Воспоминания о Л. Д. Ландау

Отсюда Капица сделал смелый вывод, что в действительности гелий II течет как жидкость, вообще не имеющая вязкости, и предложил назвать это явление сверхтекучестью. Тогда же им было высказано предположение, что «сверхтеплопроводность» жидкого гелия представляет собой в действительности не его первичное свойство, а является следствием сверхтекучести, приводящей к легкому возникновению конвективных потоков.

^{Рис. 1. Прибор для исследования тепловой струи в жидком гелии}

^{Сосуд 1 и соединенный с ним капилляр 2 образуют маленький дюаровский сосуд (с общей длиной около 9 см). Внутри сосуда находится нагреватель. Перед открытым концом капилляра висит легкое крылышко 3 на балансире 4, подвешенном на кварцевой нити. Сосуд заполнен жидким гелием, и вся система погружена в жидкий гелий. При нагревании жидкости в сосуде крылышко отклоняется}

^{Рис. 2. Прибор для исследования реактивной струи}

Миниатюрный дюаровский сосуд 1

(около 2 см длиной и весом около 0,2 г) вместе с противовесом 2 подвешен на кварцевой нити. Во внутренней полости сосуда находится нагреватель, а полость заканчивается тонким капилляром. Перед открытым концом капилляра может устанавливаться экран 3. При нагревании гелия в сосуде последний испытывает реактивную силу, которая, однако, исчезает при установке экрана

В последующие несколько лет П. Л. Капица провел обширное экспериментальное исследование механизма теплопередачи в жидком гелии в свете его сверхтекучести. Эти исследования привели к установлению основных свойств данного явления и дали надежное основание для построения теории сверхтекучести.

Упомянем здесь лишь некоторые из наиболее наглядных опытов. Было обнаружено, что если перед отверстием сосуда, наполненного жидким гелием (и погруженного в жидкий гелий), подвесить легкое крылышко, то при нагревании гелия в сосуде крылышко отклоняется (рис. 1). Тем самым непосредственно доказывается связь процесса теплопередачи в гелии с возникновением движения в нем. Но это движение имеет весьма парадоксальный характер: пз отверстия вырывается струя жидкости, отклоняющая крылышко, и в то же время количество жидкости в сосуде не меняется, он остается полным. Таким образом, необходимо было предположить, что одновременно с вытекающей струей имеет место также и какой-то «противоток» жидкости. Однако не менее парадоксальным представлялся и другой аспект этого явления. Опыт показал, что вытекающая из отверстия струя жидкости оказывает на сосуд реактивное действие (рис. 2). Реактивная сила исчезла, когда перед отверстием устанавлпвалась жестко скрепленная с сосудом заслонка, принимавшая на себя удар струи. Дело обстоит так, как если бы втекающий «противоток» сам по себе никакого механического воздействия на сосуд не оказывал.

Мы описалп выше основной опыт Капицы, приведший к открытию сверхтекучести. Но примерно в то же время исследователи в Торонто и Лейдене измеряли вязкость жидкого гелия другим способом. Подвешенный в жидкости цилиндр (или диск) совершал крутильные колебания вокруг своей осп, и мерой вязкости жидкости служило трение, приводящее к торможению колебаний. При этом у гелия II была обнаружена хотя и небольшая, но вполне измеримая вязкость. Между тем у всякой обычной жидкости оба опыта должны были бы привести к одинаковому результату.

СОЗДАНИЕ Л. Д. ЛАНДАУ ТЕОРИИ СВЕРХТЕКУЧЕСТИ

Таковы основные факты, которые предстояло теоретически объяснить. Это было сделано в 1940—1941 гг. Львом Давидовичем Ландау, создавшим последовательную теорию сверхтекучести, основанную на принцппах квантовой механики. Замечательна та полнота, с которой эта теория была создана с самого начала: уже в первой статье Ландау содержатся почти все основные идеи как микроскопической теории жидкого гелия, так и построенной на ее основе макроскопической теории — термодинамики и гидродинамики этой жидкости.