:::::::五色海科技秘库:::::::


	卡皮查
	杰出的低温物理学家　　　　　　 [苏联』卡皮查(1894—1984) 在物理学史上有这样一个广为流传的故事。有一位对著名物理学家卢瑟福慕名已久的苏联年轻人，提出一个申请，想加入到卢瑟福主持下的剑桥大学卡文迪许实验室来，但卢福认为实验室里的研究人员已经够多了，以此为理由打算拒绝这位年轻人的申请。年轻情急之下问了卢瑟福这样一个问题：“卢瑟福教授，请问在您的实验中误差通常是多少?”卢瑟福回答道：“大约百分之二至百分之三。”年轻人马上指出，卡文迪许实验室现在有30个人，再多一个人也没有关系，因为这是在误差允许范围之内。卢瑟福被他的机智而有趣的问答逗乐了，于是点头同意了他的申请。就这样，这个年轻人走进了卡文迪许实验室，并在以后的研究工作中取得了巨大的成就。这个年轻人就是苏联杰出的低温物理学家——卡皮查。　　　　　　　　　　富有传奇色彩的一生　　彼得·利奥尼多维奇·卡皮查(Kapitsa，Pyot~Leonidovieh)是苏联物理学家。1894年7月9日，卡皮查出生于俄国科特林岛喀琅施塔得市的一个科学世家。他的外祖父是位杰出的数学家，天文学家和地理学家。他的父亲是一位才华出众的军事工程师。他的母亲是一位儿童文学和民间文学作家。卡皮查从小就受到良好的家庭教育，在自然科学知识的学习方面表现出很高的天赋。从中学时代起，他就养成这样一种爱好，喜欢把家里的钟表一类的东西拿出来拆拆装装，并对工艺方面的技能表现出极高的悟性。这种工艺技能方面的无意无形的训练，使卡皮查在以后的科学研究中受益匪浅。　　1918年，卡皮查从彼得格勒工学院毕业后留校任教。1919年至1921年，他在列宁格勒(现彼得堡)工学院任讲师，1921年以后到英国剑桥大学，在卢瑟福领导下的卡文迪许磁学研究实验室工作，从事低温物理学和磁学问题的研究。卡皮查在27岁那年遭遇了一场巨大不幸：先是他的儿子患猩红热去世，紧接着，一场规模较大的肆虐彼得格勒市的“西班牙流感”相继夺去了他的妻子．女儿和父亲的生命。这一巨大打击彻底击垮了卡皮查，他的精神几近崩溃，研究工作也一度中断。后来在他的老师的帮助下，卡皮查来到英国进行考察和学术访问，这才使他逐渐走出了往日的阴影，在剑桥大学开始了他人生的新的阶段。　　在剑桥大学期间，由于他在科学研究方面取得的累累硕果，1925年担任了剑桥大学三一学院的研究员，1929年当选为英国皇家学会的会员。这在当时对一个外国人来说，是一种莫大的殊荣。1930年，剑桥大学建造了一个设备优良的蒙德实验室，专供卡皮查从事超强力磁场和低温研究，使卡皮查的科学才能得以充分的施展。　　1934年，卡皮查应邀回国讲学。由于当时苏联在建设初期需要大量的人才，特别是在国外的本国人才。加上当时第二次世界大战的阴云已渐渐笼罩在欧洲的上空，在卡皮查学术活动结束之后，苏联政府将他留在了国内，希望他能为自己的祖国奉献智慧。不久，苏联政府向英国购回了卡皮查在剑桥大学的实验设备，使他能够在国内继续从事低温领域的研究。几年后他果然有了重大发现。　　1946年夏天，卡皮查因为拒绝为苏联政府做研制原子弹的工作而被解除了已担任13年之久的苏联科学院瓦维洛夫物理问题研究所所长的职务，被迫中断了他所从事的科研工作，而到一个叫尼科利纳的山间小村隐居起来。直到1954年才结束这种隐居生活。1955 年，他被重新任命为苏联科学院瓦维洛夫物理问题研究所的所长。从1965年起，随着当时苏联领导人赫鲁晓夫的下台，在阔别了自己在英国的实验室30年后，卡皮查终于又获得了出国的许可。此后他经常出国访问和讲学。晚年，卡皮查非常关注全球问题，为使全人类共同努力解决全球性生态危机以及和平与裁军等问题而奔走呼号。　　　　　　　　　　　　 “低温物理之父” 　　卡皮查在他的科学生涯中，对趋强力磁场、低温理论和低温技术，等离子体等众多的物理领域都做出了巨大贡献，尤其是在低温物理学领域的发现和发明，更是使他以“低温之父”的称誉而名垂青史。　　