На грани фантастики

С 16 по 19 сентября 1975 года в Крыму, в Алуште, проходила первая в нашей стране всесоюзная конференция по техническому использованию сверхпроводимости. О задачах этой конференции рассказал на страницах газеты «Правда» директор Института атомной энергии имени И. В. Курчатова, ныне президент Академии наук СССР Анатолий Петрович Александров.

В нашей стране проводится много всесоюзных и международных совещаний, симпозиумов, конференций по различным отраслям науки, так что еще один обмен мнениями между учеными никого не должен бы удивить. Но тем не менее эта конференция знаменовала собой новый этап в той отрасли, о которой раньше мечтали лишь фантасты, и уже по одному этому заслуживала особого внимания. Впрочем, начнем по порядку.

В начале нашего столетия ученые начали штурм «температурной пропасти» — абсолютного нуля температуры, нуля градусов по шкале Кельвина. Предполагается, что такая температура царит в мрачных глубинах космоса. Была поставлена цель — получить ее на Земле. Определено было и единственно возможное для этого средство — сжижать и замораживать газы. Один за другим «сдавались» воздух, кислород, азот. Все ниже и ниже падала температура, подбираясь к абсолютному нулю. И вот остался только один, самый «упрямый» газ — гелий, который никак не хотел сжижаться. В конце концов многие ученые махнули на него рукой. И только самые упорные продолжали попытки укротить гелий. Одним из них был голландский ученый Ка-мерлинг-Оннес, первый в 1908 году одержавший победу. Для этого ему пришлось довести гелий до минус 271 градус Цельсия. До абсолютного нуля оставалось около четырех градусов.

Естественно, получение низких температур — не самоцель. Они нужны для выявления свойств веществ. И Камерлинг-Оннес начал исследовать, как ведут себя различные вещества, как протекают различные процессы в столь необычных условиях. Результаты оказались ошеломляющими. Самая прочная сталь, опущенная в жидкий гелий, становилась настолько хрупкой, что разлеталась от легкого удара. Такой же хрупкой становилась и резиновая лента: все попытки растянуть, сжать или перекрутить ее кончались одним — резина разлеталась в пыль. Но самое поразительное было впереди. Испытав множество веществ, ученый дошел до ртути. При комнатной температуре ртуть жидкая, но уже при минус 39 градусов она затвердевает, и ее можно ковать, резать, прокатывать. Камерлинг-Оннес заморозил немного ртути, вытянул ее в проволочку и поместил в сосуд с жидким гелием. Комплекс испытаний показал, что ртуть ведет себя так же, как и любой другой металл. Но так было только до тех пор, пока ученый не стал измерять ее электрическое сопротивление. Сопротивления не было! Снова и снова пораженный ученый снимал показания приборов, ломая голову, где же он мог ошибиться. Но наконец пришлось смириться с сумасшедшим фактом: ртуть, помещенная в жидкий гелий, не оказывала электрическому току никакого сопротивления. Ток днями, неделями продолжал течь по проволоке, хотя его ничто не питало извне, и величина его ничуть не убывала.

Уже около двухсот лет ученые твердо знали, что вечный двигатель — это химера, абсолютно невозможное и ненаучное явление. И тем не менее, ток, текущий по проводнику без сопротивления, а следовательно могущий течь вечно, начисто опровергал это устоявшееся мнение, заставляя верить в сверхъестественное, чуть ли не в мистику. В конце концов Камерлинг-Оннес написал о своем открытии коллегам из города Утрехта. Надо думать, ученый испытывал большое смущение, когда брался за перо, представляя, с какими чувствами коллеги воспримут это сообщение. И действительно, ответ из Утрехта, хотя и составленный в вежливой форме, между строк содержал совет хорошенько следить за аппаратурой и не морочить голову серьезным людям, а главное, не гнаться за дешевыми сенсациями. Таким образом, первым результатом открытия было то, что Камерлинг-Оннес заработал репутацию шарлатана. Тогда он взял сосуд с жидким гелием, поместил туда свернутую в кольцо проволочку, возбудил в ней электрический ток и сел в поезд. И пришлось утрехтским коллегам самолично убедиться, что ток в проволочке течет как ни в чем не бывало. Произошло это в 1911 году.

Это явление назвали сверхпроводимостью. Какая же разница между сверхпроводимостью и просто проводимостью? Вспомним электронный газ, образованный свободными электронами, оторвавшимися с наружных орбит атомов. В обычном состоянии они беспорядочно мечутся среди атомов, то влетая в сферу притяжения какого-либо ядра, то снова покидая его. Но вот провод подключен к электросети. Толпа электронов начинает перемещаться вдоль него. Однако хаотичность движения сохраняется: электроны наталкиваются на атомы, мешают друг другу. Это и является причиной электрического сопротивления. И чем температура выше, тем больше беспорядок среди электронов, тем значительнее сопротивление. А когда температура падает чуть ли не до абсолютного нуля? Теория сверхпроводимости считает, что в этом случае электроны не мечутся беспорядочно, а начинают двигаться все «в такт», как солдаты в строю. И тогда сопротивление их движению исчезает.

Использование сверхпроводимости открывало ошеломляющие перспективы, и первыми «изобретателями» стали... писатели-фантасты. Какие только приборы, основанные на этом явлении, они не наизобретали! Достаточно вспомнить хотя бы фантастический роман А. Казанцева «Пылающий остров». Писатель нашел много интересных и остроумных применений сверхпроводящим материалам, в частности сверхаккумуляторы... Впрочем, не буду пересказывать этот роман, лучше прочтите его сами, если до сих пор не читали.