Получается так, что жидкий гелий, подобно римскому божеству Янусу, обладает двумя обличиями.
Выше температуры 2,2К существует гелий, который ведет себя как обычная «нормальная» жидкость, его назвали гелий I. Ниже этой температуры гелий приобретает необычные свойства. Его наименовали гелий II.
Уже были тщательно измерены многие характеристики гелия II. Особенно поразили ученый мир результаты экспериментов, проведенных в Лейдене нидерландскими физиками — отцом и дочерью В. и Т. Кеезомами. Оказалось, что разность температур между концами заполненного гелием II капилляра выравнивается чрезвычайно быстро. Расчеты показали, что теплопроводность гелия II превышает в три миллиона раз теплопроводность гелия I и в сотни раз больше, чем у самых теплопроводных веществ из существующих в природе — серебра и меди. В этом смысле о гелии II можно говорить как о сверхтеплопроводящей жидкости.
Капица еще и еще раз перепроверял все имеющиеся данные.
«Только когда работаешь в лаборатории сам, своими руками проводишь исследования, только при этом условии можно добиться настоящих успехов в науке. Чужими руками хорошей науки не сделаешь», — напишет впоследствии Капица в одной из своих статей…
Ученому предстояло установить, какие свойства этой удивительной жидкости являются первичными, а какие вторичными.
Одним из основных свойств жидкости является ее вязкость, то есть способность оказывать сопротивление при перемещении одной части жидкости относительно другой. Количественно это свойство характеризуется коэффициентом вязкости.
Один из способов измерения вязкости заключается в измерении скорости вытекания жидкости из капилляра под действием силы тяжести.
Скорость жидкости имеет наибольшую величину в средней части капилляра и убывает при приближении к стенке. Различные слои жидкости движутся с разными скоростями: между ними действуют силы трения, от величины которых зависит скорость вытекания.
Проведя тщательные эксперименты по измерению вязкости жидкости таким способом, Капица установил, что гелий II протекает через капилляры диаметром в сто тысячные доли сантиметра практически без сопротивления.
Для того чтобы повысить чувствительность метода, Капица заменил капилляр длинной узкой щелью шириной в полмикрометра, через которую можно было пропускать большие массы жидкости. Через такую щель гелий I протекал едва заметно, а гелий II преодолевал это препятствие за несколько секунд.
Измерения показали, что вязкость гелия II не превышает одну триллионную долю пуаза[4], что, по крайней мере, в десять тысяч раз меньше вязкости наименее вязкого из всех известных в природе веществ газообразного водорода.
Практически гелий II — жидкость с нулевой вязкостью.
Это открытое ученым в 1938 году замечательное свойство гелия II Капица назвал сверхтекучестью.
Пройдет сорок лет. Капица завершит свои исследования свойств гелия II. Но жизнь ставит перед пытливыми исследователями все новые задачи.
Капица исследует природу шаровой молнии, разрабатывает новое направление в технике — электронику больших мощностей, усиленно работает над проблемой номер один современной физики — освоением управляемых термоядерных реакций. В решении этих и многих других проблем он добивается выдающихся результатов. Заслуги ученого высоко оценены советским правительством и мировой научной общественностью. Дважды ему присуждается Государственная премия I степени. Он дважды Герой Социалистического Труда. Международные награды: золотая медаль Ломоносова, премия Максвелла, медаль Фарадея, Большая золотая медаль Франклина, золотая медаль Нильса Бора и другие.
О своих криогенных исследованиях Капица, по собственному полушутливому признанию, начал забывать.
…В один из осенних дней 1978 года на стол директора Института физических проблем референт, как обычно, положил увесистую кипу корреспонденции. Тут свежие номера отечественных и зарубежных научных журналов, письма зарубежных коллег, многословные служебные циркуляры… Среди них не сразу можно было разглядеть небольшой телеграфный бланк.
Вот что выстучал бесстрастный телетайп:
«Дорогой академик Капица!
Мне доставляет удовольствие сообщить Вам, что Шведская королевская академия наук решила сегодня присудить Нобелевскую премию по физике в двух равных частях. Одну часть решено присудить Вам за Ваши фундаментальные исследования в области физики низких температур, а другую часть поровну разделить между доктором Арно Пензиас и доктором Робертом Уилсоном (США) за открытие ими фонового микроволнового излучения из космоса.
4
Пуаз — единица измерения динамического коэффициента вязкости (коэффициента внутреннего трения). Вязкость воды при 20 °C равна одной сотой пуаза.