Владимир Карцев - Приключение великих уравнений

Оннес не сдается, он упорно совершенствует аппаратуру. Каждый новый градус холода дается с неимоверным трудом. Холодильные машины работают по нескольку суток. Достигнута температура 20 градусов абсолютной шкалы... 15 градусов... 10 градусов... Гелий - все тот же, кажется, нисколько не склонен к сжижению. 5 градусов... Гелий остается газообразным.

Более десятка лет прошло с начала опытов...

4,2 градуса...

Гейке Камерлинг-Оннес.

В дьюаровском сосуде появляется небольшое облачко тумана. Это блестящий признак - ведь все остальные газы и пары, которые вследствие нечистоты опыта могли бы остаться в сосуде, уже смерзлись и недвижно застыли где-то на стенках. В сосуде только один-единственный гелий, туман может быть образован лишь им. Значит, в гелии уже образовались центры конденсации, и он начинает превращаться в жидкость! Температура снижается еще немного. Эксперимент продолжается. В конце восемнадцатого часа эксперимента в сосуде возникает какой-то вихрь, бурление, и вот уже сосуд наполнен чуть ли не до краев кипящей жидкостью, настолько прозрачной, что увидеть ее почти невозможно.

Эта жидкость кажется невесомой, почти несуществующей. А может, и нет вовсе ее - жидкости, за которой Камерлинг-Оннес охотился долгие годы?

В глазах ученого помутилось. Десять лет и восемнадцать часов эксперимента, внезапное волнение при виде капель тумана и этой легчайшей волнующейся жидкости подкосили его. Оннеса в бессознательном состоянии отвезли домой. Лишь через несколько месяцев упорнейший человек смог снова вернуться к своим приборам, к письменному столу, к своим экспериментам.

Три года прошло с того дня, когда 10 июля 1908 года Гейке Камерлинг-Оннес получил первые капли жидкого гелия. Теперь можно было проводить любые измерения, любые" исследования свойств веществ при столь низких температурах. Можно, например, изучить свойства веществ при температурах жидкого гелия и указать, насколько хорошо они согласуются с той или иной физической теорией.

И Оннес с головой окунается в эти измерения. Он бесконечно проверяет других и себя, публикует в научном журнале лаборатории груды цифр, являющихся всевозможными физическими данными и константами.

Опубликованы изотермы газов при низких температурах, таблицы и кривые теплоемкостей газов и твердых тел, таблицы удельных электрических сопротивлений. Оннес измерил удельные электрические сопротивления большинства хороших электропроводников (медь, алюминий, серебро), приступил к исследованию сопротивления твердой (конечно, твердой - ведь температура всего лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля!) ртути, которая считалась хорошим проводником электричества. И вот тут-то его ожидал сюрприз, да еще какой!

Оннеса интересовало, как будет изменяться электрическое сопротивление ртути в то время, когда ее температура снижается и достигает областей, близких к абсолютному нулю.

Господствующей в то время была следующая точка зрения: если температура образца снижается, то это в первую очередь означает, что кристаллическая решетка материала все меньше и меньше колеблется - вероятность того, что электрон - носитель электричества ударится о решетку и затормозит свое движение (грубо говоря, в этом сущность электрического сопротивления), будет становиться все меньше и меньше. Стало быть, с уменьшением температуры сопротивление образца металла должно уменьшаться и в принципе равняться нулю при нулевой абсолютной температуре.

Но в эксперименте достигнуть температуры, равной абсолютному нулю, невозможно, и поэтому ученые следили за ходом кривой электрического сопротивления при снижении температуры. Все измерения, проделанные на меди, серебре и других хороших проводниках электричества, полностью подтверждали вышеизложенную точку зрения. И вот тут-то замерзшая, отвердевшая ртуть "выкинула номер". Пока сопротивление измерялось в диапазоне 15, 10, 5 градусов Кельвина, все шло нормально, как и в других исследованных металлах. Оннес снизил температуру до 4,1° К, взглянул на прибор, с помощью которого измерялось сопротивление, и поразился: стрелка вольтметра указывала, что сопротивление образца равно нулю, хотя до температурного нуля оставалось еще больше четырех градусов!

Это было поразительно. Для физика исчезновение электрического сопротивления было равносильно исчезновению земли из-под ног. Под сомнение ставились такие ясные вещи, как закон Ома и уравнения Максвелла.