低温技术是20世纪初才发展起来的一门新型技术，它主要是将氢气、氦气，空气等气体液化以获得低温，并用于对其他物质进行制冷，以便研究这些物质在超低温下的性质，在卡皮查之前，林德，昂尼斯等一批科学家都对此领域进行了卓有成效的研究，并使液氢．液氦、液氧等方面的技术有了一定程度的发展。但直到20世纪30年代，这方面的技术总的来说还处于实验的阶段，在生产和生活中还没有得到广泛的应用。而卡皮查设计的一种新型的具有变革意义的氦液化器，为低温技术的广泛推广和全面应用作出了重大贡献。　　在卡皮查之前，氦液化器都是采用液态氢进行预冷，但用这种方法来液化氦程序就很复杂，不仅费时间，而且氢气易于爆炸，很不安全。另外，当时人们也早知道可以利用焦耳一汤姆逊效应(气体节流膨胀后温度降低)采用绝热膨胀的方法来直接液化氦。但应用这种方法有一个极大的难题，就是低温下活塞润滑的问题。由于这个问题没有很好的解决，所以这种方法也一直没有得到应用。卡皮查想，如果能直接利用焦耳一汤姆逊效应制出安全性很高的氦液化器来制冷，则氦液化器一定能够得到广泛的应用。但低温下活塞润滑的问题怎么解决呢?这实在是一个令人烦恼的问题。润滑剂、润滑剂，这个该死的润滑剂……咦!如果不用润滑剂的话，这个难题不就不成为难题了吗?真是退一步海阔天空!卡皮查为他的这一想法兴奋不已，并积极寻找润滑剂的替代物。终于，他想出了一个绝妙的办法：让活塞周围留下大约0．05毫米的缝隙，当压缩活塞时，从缝隙中逸出的氦气自身便起了润滑作用。难题就这样被解决了!一种新的膨胀机型氦液化器终于在1934年被制造出来。1947年，一个美国人在卡皮查型氦液化器的基础上进行了一些改进，研制出一种新型氦液化器，并在一家公司的支持下投入商业批量生产。这样，氦液化器终于从实验室走向了工厂，这对现代低温领域研究的纵深发展起到巨大推动作用。　　卡皮查在低温技术领域从事了多年的研究之后发现，要想在此领域做出更大成就，光有技术是不行的，还必须有理论的指导。这时，其他物理学家所发现的液氦的一些奇特性质吸引了卡皮查的注意，他很快就把研究方向转向液氦性质的研究，从而实现了从低温技术向低温理论研究方向的转变。　　从1908年起，荷兰物理学家昂尼斯首次成功将氦液化之后，人们又陆陆续续地发现了液氦的种种其他奇特的性质。例如，液氦在2．19K(人点)处会发生相变，人们为了区分，把发生相变前的液氦称为液氦I，相变后的液氦称为液氦Ⅱ。在液氦的诸多性质中最有趣的是“热转移”特性和“喷泉”效应。有关液氦H具有热转移特性的现象在1929年的时候就被发现了，但直到1935年一位荷兰物理学家研究了氦的热导率之后，才成功解释了这种热转移现象的原因。卡皮查对此发现很感兴趣，经过反复思考后，他认为这种热转移很可能与液氦Ⅱ具有极低的黏滞性有关，于是，在1937年他亲自设计了一个实验，观察液氦Ⅱ在极窄的玻璃片缝隙当中的流动情况，来证明自己的观点。实验结果表明，液氦Ⅱ的黏滞性最多仅为液氦I的1／1500，卡皮查类比于金属的超导电性，把此现象称为“超流动性”。液氦超流动性的发现为冷凝物态量子物理的发展奠定了基础。苏联著名理论物理学家朗道就是在超流动性理论的基础上，提出了关于液氦的二流体理论，并预言了在液氦中一种温度波“第二声”的存在。当时，由于卡皮查和朗道的共同努力，苏联在液氦低温研究领域走在了世界前列。　　液氦Ⅱ的另一个有趣的现象是喷泉效应。卡皮查曾利用一个可以自由旋转的悬挂着的玻璃喷管(其中装有一条小的螺旋形电热丝)，证明了喷泉效应事实上就是一个由热能直接转换成机械能的例子；这个实验在科学哲学史上具有重要的意义。早在19世纪70年代，恩格斯在《自然辩证法》一书中，就通过辩证的理论思维做出了天才的预言：放射到宇宙空间中去的热一定有可能通过某种途径转变为另一种运动形式，在这种运动形式中，它能够重新集结和活动起来。而喷泉效应实验就是这一构想的一个极为典型的由热能直接转变为机械能的例子，使恩格斯的预言变成了一种科学事实，从科学上进一步证明了自然界是一个辩证发展的无限循环的过程。　　　　　　　　　　　　红旗下的科学尖兵　　在第二次世界大战期间，卡皮查作为苏联科学院瓦维洛夫物理问题研究所所长，把一大批物理学家紧密地团结起来，在苏联政府的领导下，形成了一个坚强、高效的科学团体。