Воспоминания о Л. Д. Ландау

Но есть и иная, специфическая для гелия II возможность — обе компоненты могут совершать колебания во взаимно противоположных направлениях, двигаясь навстречу, «одна сквозь другую», так что количества массы, переносимой в том и другом направлении, почти взаимно компенсируются. В такой волне — это и есть волна второго звука — практически не будет происходить сжатий и разрежений жидкости как таковой. По этой причине колебания мембраны, производящие периодические сжатия и разрежения жидкости, будут фактически приводить к возбуждению лишь обычного звука. С этим и был связан отрицательный результат опыта — интенсивность второго звука была слишком мала, чтобы быть обнаруженной.

Но из сказанного следует и другой вывод. Взаимные колебания нормальной и сверхтекучей компонент по существу представляют собой колебания тепла относительно «сверхтекучего фона» и должны приводить в первую очередь к периодическим колебаниям температуры жидкости. Естественно поэтому, что такая «тепловая волна» должна излучаться с наибольшей интенсивностью от нагревателя с периодически меняющейся температурой. Поставленные по такому принципу В. П. Пешковым опыты привели к фактическому открытию второго звука в полном количественном согласию с теорией. С тех пор это явление стало одним из важных средств для дальнейшего изучения свойств жидкого гелия.

Уже было указано, что нормальная компонента жидкого гелия — это совокупность имеющихся в нем квазичастиц — фононов и ротонов. Механизм вязкости, которой обладает нормальная компонента, состоит в различных процессах столкновений между этими квазичастицами. Детальное теоретическое исследование этих процессов, произведенное Л. Д. Ландау и И. М. Халатниковым в 1949 г., позволило установить характер температурной зависимости вязкости. Как и другие предсказания теории, эта зависимость была затем подтверждена экспериментально.

Дальнейшее развитие теории сверхтекучести в нашей стране тесно связано прежде всего с именем И. М. Халатникова. Ему принадлежит, в частности, детальная разработка гидродинамики гелия и, а также исчерпывающие исследования так называемых релаксационных процессов в жидком гелии.

Изложение этих вопросов, однако, выходит за рамки поставленной в этой статье цели: напомнить основные вехи открытий, начало которым было положено в параллельных, тесно связанных одна с другой работах замечательного экспериментатора П. Л. Капицы и замечательного теоретика Л. Д. Ландау.

Мы оставляем также за рамками этой статьи так называемые критические явления в жидком гелии — нарушения сверхтекучести при достаточно больших скоростях течения. Эти явления были впервые обнаружены уже Капицей, а их объяснение связано с выдвинутой Онсагером и Фейнманом идеей о возникновении в движущемся гелии микроконических вихревых нитей: об этом рассказано в «Природе» в указанной выше статье М. И. Каганова.

ДВА ГЕЛИЯ

Заканчивая этот краткий исторический обзор, надо, однако, еще раз вернуться к началу статьи и исправить высказанное там неточное утверждение. Гелий — это не одно вещество. В природе существуют два различных устойчивых изотопа гелия — с атомным весом 4(Не⁴

) и 3(Не³). Гелий из естественных источников — это почти в чистом гиде изотоп Не⁴; к жидкому Не⁴ и относится все сказанное выше.

Но огромные успехи я черной физики в последние десятилетия сделали возможным искусственное получение редкого изотопа Не³

в количествах, достаточных для экспериментирования. Этот изотоп становится жидким при температуре 3,2°, и физики получили в свое распоряжение новую квантовую жидкость.

Хотя химически обё изотопа совершенно тождественны, но между ними имеётся чрезвычайно важное различие, связанное с тем, что ядра атомов Не⁴ состоят из четного, а ядра Не³ — из нечетного числа частиц (протонов и нейтронов). Это приводит к тому, что квантовые свойства обоих веществ совершенно различны (физики говорят, что атомы Не⁴ подчиняются статистике Бозе—Эйнштейна, а атомы Не³

— статистике Ферми—Дирака).

Таким образом, в виде жидкого гелия Не³ физики получили квантовую жидкость совершенно нового типа. Хотя ее свойства не столь эффектны, как свойства жидкого Не⁴ (в частности, эта жидкость не сверхтекуча[85]), но с теоретической точки зрения они не менее интересны. Теория такой жидкости тоже была создана Львом Давидовичем Ландау (в 1956—1957 гг.) и занимает в его научном творчестве место, не уступающее теории сверхтекучести. Ей, однако, должна быть посвящена особая статья.

Е. М. Лифшиц

ЖИВАЯ РЕЧЬ ЛАНДАУ[86]