П. Л. Капица

Пётр Леонидович Капица (26 июня [8 июля] 1894, Кронштадт — 8 апреля 1984, Москва) — советский физик, инженер и организатор науки, лауреат Нобелевской премии по физике (1978). Академик Академии наук СССР (1939), член Лондонского королевского общества (1929). Один из основателей Института физических проблем (ИФП) АН СССР, на протяжении десятилетий руководил кафедрой физики низких температур Московского физико-технического института (МФТИ). Основные научные труды посвящены физике низких температур, физике магнитных явлений, физике плазмы и электронике больших мощностей. Внёс фундаментальный вклад в создание промышленных установок для сжижения газов, открыл сверхтекучесть жидкого гелия.

Биография

Ранние годы и образование

Пётр Капица родился в Кронштадте в семье военного инженера Леонида Петровича Капицы, строителя фортов Кронштадтской крепости, и Ольги Иеронимовны Капицы (урождённой Стебницкой), педагога и собирательницы фольклора. В 1912 году окончил реальное училище в Кронштадте и поступил на электромеханический факультет Петроградского политехнического института (ныне — Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого). В 1914 году, с началом Первой мировой войны, был призван в армию, служил водителем санитарного автомобиля на польском фронте. В 1916 году демобилизован и продолжил учёбу.

В 1918 году, после окончания института, остался на кафедре физики, где под руководством А. Ф. Иоффе начал научную работу. В 1919 году совместно с Н. Н. Семёновым разработал метод измерения магнитного момента атома в неоднородном магнитном поле (опыт Штерна — Герлаха был выполнен позже, в 1921 году, но Капица и Семёнов предложили аналогичную идею независимо).

Работа в Кембридже (1921–1934)

В 1921 году, благодаря содействию А. Ф. Иоффе и Максима Горького, Капица был командирован в Великобританию для научной стажировки. Он поступил в Кавендишскую лабораторию Кембриджского университета, которой руководил Эрнест Резерфорд. Первоначально Резерфорд отнёсся к молодому советскому физику скептически, но вскоре высоко оценил его талант экспериментатора. В 1923 году Капица защитил докторскую диссертацию на тему «Прохождение альфа-частиц через вещество и методы получения сильных магнитных полей».

В Кембридже Капица создал уникальную лабораторию по исследованию сверхсильных магнитных полей. Он разработал импульсный метод получения магнитных полей напряжённостью до 320 кЭ (килоэрстед) с использованием разряда конденсаторных батарей через катушку. В 1924 году он был назначен заместителем директора Кавендишской лаборатории по магнитным исследованиям, а в 1929 году избран членом Лондонского королевского общества. В 1930 году для него было построено отдельное здание — Монд-лаборатория (Mond Laboratory), оснащённое уникальным оборудованием для исследований в области низких температур и сильных магнитных полей.

Возвращение в СССР и создание Института физических проблем

В 1934 году, во время очередного визита в СССР, Капица был лишён возможности выехать обратно в Великобританию. Советское правительство, в лице В. М. Молотова и И. В. Сталина, приняло решение оставить учёного в стране для организации физических исследований. В 1935 году Капица был назначен директором вновь создаваемого Института физических проблем (ИФП) АН СССР. Для оснащения института по личному распоряжению Сталина было закуплено в Великобритании всё оборудование Монд-лаборатории, включая уникальные криогенные установки. В 1937 году институт начал работу.

В 1938 году Капица обратился к Сталину с письмом в защиту арестованного коллеги-физика В. А. Фока, что было крайне рискованным шагом. В 1943 году, в разгар Великой Отечественной войны, он участвовал в создании советского атомного проекта, но вскоре разошёлся во взглядах с его руководителем Л. П. Берией, выступая за более медленные и фундаментальные исследования, а не за форсированное создание бомбы. В 1945 году Капица был отстранён от работы в атомном проекте, а в 1946 году — снят с поста директора ИФП и лишён возможности работать в институте. В течение восьми лет (1946–1954) он находился в фактической ссылке на своей даче в Николиной Горе, где организовал домашнюю лабораторию и продолжал исследования в области механики, гидродинамики и электроники.

Поздние годы и Нобелевская премия

После смерти Сталина и ареста Берии в 1953 году Капица был восстановлен в должности директора ИФП (1955). В 1956 году он стал одним из основателей Московского физико-технического института и заведовал кафедрой физики низких температур. В 1960-е годы активно занимался проблемами термоядерного синтеза, предложив конструкцию термоядерного реактора с магнитным удержанием плазмы (токамак, хотя сам термин появился позже).

В 1978 году, в возрасте 84 лет, Пётр Капица был удостоен Нобелевской премии по физике «за фундаментальные изобретения и открытия в области физики низких температур». Премия была присуждена за работы, выполненные в 1930-е годы, в частности за открытие сверхтекучести гелия-II. Вручение премии состоялось в Стокгольме, где Капица произнёс знаменитую нобелевскую лекцию «Сверхтекучесть и квантовая жидкость».