他们的多项科研成果为当时苏维埃政权反法西斯的战争取得最后胜利做出了重大的贡献，而其中尤其值得一提的是卡皮查在制氧工业方面的贡献。　　在20世纪二三十年代，苏联的制氧工业还相当落后，远远不能满足当时工业发展的需要。为了反法西斯战争的需要，在苏联政府的号召下，卡皮查以极大的热情投入到液氧技术领域的研究。　　当时，制氧技术已经有了相当高的水平，不过那些生产液氧用的装置都是采用高压循环。这种利用高压循环的制氧装置冷损失率大，电能消耗大，而且生产率很低。要想改进制氧装置，首先必须研制出具有高效率的透乎膨胀机。卡皮查发挥他工艺技术方面的才能，很快就解决了这一技术难题，并对制氧装置进行改造，于1939年制造出带汽轮膨胀机的采用低压循环的制氧装置。这种制氧装置的生产率比以前提高了数十倍甚至上百倍。用这种装置可以生产大量的廉价的商用氧气，极大地推动了苏联制氧工业的发展。到1940 年，苏联在氧气制造方面已跃升到欧洲第一位。　　卡皮查除了在低温物理领域做出了杰出的贡献之外，在其他许多领域也有很多建树。他于1924年研制生产出的强磁场装置被广泛地应用于世界上许多实验室中，直到30年后才有人研制出了更强的磁场。卡皮查还利用他设计的强磁场装置，测量各种金属在磁场中电阻的变化．发现金属的电阻率随磁场的增大呈线性增加：他在1928年的这项发现，直到20世纪60年代，随着金属理论的发展，此现象才得到了较好的理论上的解释。此外，他还为苏联第一颗空间卫星的发射做出了贡献。这些贡献都得到了人们的肯定和重视，他因此也获得了许许多多的荣誉：1939年成为苏联科学院院士，1941年和1943年两次获得斯大林奖金，先后6次获得列宁勋章，1945年和1974年两次获得社会主义劳动英雄称号。特别是在1944年，由于在磁学和低温领域中的贡献，卡皮查获得了美国费城富兰克林学院授予的富兰克林奖章，他是第一个获此荣誉的苏联科学家。1978年，他因为40年前在低温物理学领域中的根本性的发现和发明而获得诺贝尔物理学奖。这是对他科学贡献的最大肯定和最高荣誉。伟大的精神崇高的人格　　卡皮查同时拥有理论物理学家的高度抽象思维的能力和实验物理学家的敏锐观察能力，这在理论物理与实验物理日益分化的现代，是相当难能可贵的。而他之所以能够在两个不同的科学领域均取得超乎常人的成绩，有很大一部分原因就在于他对科学和真理有着一颗不懈追求和无限忠诚的拳拳之心。即使在被迫隐居尼科利纳山间小村的那段艰难岁月里，他也没有因为政治上受到的不公正待遇而放弃自己的科学研究。他一方面继续进行一些纯理论性的研究；另一方面，在自己简陋的小木屋中制作一些实验装置，组装起一个家庭实验室，执著地进行着高难度的等离子体方面的实验，到1954年结束隐居生活时，他又把亲手建成的实验室移交给了物理问题研究所。苏联著名物理学家朗道曾这样评价卡皮查：“他拥有一个科学家可能向往的一切：他的著作得到首肯，他有才华横溢的门生……但卡皮查依然孜孜不倦地从事科学研究，他的好奇心和创造力依然无穷无尽……” 　　卡皮查崇高的科学精神是值得后人学习的，而他那高尚的人格品质同样更值得后人敬仰。在1938年苏联政府的政治运动中，物理学家朗道曾被指控为“德国间谍”而遭到逮捕，卡皮查不怕自己受到牵连，直接上书当时领导人斯大林，要求无罪释放朗道。在卡皮查的努力下，朗道终于在被关押一年后无罪释放，科学家和科学事业得以两全。在1973年，当科学家萨哈罗夫因政治原因遭到苏联政府的非难时，卡皮查作为苏联科学院院士之一拒绝在一份由院士们签署的谴责萨哈罗夫的宣言上签名，并强烈反对把萨哈罗夫驱逐出苏联科学院。他认为即使科学家在政治上犯了错误，那么也只能在政治中解决，而不能剥夺科学家继续科学研究的权利。政治和科学是两回事，应当将二者分开。这些无不细致人微地体现了卡皮查无私无畏，善良正直的高尚人格。正如朗道在卡皮查70寿辰时所说：“在那些年月，卡皮查的举动需要大勇，大德和水晶般纯洁的人格。” 　　卡皮查在国际物理学界负有盛名。