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娜成了卡皮察的妻子。返回剑桥后,他告别了自己在三一学院的单身宿舍,
携带妻室在斯托利兹街租了半幢房子。在这里,他们生下了大儿子谢尔盖。
之后,在汉金顿路离卡文迪许实验室不远的地方,盖了一幢房子,家中又添
了一个儿子安德烈。这所房子,后来赠给了前苏联科学院,成为前苏联科学
工作者赴英国见习期间的住所。
卡皮察会见过许多杰出的人物,与许多物理学家保持着友谊。他和自己
许多朋友都直接地共同协作过。他和保尔·狄拉克一起完成了理论性著作:
《电子对驻波的反射》,1933年发表在《剑桥哲学》杂志上。
以后卡皮察着手制造氢液化器。为了获得“最冷的”液态氢,手头必须
有液化氢。卡皮察制作的第一台氢液化器中,排除了使用纯氢作为液化原始
产物的必要性,而代之以工业用氢气。氢液化器完成时,卡皮察找到了一种
获得液态氦的新方法,这种方法无需用液态氢对氦进行预冷却。
接着,卡皮察决定制造一台氦膨胀时会带走热量的机器,最后,带有迅
速运动活塞的液化机由卡皮察在剑桥制成了。这一工作对卡皮察在以后多年
中制造其它一些液化器是一个良好的开端,这些液化器是用于最难液化的一
些气体——氢、氦、氧的。
卡皮察第一台液化器的生产能力为每小时1。7公升液态氦,这正好是实
验所必需的数量。
就这样,卡皮察选择了强磁场和低温作为自己在剑桥时进行实验工作的
基本项目。他的注意力集中在制作基本上是新型的、获得高强度磁场的装置
和液态氦的装置方面。这一选择证明了他的科学预见性。
1925年,卡皮察成为名声显赫的剑桥三一学院的成员。它的成员有汤姆
逊、卢瑟福、爱丁顿和其他许多卓越的物理学家、天文学家、生物学家。每
逢周日晚上,这些著名学者们在一起吃饭,并讨论各种问题。
卡皮察在英国期间,曾流传过这样的一个趣闻。有一次,一家英国工厂
请他去检修一部机器的发动机,当面讲好修好后付酬金1000英镑。他先检查
了一下机器,然后叫人拿来一把榔头,他拿起榔头对准主轴承敲了一下,机
器就能运转了。这时,那个英国人有点后悔了:难道只敲一下,就值 1000
英镑吗?这时,卡皮察风趣地说:“实际上敲一下,只要付一英镑就足够了,
但另外付999英镑,是因为要知道应该敲在哪个部位上。”
1929年,卡皮察被选为前苏联科学院通讯院士。卡皮察几乎每年都要返
回故土讲课或咨询。
1934年卡皮察回国。整个卡文迪许实验室和卢瑟福本人久久地感到缺少
了一个他们大家都如此热爱的人。在以后数年中,实验室这个卓越的集体开
始分崩离析了。
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三、科学院院士
卡皮察的域外科研生涯长达13年,他27岁离开列宁格勒去伦敦时,在
科研和教学上毫无经验可言。当他40岁回到前苏联时,已是卓越的科学家
了。人们极易把他误认为是外国人。那常年不离手的烟斗和按西方款式剪裁
得体的一身服装,更使得人们频频产生错觉。而且,必要时他还能说一口地
道的英语。
当时,卡皮察既担任苏联科学院通讯院士,又是英国皇家学会会员,这
两大头衔集之于一身,在那个年代,令人目瞪口呆,难以置信。
卡皮察带着妻子,乘坐汽车,经过挪威,好不容易才返回祖国。年幼的
儿子们留在剑桥由外婆抚养照料。
同年12月28日,前苏联政府决定在莫斯科建立物理问题研究所,研究
所的名称是卡皮察提议的。他解释说:“这个颇为不寻常的名称应当反映出,
研究所并不从事某个一定知识领域的工作,一般说来,它将是一个研究著名
科学问题的研究所,这些问题的范围要由将在所里进行工作的那些人员和科
学家来决定。因此,这个研究所的任务是纯科学工作,而不是应用科学工作。”
他成了这个研究所的负责人,这时,他继续研究超强力磁场和改进取得液态
氦的技术。他领导研究所的工作,一贯以身作则。他认为,如果一个领导者
站得远远的,工作是绝对领导不好的。
卡皮察终生不渝地深信,任何科学发现早晚终将得到实际应用。而且他
本人的经验也完全证实了这一点。热核研究应当全力发展,任何科学发现总
是能够得到有益利用的。
卡皮察所制订的研究所计划符合对科研中心提出的要求。建立了一个完
善的、先进的研究所,不仅在苏联是先进的,而且在欧洲也是先进的研究所
之一。
在建设研究所的三年漫长时间中,卡皮察没有实验室。他回忆说:“在
这几年,我与苏联之外保持通讯联系的唯一科学家是卢瑟福。每两个月他至
少给我写一封长信。这些信对我极为珍贵。在这些信中,他谈论剑桥的生活,
关于自己的科学成就和本学派的成绩。讲他自己的情况,开玩笑,并给我出
主意。在我处于困境下始终不渝地鼓励我。他清楚地知道,最主要的是我必
须尽快开始突然中断了的科学工作,众所周知,主要是由于他的干预和帮助,
我才能获得蒙德实验室的科学设备,因此过了三年我又得以恢复在低温物理
