинает работать «капичник» — знаменитый семинар Петра Леонидовича, который вскоре приобретает всесоюзную известность.

В январе 1938 года году Капица публикует в журнале Nature статью о фундаментальном открытии — явление сверхтекучести жидкого гелия и продолжает исследования в новом направлении физики. 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 нём. 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.

Одновременно коллектив института возглавляемого Петром Леонидовичем активно работает над чисто практической задачей совершенствования конструкции новой установки для производства жидкого воздуха и кислорода — турбодетандера. Принципиально новый подход к функционированию криогенных установок вызывает бурные дискуссии как в СССР так и за рубежом. Однако деятельность Капицы получает одобрение и возглавляемый им институт ставят в качестве примера эффективной организации научного процесса.

После того как была изготовлена установка для производства жидкого воздуха, Капица приступил к проектированию кислородного ожижителя. Эта работа не мешала исследованиям в области низких температур, которые завершились в 1937 году открытием сверхтекучести гелия II. Один из экспериментов заключался в том, что перед отверстием сосуда с жидким гелием, помещённого в жидкий гелий, подвешивалось лёгкое крылышко. При нагревании гелия в сосуде крылышко отклонялось, причём движение гелия носило удивительный характер: из отверстия вырывалась струя жидкости, отклоняющая крылышко, но количество жидкости в сосуде не менялось, он продолжал оставаться полным.

На общем собрании Отделения математических и естественных наук АН СССР 24 января 1939 г., единодушным голосованием Капица был принят в действительные члены Академии наук СССР. В 1939 же году он построил установку для промышленного получения кислорода из воздуха.

Во время войны ИФП был эвакуирован в Казань, туда же переехала из Ленинграда семья Петра Леонидовича. В военные годы необходимость в производстве жидкого кислорода и воздуха в промышленных масштабах резко возрастает. Капица работает над внедрением в производство разработанной им кислородной криогенной установки. В 1942 г. первый экземпляр «Объекта № 1» — турбокислородной установки ТК-200 производительностью до 200 кг/ч жидкого кислорода — был изготовлен и в начале 1943 г. запущен в эксплуатацию. В 1945 году сдан «Объект № 2» — установка ТК-2000 с производительностью в десять раз больше.

    По его предложению 8 мая 1943 года постановлением Государственного комитета обороны создается Главное управление по кислороду при СНК СССР, начальником Главкислорода назначается Пётр Капица. В 1945 г. был организован специальный институт кислородного машиностроения и начал выходить новый журнал «Кислород».

В 1945 году Капица был награждён золотой звездой Героя Социалистического Труда, а возглавляемый им институт орденом Трудового Красного Знамени.

Помимо практической деятельности Капица находит время и для преподавания. C 1 октября 1943 г. Капица зачислен на должность заведующего кафедрой низких температур физического факультета МГУ.

В 1944 году, в момент смены заведующего кафедрой теоретической физики, Капица стал главным автором письма 14 академиков, которое привлекло внимание правительства к ситуации на кафедре теоретической физики физического факультета МГУ. В результате заведующим кафедрой после Игоря Тамма стал не Анатолий Власов, а Владимир Фок.

Недолго проработав на этой должности Фок через два месяца покинул этот пост. Капица подписал письмо четырёх академиков Молотову, автором которого был А. Ф. Иоффе. Это письмо инициировало разрешение противостояния между так называемой «академической» и «университетской» физикой.

В 1944 г. за работы в области магнетизма и низких температур Капица был награждён золотой медалью Франклина, которая была учреждена в 1915 году. В своё время ею были награждены Эдисон, Эйнштейн, Планк, Резерфорд, Томсон.

Во второй половине 1945 года, сразу по окончании войны, в активную фазу вступает советский атомный проект. 20 августа 1945 г. был создан атомный Спецкомитет при Совнаркоме СССР, руководителем которого стал Лаврентий Берия. В комитет первоначально вошли лишь два физика. Курчатов был назначен научным руководителем всех работ. Капице, который не являлся специалистом в ядерной физике, было поручено возглавить отдельные направления (низкотемпературная технологии разделения изотопов урана). У Капицы сразу же возникает недовольство методами руководства Берия. Он весьма нелицеприятно и остро отзывается о генеральном комиссаре госбезопасности — как в личном, так и в профессиональном плане. 3 октября 1945 г. Капица пишет Сталину письмо с просьбой освободить его от работы в Комитете. Ответа не последовало. 25 ноября Капица пишет второе письмо, более подробное (на 8 страницах). 21 декабря 1945 г. Сталин разрешает отставку Капицы.

В исторической литературе часто упоминается о том, что Сталин сказал Берия, который предлагал арестовать независимого и резкого в суждениях академика «Я тебе его сниму, но ты его не трогай». Авторитетные биографы Петра Леонидовича не подтверждают историческую достоверность подобных слов Сталина, хотя известно, что Капица позволял себе совершенно исключительное для советского учёного и гражданина поведение. По мнению историка Лорен Грэхэм Сталин ценил в Капице прямоту и откровенность. Свои послания советским лидерам Капица, при всей остроте поднимаемых ими проблем, держал в тайне (содержание большинства писем было раскрыто после его смерти) и свои идеи широко не пропагандировал.

Капица, как и другие передовые учёные, например Фредерик Жолио-Кюри, считал, что, прежде всего сами учёные должны бороться против сил, использующих научные открытия во зло. Он принял участие в Пагуошском движении учёных в борьбе против использования научных достижений в военных целях.

(Окончание следует)