Сверхтекучесть: когда жидкий гелий почти не сопротивляется течению
В 1937 году Пётр Капица обнаружил необычное течение жидкого гелия при очень низкой температуре. В опытах выяснилось, что ниже определённого температурного порога жидкость способна проходить через узкие каналы с чрезвычайно малым сопротивлением.
Как это было
После организации Института физических проблем в Москве Капица продолжил эксперименты с жидким гелием. Гелий позволял изучать свойства вещества при температурах, недоступных для большинства других жидкостей: даже вблизи абсолютного нуля он мог сохранять жидкое состояние.
Исследуя, как жидкий гелий протекает через очень узкие каналы, Капица обнаружил резкую перемену поведения при охлаждении ниже так называемой лямбда-точки. Сопротивление течению становилось необычайно малым. Обычные представления о вязкости жидкости не позволяли объяснить наблюдение.
В начале декабря 1937 года Капица отправил сообщения об открытии в «Доклады Академии наук СССР» и зарубежный научный журнал. Статьи вышли в 1938 году. Независимые исследования течения жидкого гелия в тот же период проводили Джон Аллен и Дон Майзнер.
Как это работало
Обычная жидкость теряет часть энергии, когда движется вдоль стенок узкой трубки: этому соответствует вязкость. Для гелия при температуре ниже лямбда-перехода в опытах обнаруживается компонента жидкости, которая может течь без обычного вязкого сопротивления. Поэтому через тонкие капилляры гелий-II ведёт себя не так, как вода или масло.
Позднее физики описали жидкий гелий с помощью двухжидкостной модели: нормальная и сверхтекучая компоненты могут участвовать в движении по-разному. Квантовое объяснение свойств гелия-II было разработано Львом Ландау. Сверхтекучесть — не просто крайне низкая температура, а особое состояние вещества.
Что было дальше
Открытие изменило представления о поведении жидкостей и показало, что квантовые законы могут проявляться в движении вещества, видимом без микроскопа. Исследования гелия-II стали частью физики квантовых жидкостей и привели к постановке новых экспериментов с переносом тепла и течением.
В 1941 году Ландау предложил теорию сверхтекучести, объяснившую основные свойства этого состояния. За исследования низкотемпературной физики, включая открытие сверхтекучести, Капице в 1978 году присудили Нобелевскую премию по физике.
В те же годы
Модель Фридмана: Вселенная, которая меняется со временем
В 1922 году математик и физик Александр Фридман получил нестационарные решения уравнений общей теории относительности. Они показали, что математическое описание Вселенной допускает изменение её масштабов со временем.
1922связь и радиоГенератор Лосева: радиоколебания в контакте с кристаллом
В 1922 году Олег Лосев представил результаты исследований кристаллического детектора, способного усиливать и создавать высокочастотные электрические колебания. Эти свойства он использовал в схемах радиоприёмников.
1922металлургия и горное делоТурбобур Капелюшникова: двигатель у бурового долота
В 1922 году Матвей Капелюшников совместно с инженерами С. М. Волохом и Н. А. Корневым разработал турбобур для бурения скважин. В новой конструкции вращение передавалось долоту непосредственно у забоя, а не всей колонне бурильных труб.
1922строительство и архитектураШуховская башня: радиомачта из стальной сетки
В 1922 году в Москве завершили строительство радиобашни на Шаболовке по проекту Владимира Шухова. Вместо привычной массивной башни инженер предложил высокую опору из пересекающихся стальных стержней.
1923электротехникаСвечение Лосева: как кристалл загорался от тока
В 1923 году Олег Лосев, работавший в Нижегородской радиолаборатории, исследовал свечение карборундового детектора при прохождении электрического тока. Опыты показали, что полупроводниковый контакт может излучать свет без нити накаливания.
1924авиацияРК-3 Котельникова: парашют в мягком ранце
В 1924 году Глеб Котельников запатентовал ранцевый парашют РК-3. В этой модели жёсткий футляр прежних конструкций уступил место мягкому ранцу, который удобнее размещался на спине лётчика.