学领域的工作。”
卢瑟福给卡皮察的最后一封信,是在1937年10月9日。10天后,卢瑟
福去世了。卡皮察在 《消息报》上发表了悼念文章。在离开剑桥32年之后,
1966年5月 17日,卡皮察在伦敦皇家学会发表的讲话中说:“对于我来说,
卢瑟福的去世不仅仅是失去了一位导师和朋友,对于我,像对于其他许多科
学家一样,这些岁月也是科学上整整一个时代的结束。”
卡皮察规定要建筑车间、图书馆以及其它能保证研究所相对独立生活的
设施。了解物理问题研究所的人都很清楚,卡皮察所考虑的广泛设施,显然
是研究所长期所必需的。即便是现在,研究所的车间还在制造许多独一无二
的仪器。建立了一个内容丰富的一流图书馆,许多国家给卡皮察寄来书籍,
这些书几乎全都成了研究所图书馆的财产。
1937年,卡皮察在低温物理学基础理论方面已取得了显著的成绩,发现
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了液态氦超流动现象。液态氦超流动现象是指液态氦在温度降低到 2。19K时
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发生特殊的相变,它几乎完全失去粘滞性,并且很容易流过半径为10厘米
的小孔或毛细管,还能沿着固体内壁扩展,成为一层只有几十个原子厚度的
薄膜。
1939年1月24日,前苏联科学院一致推选卡皮察为科学院院士。
在他们家族中有四代人和科学院有密切联系。安德烈和谢尔盖的外曾祖
父И·И·斯捷布尼茨基是俄罗斯皇家科学院通讯院士,他们的外祖父A·H·克
雷洛夫和父亲是科学院院士,最后卡皮察的小儿子安德烈是前苏联科学院通
讯院士。卡皮察对于自己是这个不寻常的“科学院式链条”上的一环,感到
十分愉快。而且,他还希望,下一代卡皮察的代表中,他的孙子、孙女中有
人能在科学院中占据当之无愧的位置。他的儿子谢尔盖已是教授、物理数学
博士、物理问题研究所的研究员,一系列著作的作者,获得了前苏联国家奖
金。而且他有三个孩子,卡皮察对他们寄予了厚望。
卡皮察在莫斯科举办的讨论会,可谓盛况空前。常常是礼堂外围着一大
群人,而门口已挂上“礼堂人已满,请予谅解”的牌子。做报告的人有卡皮
察或某个著名科学家,讨论的问题非常广泛。如果把卡皮察讨论的题目按顺
序地浏览一遍,那么根据这些题目就能对在几十年中物理学的发展有一个大
致概念。
在以后的几年中,卡皮察继续研究超流动性,并发现了氦的某些惊人的
特性。卡皮察的卓越试验之一是:把盛满液态氦的器皿,置于液态氦之中,
在器皿的洞口前悬挂一个轻巧的翼片。在器皿中的氦加热时,翼片偏离了。
这样就证明了,氦中的热传导过程与其中产生的运动是紧密相连的。但是这
种运动具有完全反常的性质;从洞口冲出了一股使翼片偏离的液体,但器皿
中液体的数量并未改变,仍然是满满的。
卡皮察发现的超流动性现象,成为研究工作的新出发点,吸引了前苏联
及外国许多理论物理学家的注意。超流动性现象成为几十年来的研究对象,
这种研究获得了许多卓越的成果。
在这位出类拔萃人物的思想中,令人十分惊奇地感受到许多丰富多彩的
当代文化。在他的头脑中,物理学已占了崇高的位置,当然这也无损于他去
了解许多其它领域的知识,而且有助于他解决许多问题。在卡皮察看来,物
理学本身是一门伟大的艺术,它对人类具有魔术般的作用力。
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四、为了祖国
1941年,德国法西斯进攻前苏联,卫国战争开始了。莫斯科的物理问题
研究所撤退到喀山。
10月12日,科学院举行了一次反法西斯群众大会,卡皮察在会上发言
说:“当6月末我们国家遭到希特勒匪帮突然袭击的时候,我们全体科学家
立即决定,应该把自己的一切知识和力量贡献给我们国家,支援她和法西斯
主义的英勇斗争。”在讲话即将结束时,卡皮察号召科学家们参加“为自由
和文明的斗争,这是一场前所未有的伟大斗争,任何消极萎靡都将给人带来
终生的耻辱。”他的讲话无疑是对全体前苏联人民的一次爱国主义召唤。
研究所的设备被安置在喀山大学植物学家和动物学家的工作场所,在装
满动物和鸟类骨架与标本的柜、架之间,安装工作正在进行。研究人员住在
学校的大礼堂和体育馆中,宽敞的空间用床单隔成了一家一户的单间。卡皮
察和夫人、儿子及岳父克雷洛夫院士住在著名俄国数学家、前喀山大学校长
洛巴切夫斯基于19世纪初曾经住过的房子里。
尽管战火纷飞,环境艰苦,但研究工作没有停止过。战争中因急救伤病
员需要氧气,卡皮察便急战争之所急,积极为国家研究制取更多的氧气。
从疏散生活一开始,物理研究所便着手安装获取液态空气和气态氧的设
备。不久,研究所就开始给喀山各个医院供应伤员和病人所需要的氧气,液
态空气则送往军事工厂。
卡皮察说:“战争使得国家极端需要氧气,必须挽起袖子,