Введение в физику низких температур
Обычно рассказ о физике
низких температур начина-
ют с 1911 года, когда гол-
Страница переведена на новый сайт https://myeducation.su/ :
страница ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ Квант (1972)
ландский ученый Камср-
лннг-Оннсс открыл прин-
ципиально новое явление —
исчезновение сопротивле-
ния ртутн при очень низких
температурах. Для этого
прежде всего потребовалось
создать эти низкие, или, как
теперь часто гово-
теперь часто говорят, «гелиевые» температу-
ры. Книга, о которой речь
пойдет ниже, начинается
с рассказа о событиях,
начавшихся на треть сто-
летия раньше. Называется
она «На пути к абсолютному
нулю» *). автор ее — про-
фессор Курт Мендельсон —
крупнейший английский
фнэик-экспернментатор, член
Лондонского Королевского
общества. Эта книга рассчи-
тана на массового читателя
и охватывает очень широ-
кий круг проблем физики
низких температур.
Физика низких темпе-
ратур развивается в наши
дни чрезвычайно интенсивно.
Не будет преувеличением
сказать, что многие дости-
жения физики твердого
тела вообще объясняются
прежде всего тем, что мы
научились ожнжать газы и
работать с ними при очень
низких температурах.
Первые главы книги
рассказывают об основных
этапах криогенных (низко-
температурных) исследова-
ний, предшествовавших
•) К. Мендельсон,
На пути к абсолютному ну-
Первые сообщения об
удачных попытках ожн-
жить кислород прозвучали
в стенах Парижской Ака-
демии наук в конце 1877 го-
да. Это практически одно-
временно удалось осуще-
ствить сразу двум ученым.
Одним из них был горный
инженер. член-корреспон-
дент Парижской Академии
Кальете. второй — физик
Рауль Пнкте из Женевы.
Через неделю после первого
своего собщення Кальете
объявил об ожиженнн
азота. Значение этих опытов
прежде всего в том, что
была решена проблема
получения жидкого возду-
ха. Не менее важно и то,
что благодаря им началась
интенсивная работа по
изучению физики ожиже-
ния газов н созданию более
совершенных ожижителей.
К. Мендельсон подробно
рассказывает о предшест-
венниках и последователях
Кальете и Пикте.
Прочитав вторую главу
книги, читатель получит
исчерпывающую информа-
цию о физической картнне
конденсации, сможет хоро-
шо разобраться в прин-
ципах работы ожижителей.
Мендельсон подробно оста-
навливается на эксперимен-
тальных исследованиях Эн-
дрюса, рассказывает об
уравнении Ван-дер-Ваальса
и о диаграммах состояния
вещества.
Важным этапом в развитии
низкотемпературной физики
явились исследования про-
фессора Королевского ин-
ститута в Лондоне Джемса
Дьюара. Им впервые в
мае 1898 года был получен
жидкий водород. Пятью
годами раньше он проде-
монстрировал на лекции
в Королевском институте
знаменитый вакуумный со-
суд, носящий ныне его
имя. Из рассказа автора
мы узнаем об исследова-
телях, работавших одновре-
менно и параллельно с
Дьюаро.м, о сложных их
взаимоотношениях, конку-
ренции н соперничестве.
Спедующей проблемой,
вставшей перед учеными
после ожнжения водорода,
стало ожнженне гелия.
Это было осуществлено
всего через десять лет после
получения жидкого водоро-
да, в 1908 году в Лейден-
ском университете. Впервые
это сделал Камерлннг-Оннес.
С этим именем в фнзнке низ-
ких температур связано
не только ожнжение гелия
и открытие сверхпроводи-
мости. Он был основателем
крупнейшего н на многие
годы единственного научно-
го центра, в котором были
выполнены фундаменталь-
ные физические экспери-
менты в этой новой области
науки. Многие из исследо-
ваний тех лет и до сих лор
не потеряли своего значе-
ния. Мендельсон подробно
рассказывает о первых
исследованиях сверхпрово-
димости, поисках и сомне-
58 Введение в физику низких температур.
ннях. Знаменательно, что
девизом Камерлинг-Оннеса
было сК знанию через из-
мерение». В Лейденской же
лаборатории были поставле-
ны н первые опыты по
изучению само! 6 жидкого
гелия. Оказалось, напри-
мер, что при понижении
температуры жидкий ге-
лий сжимается, а затем
вновь увеличивается в объе-
ме, жидкий гелий оказал-
ся удивительным н во мно-
гих других отношениях..
