Читать онлайн «Штурм абсолютного нуля». Страница 5

Независимо от Менделеева подобное исследование провел английский физик Томас Эндрюс, который ввел в науку термин «критическая температура».

Представьте себе закрытый сосуд, в котором находится некоторое количество жидкости, например воды. В результате испарения над жидкостью образовывается насыщенный пар. При этом одно и то же вещество существует одновременно в двух состояниях, или, как говорят физики, в двух фазах — жидкой и газообразной.

При комнатной температуре плотность пара значительно меньше плотности соответствующей жидкости.

С повышением температуры плотность жидкости уменьшается, а плотность газа увеличивается.

Наконец наступает момент, когда плотность жидкости и пара совпадает.

Температура, при которой плотности жидкости и ее насыщенного пара совпадают, называется критической температурой данного вещества.

При температуре выше критической вещество может находиться только в одном состоянии — газообразном. При таких условиях газ невозможно сжижить даже при сколь угодно сильном сжатии.

Критические температуры разных веществ существенно отличаются друг от друга. Например, воды + 374 °C, кислорода —118 °C, водорода — 240 °C.

Однако вернемся к экспериментам Кальете.

Температура кипения кислорода при атмосферном давлении — 183 °C. Следовательно, французскому инженеру удалось преодолеть значительный отрезок пути к абсолютному нулю.

Может быть, кто‑либо был склонен объяснить это достижение счастливой случайностью. Ведь мысль о возможном способе сжижения атмосферных газов пришла в голову Кальете в момент аварии его аппарата.

Конечно, и в науке бывают случайности. Но не они решают дело.

Каждый новый шаг в науке подготавливается предыдущими научными открытиями и достижениями в той или иной области.

Кальете в момент своего открытия был уже зрелым ученым.

Он детально изучил работы своих предшественников и ясно видел цель, к которой стремился. Иначе он не заметил бы мгновенно исчезнувшее облачко.

Не случайно многие важные открытия были сделаны разными учеными независимо друг от друга.

Так было и на этот раз.

Почти одновременно с Кальете сжижение кислорода произвел женевский физик Рауль Пикте, действуя другим методом.

Мы уже знаем, что газ, критическая температура которого выше комнатной, можно сжижить сжатием без предварительного охлаждения.

Полученная таким образом жидкость используется для охлаждения второго газа, критическая температура которого значительно ниже комнатной, но выше температуры кипения этой жидкости.

Жидкость, полученную после сжижения второго газа, можно использовать для сжижения третьего газа с еще более низкой критической температурой, и т. п.

Такой метод получил название каскадного.

Пикте сжижил кислород, использовав в первом каскаде двуокись серы, а во втором каскаде — двуокись углерода.

Сообщения об удачном завершении эксперимента Кальете и Пикте были оглашены на собрании Парижской академии наук 24 декабря 1877 года, а через неделю, в самый канун нового 1878 года, Кальете объявил о сжижении азота (температура кипения — 196 °C).

Некоторое время спустя Пикте, пополнив свою установку третьим каскадом, где он применил кислород, сжижил воздух. Воздух, как известно, состоит в основном из азота и кислорода и имеет температуру кипения промежуточную между температурами кипения этих составляющих, а именно — 194,4 °C.

В 1882 году Кальете вернулся к своему эксперименту, применив для охлаждения сосуда со сжатым кислородом этилен вместо двуокиси серы.

Температура первоначального охлаждения понизилась до —105 °C.

Однако облачко сжиженного газа по — прежнему мгновенно исчезало, словно привидение в старинной легенде.

Удержать в сосуде жидкость, кипящую при немыслимо низкой температуре, — такую задачу предстояло решить исследователям.

Здесь успех сопутствовал двум польским физикам 3. Вроблевскому и К. Ольшевскому.

3. «Призрак» превращается в реальность. Скрипка Дьюара. Сюрприз на финишной прямой. Последняя крепость взята! Окно в мир сверхпроводимости.

Зыгмунт Флоренты Вроблевский родился в 1845 году в городе Гродно. Окончив гимназию с серебряной медалью, он поступил в 1862 году на физико — математический факультет Киевского университета.

В 1863 году за участие в политической деятельности восемнадцатилетний студент подвергается аресту. Вроблевский проводит шестнадцать месяцев в тюремных застенках Гродно и Вильно, откуда его гонят по этапу в ссылку в город Томск.

Только в 1869 году, амнистированный по «высочайшему манифесту», Вроблевский смог вернуться домой.

Стремясь получить научное образование, опальный студент едет в Германию.

Нелегко пришлось на чужбине молодому человеку, обладающему весьма ограниченными материальными средствами. Приходилось довольствоваться мизерной денежной помощью, которую могли оказать родители, и случайными гонорарами за научно — популярные статьи в русской газете «Сын Отечества».

В сибирской ссылке Вроблевский усиленно изучал научно — популярную литературу по естественным наукам.

Стремясь творчески познать явления окружающего мира, он разработал новую космическую теорию.

Тщетно пытался Вроблевский заинтересовать своей космической теорией немецких физиков Кир- гофа и Клаузиуса. И тот и другой оказали ему весьма холодный прием.

По — иному встретил Вроблевского видный естествоиспытатель, профессор Берлинского университета Г ерман Гельмгольц.

Он внимательно выслушал посетителя и терпеливо разъяснил его ошибки.

— А если мои доводы вас не убедили, то почему ж вам не провести эксперименты в моей лаборатории? — спросил Гельмгольц, доброжелательно глядя на юношу, жаждавшего посвятить свою жизнь науке.

Вроблевский с радостью принял это предложение.

Вскоре он убедился в ошибочности своих космических взглядов и занялся проблемой, имеющей важное значение для развития физики, — исследованием свойств газов.

В 1874 году, после защиты докторской диссертации, Вроблевский получил должность ассистента, а затем доцента при кафедре физики Страсбургского университета.

Работы молодого ученого получили признание научного мира. Они заслужили высокую оценку одного из корифеев науки — английского физика Максвелла.

Польские физики с понятным интересом следили за научными успехами своего соотечественника.

Вроблевский получает приглашение перейти на работу в Краковский университет.

До возвращения на родину Вроблевский в течение одного года работал в лаборатории известного в то время химика, члена Парижской академии наук Сент — Клер Девиля, где он провел ряд экспериментов с аппаратом Кальете.

Наблюдая за голубоватым облачком сжиженного кислорода, внезапно появляющегося внутри толстостенного сосуда, чтобы сразу исчезнуть, словно мираж в пустыне, исследователь задумался над вопросом: как удержать необычайно холодную жидкость?

В 1882 году Вроблевский возглавил кафедру физики в Краковском университете. Он немедленно выписал из Парижа аппарат Кальете.

С не меньшим нетерпением ждал прибытия французского аппарата и другой краковский физик — Кароль Ольшевский. Он в течение многих лет безуспешно работал над усовершенствованием устаревшего оборудования для сжижения газов.

Ольшевский пришел в восторг, когда увидел в Кракове современную аппаратуру Вроблевско- го. Физики стали работать вместе.

Краковская установка для сжижения кислорода была собрана в феврале 1883 года. А уже в апреле того же года в трубке аппарата «спокойно» кипела голубоватая жидкость.

Вроблевский и Ольшевский усовершенствовали аппаратуру Кальете.