Научные достижения

Сверхсильные магнитные поля

В 1920-е годы Капица разработал метод получения импульсных магнитных полей рекордной напряжённости (до 500 кЭ). Он использовал разряд батареи конденсаторов через катушку с малым числом витков, что позволяло создавать поля на короткое время (миллисекунды) без разрушения катушки. Эти работы заложили основы импульсной магнитометрии и позволили изучать поведение вещества в экстремальных магнитных полях, в частности, открыть эффект изменения сопротивления металлов в сильных полях (магнетосопротивление).

Сжижение газов и криогенная техника

Капица внёс решающий вклад в развитие промышленных методов сжижения газов. В 1934 году он создал первый в мире турбодетандер — устройство для сжижения воздуха, основанное на адиабатическом расширении газа в турбине. В отличие от поршневых детандеров, турбодетандер Капицы был компактным, надёжным и высокоэффективным. Эта разработка позволила наладить промышленное производство жидкого кислорода, азота и других газов, что имело огромное значение для металлургии, химической промышленности и медицины. В 1939 году Капица усовершенствовал турбодетандер для сжижения гелия, что позволило получать жидкий гелий в больших количествах.

Сверхтекучесть гелия

В 1937 году, изучая свойства жидкого гелия при температурах ниже 2,17 К (так называемая λ-точка), Капица обнаружил, что гелий-II (жидкий гелий ниже λ-точки) обладает нулевой вязкостью — он может течь через узкие капилляры и щели без трения. Это явление было названо сверхтекучестью. Капица провёл серию экспериментов, в которых измерил вязкость гелия-II, показав, что она на много порядков меньше вязкости обычного гелия-I. Открытие сверхтекучести стало фундаментальным вкладом в физику конденсированного состояния и квантовую механику макроскопических систем. Теоретическое объяснение сверхтекучести было дано Л. Д. Ландау (также работавшим в ИФП) в 1941 году.

Физика плазмы и термоядерный синтез

В 1950-е годы Капица заинтересовался проблемой управляемого термоядерного синтеза. Он предложил оригинальную конструкцию реактора — «магнитный пробкотрон» (или «капица-пробкотрон»), в котором плазма удерживается в магнитной ловушке с пробками (магнитными зеркалами). В 1959 году он опубликовал работу «Термоядерный реактор с магнитным удержанием», где впервые описал принцип работы токамака (хотя сам термин был введён позже И. Н. Головиным). Капица также разработал мощные генераторы СВЧ-излучения (клистроны, магнетроны) для нагрева плазмы.

Организаторская и общественная деятельность

Капица был не только выдающимся учёным, но и блестящим организатором науки. Он создал Институт физических проблем, который стал одним из ведущих физических центров СССР. Под его руководством в институте работали такие выдающиеся физики, как Л. Д. Ландау, Н. Н. Семёнов, А. И. Шальников, Ю. Б. Харитон. Капица уделял большое внимание подготовке научных кадров, основав кафедру физики низких температур в МФТИ.

Он активно выступал за международное научное сотрудничество, даже в период холодной войны. В 1955 году он подписал «Манифест Рассела — Эйнштейна» против ядерной войны. Капица был членом многих зарубежных академий наук, в том числе Лондонского королевского общества, Американской академии искусств и наук, Национальной академии наук США.

Критика и конфликты

Личность Капицы была неоднозначной. Его конфликт с Л. П. Берией в 1945–1946 годах привёл к отстранению от атомного проекта и многолетней изоляции. С другой стороны, Капица неоднократно обращался к Сталину с просьбами о смягчении участи репрессированных учёных (В. А. Фок, Л. Д. Ландау), что было крайне рискованно. В то же время он был вынужден лавировать в условиях советской системы, что порождало критику со стороны некоторых коллег за излишнюю лояльность власти. В 1960-е годы он критиковал Лысенко и его сторонников, но делал это осторожно, не вступая в открытую конфронтацию.

Награды и звания

• Нобелевская премия по физике (1978)
• Дважды Герой Социалистического Труда (1945, 1974)
• Шесть орденов Ленина (1943, 1944, 1945, 1964, 1971, 1974)
• Золотая медаль имени Ломоносова АН СССР (1959)
• Медаль Фарадея (1942)
• Премия имени С. И. Вавилова (1962)
• Член Лондонского королевского общества (1929)
• Академик АН СССР (1939)

Память

• Имя П. Л. Капицы носит Институт физических проблем РАН (ИФП РАН).
• В Москве установлен памятник Капице на Воробьёвых горах (скульптор В. Е. Цигаль).
• В Кронштадте установлен бюст Капицы.
• В честь Капицы назван кратер на обратной стороне Луны.
• Ежегодно вручается Золотая медаль имени П. Л. Капицы за выдающиеся работы в области физики.
• Имя Капицы присвоено самолёту Airbus A320 авиакомпании «Аэрофлот».

Источники

• Капица П. Л. Эксперимент, теория, практика. — М.: Наука, 1981.
• Капица П. Л. Письма о науке. — М.: Московский рабочий, 1989.
• Кедров Б. М. Пётр Леонидович Капица. — М.: Наука, 1984.
• Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика. — М.: Физматлит, 2001.
• Нобелевская лекция П. Л. Капицы (1978).
• Материалы Архива РАН (фонд П. Л. Капицы).