Необычное поведение его
удалось понять после
создания выдающимся со-
ветским физиком академи-
ком Л. Д. Ландау теории
сверхтекучести.
В первых четырех гла-
вах книги описан период,
когда в физике низких
температур пользовались по-
нятиями докваитсвой физи-
ки. Пятая глава книги
посвящена третьему началу
термодинамики. Существует
мнение, что понятие об
энтропии не следует из-
лагать на «школьном» уроь-
не, так как оно требует
достаточно высокой степени
образованности. К. Мен-
дельсон вводит это понятие,
рассказывает о его физи-
ческом содержании. Узнать
из книги, что же такое
энтропия — вполне по силам
любознательному школьнику
9—ltt классов.
Следующие две главы
посвящены квантовым пред-
ставлениям. Автор знако-
мит читателей с работами
Нернста и Планка, Эйнш-
тейна и Дсбая, Паули н
Зоммерфельда. Закон ра-
венства атомных теплоем-
*) Атомная теплоег»:-
кость—это количество тепла,
необходимое для того, чтобы
нагреть одни грамм-атом ве-
щества на одни градус.
костей •) при высоких
температурах (открытый
еще в 1820 году француз-
скими учеными Дюлонгом
н Пти), связь кинетической
энергии молекул (атомов)
газа с температурой, ко-
лсбаиня атомов в кристал-
лической решетке, понятие
о квантах и элементарная
теория теплоемкости Эйнш-
тейна, принцип неопре-
деленности н статистика
частиц, элементы электрон-
ной теории металлов —
таковы лишь некоторые
из тем, затронутых в книге.
Каждое новое понятие
вводится н обосновывается
аккуратно, и почти нигде
не требуется обращаться
к каким-либо другим кни-
гам. Мендельсон — превос-
ходный популяризатор н
в то же время выдающийся
ученый, сам переживший
большую часть тех событий,
которые происходили в фи-
зике низких температур
в нашем веке.
Очень интересны три по-
следние главы. Одна из
них посвящена принципам
магнитного охлаждения, две
другие — сверхпроводимости
и сверхтекучести. Магнит-
ное охлаждение — это способ
получения температур более
низких, чем температуры,
получаемые прн ожижении
гелия и откачке его паров.
Предложен он был почти
одновременно Дебаем н
Джиоком Этот способ опи-
сан в статье А. К. К и к о-
и н а «Как получают низкие
температуры», опубликован-
ной в этом же номере
журнала.
К. Мендельсон описывает
много интересных опытов,
демонстрирующих сверх-
проводимость чистых метал-
лов и сплавов, рассказы-
вает об эффекте Мейсснера
(выталкивании магнитного
потока нз металла прн
переходе его в сверхпро-
водящее состояние). Боль-
шое внимание уделяется
работам по объяснению
сверхпроводимости и свойств
сверхпроводящих сплавов.
Коротко рассказано о соз-
дании сверофоводящнх со-
леноидов к других тех-
нических устройств (нап-
ример, магнитных насосов).
Заключает книгу рассказ
о сверхтекучести. Читатель
познакомится со свойст-
вами сверхтекучего гелия,
с термомеханическнм н ме-
хано-калорнческнм эффек-
тами, с работами зарубеж-
ных и советских ученых,
средн которых в первую оче-
редь следует назвать ака-
демиков П. Л. Капицу и
Л. Д. Ландау.
Мендельсон, пожалуй,
несколько скупо расска-
зывает о работах советских
физиков. Этот пробел от-
мечен переводчиками книги.
Быть может, следовало
бы, издавая книгу на рус-
ском языке, написать не-
большое дополнение, по-
святив его исследованиям
наших ученых.
Читатель получит боль-
шое удовольствие, прочи-
тав книгу. Конечно, чтение
ее от читателя-неспециа-
листа потребует серьезного
н вдумчивого подхода. В
книге нет математических
выкладок, излагаются лишь
физические принципы н
идеи. Это одна нз первых
книг на русском языке,
где рассказано об истории
низкотемпературных иссле-
дований. Однако в первую
очередь это книга по физике,
а не по истории. Ее с боль-
шой пользой прочтут чи-
татели журнала.
Ю. М. Чернышев
59 Введение в физику низких температур.