他从1918年进人物理殿堂，到1984年4月8日病逝，从事科学与科研60多年，先后在超强力磁场、低温理论和低温技术、等离子体等众多物理领域做出巨大贡献，并为苏联科学和工业生产的发展做出不可磨灭的贡献。一个被命运多次捉弄的人，为人类的发展作出如此之多的贡献，卡皮查用他的一生向人们洤释了人性的光辉与崇高。大，电能消耗大，而且生产率很低。要想改进制氧装置，首先必须研制出具有高效率的透乎膨胀机。卡皮查发挥他工艺技术方面的才能，很快就解决了这一技术难题，并对制氧装置进行改造，于1939年制造出带汽轮膨胀机的采用低压循环的制氧装置。这种制氧装置的生产率比以前提高了数十倍甚至上百倍。用这种装置可以生产大量的廉价的商用氧气，极大地推动了苏联制氧工业的发展。到1940年，苏联在氧气制造方面已跃升到欧洲第一位。　　卡皮查除了在低温物理领域做出了杰出的贡献之外，在其他许多领域也有很多建树。他于1924年研制生产出的强磁场装置被广泛地应用于世界上许多实验室中，直到30年后才有人研制出了更强的磁场。卡皮查还利用他设计的强磁场装置，测量各种金属在磁场中电阻的变化．发现金属的电阻率随磁场的增大呈线性增加：他在1928年的这项发现，直到20世纪60年代，随着金属理论的发展，此现象才得到了较好的理论上的解释。此外，他还为苏联第一颗空间卫星的发射做出了贡献。这些贡献都得到了人们的肯定和重视，他因此也获得了许许多多的荣誉：1939年成为苏联科学院院士，1941年和1943年两次获得斯大林奖金，先后6次获得列宁勋章，1945年和1974年两次获得社会主义劳动英雄称号。特别是在1944年，由于在磁学和低温领域中的贡献，卡皮查获得了美国费城富兰克林学院授予的富兰克林奖章，他是第一个获此荣誉的苏联科学家。1978年，他因为40年前在低温物理学领域中的根本性的发现和发明而获得诺贝尔物理学奖。这是对他科学贡献的最大肯定和最高荣誉。　　　　　　　　　　伟大的精神崇高的人格　　卡皮查同时拥有理论物理学家的高度抽象思维的能力和实验物理学家的敏锐观察能力，这在理论物理与实验物理日益分化的现代，是相当难能可贵的。而他之所以能够在两个不同的科学领域均取得超乎常人的成绩，有很大一部分原因就在于他对科学和真理有着一颗不懈追求和无限忠诚的拳拳之心。即使在被迫隐居尼科利纳山间小村的那段艰难岁月里，他也没有因为政治上受到的不公正待遇而放弃自己的科学研究。他一方面继续进行一些纯理论性的研究；另一方面，在自己简陋的小木屋中制作一些实验装置，组装起一个家庭实验室，执著地进行着高难度的等离子体方面的实验，到1954年结束隐居生活时，他又把亲手建成的实验室移交给了物理问题研究所。苏联著名物理学家朗道曾这样评价卡皮查：“他拥有一个科学家可能向往的一切：他的著作得到首肯，他有才华横溢的门生……但卡皮查依然孜孜不倦地从事科学研究，他的好奇心和创造力依然无穷无尽……” 　　卡皮查崇高的科学精神是值得后人学习的，而他那高尚的人格品质同样更值得后人敬仰。在1938年苏联政府的政治运动中，物理学家朗道曾被指控为“德国间谍”而遭到逮捕，卡皮查不怕自己受到牵连，直接上书当时领导人斯大林，要求无罪释放朗道。在卡皮查的努力下，朗道终于在被关押一年后无罪释放，科学家和科学事业得以两全。在1973年，当科学家萨哈罗夫因政治原因遭到苏联政府的非难时，卡皮查作为苏联科学院院士之一拒绝在一份由院士们签署的谴责萨哈罗夫的宣言上签名，并强烈反对把萨哈罗夫驱逐出苏联科学院。他认为即使科学家在政治上犯了错误，那么也只能在政治中解决，而不能剥夺科学家继续科学研究的权利。政治和科学是两回事，应当将二者分开。这些无不细致人微地体现了卡皮查无私无畏，善良正直的高尚人格。正如朗道在卡皮查70寿辰时所说：“在那些年月，卡皮查的举动需要大勇，大德和水晶般纯洁的人格。” 　　卡皮查在国际物理学界负有盛名。他从1918年进人物理殿堂，到1984年4月8日病逝，从事科学与科研60多年，先后在超强力磁场、低温理论和低温技术、等离子体等众多物理领域做出巨大贡献，并为苏联科学和工业生产的发展做出不可磨灭的贡献。一个被命运多次捉弄的人，为人类的发展作出如此之多的贡献，卡皮查用他的一生向人们洤释了人性的光辉与崇高。