От низких температур вблизи абсолютного нуля до чрезвычайно высоких температур, необходимых для синтеза атомных ядер, – таков огромный диапазон неутомимой многолетней работы академика Капицы.

Петр Леонидович Капица родился 9 июля 1894 года в Кронштадте в семье военного инженера, генерала Леонида Петровича Капицы, строителя кронштадтских укреплений. Мать – Ольга Иеронимовна, урожденная Стебницкая, филолог, специалист в области детской литературы и фольклора, оставила заметный след в истории русской культуры.

В 1905 году Петр начал учебу в гимназии, но через год из‑за неуспеваемости (ему плохо давалась латынь) покидает ее и продолжает учебу в Кронштадтском реальном училище, которое окончил с отличием в 1912 году. Однако на физико‑математический факультет Петербургского университета «реалистов» не брали, поэтому Капица поступает на электромеханический факультет Петербургского политехнического института (ППИ). Уже на первых курсах на него обратил внимание А.Ф. Иоффе, преподававший в институте физику. Он привлек Капицу к исследованиям в своей лаборатории.

В 1914 году Петр уехал на летние каникулы в Шотландию для изучения английского языка. В августе начинается Первая мировая война и вернуться в Петроград ему удается лишь в ноябре.

В январе 1915 года он добровольно отправляется на Западный фронт водителем санитарного автомобиля в составе санитарного отряда Союза городов. До мая того же года Петр на польском фронте перевозил раненых на грузовике.

В 1916 году после демобилизации из армии Капица вернулся в институт. Иоффе привлек его к экспериментальной работе в физической лаборатории, руководимой им, а также к участию в своем семинаре – одном из первых физических семинаров в России. В том же году в «Журнале русского физико‑химического общества» появилась первая статья Капицы.

В 1916‑м Капица женился на Надежде Кирилловне Черносвитовой, дочери К.К. Черносвитова, члена ЦК партии кадетов.

В 1918 году в невероятно трудных условиях Иоффе основал в Петрограде один из первых в России научно‑исследовательских физических институтов. Капица был одним из первых сотрудников этого института, сыгравшего очень важную роль в развитии советской экспериментальной, теоретической и технической физики. Закончив в том же году Политехнический институт, Петр был оставлен в нем в должности преподавателя физико‑механического факультета.

В сложной послереволюционной ситуации Иоффе всеми силами стремился сохранить семинар и своих учеников – молодых физиков, среди которых был и Капица. Он настаивал на том, что Капице необходимо отправиться за границу, но революционное правительство не давало на это разрешения, пока в дело не вмешался Максим Горький, самый влиятельный в ту пору русский писатель. Наконец Капице позволили выехать в Англию. Незадолго до этого Петр во время эпидемии гриппа – «испанки» в течение месяца потерял отца, сына, жену и новорожденную дочь.

22 мая 1921 года молодой ученый прибыл в Англию в качестве члена комиссии Российской академии наук, направленной в страны Западной Европы для восстановления научных связей, нарушенных войной и революцией. 22 июля Капица начал работать в Кавендишской лаборатории, руководитель которой, Резерфорд, согласился принять его на краткосрочную стажировку. Экспериментальное мастерство и инженерная хватка молодого русского физика сразу производят на Резерфорда сильное впечатление.

О своей работе ученый писал так: «Сперва выполнил работы по альфа– и бета‑излучению, затем разработал метод получения сильных магнитных полей и в последние годы, занявшись низкими температурами, разработал метод получения жидкого гелия с помощью поршневого детандера».

Темой его докторской диссертации, которую он защитил в Кембридже в 1922 году, было «Прохождение альфа‑частиц через вещество и методы получения магнитных полей».

Научный авторитет Капицы быстро рос. В 1923 году он стал доктором наук и получил престижную стипендию Максвелла. В 1924 году русского ученого назначили заместителем директора Кавендишской лаборатории по магнитным исследованиям, а через год он стал членом Тринити‑колледжа.

В 1925 году в Париже академик Алексей Николаевич Крылов познакомил Капицу со своей дочерью Анной, которая жила тогда с матерью в столице Франции. В 1927 году Анна Алексеевна стала женой Капицы. После женитьбы Капица купил небольшой участок земли на Хантингтон‑Роуд, где построил дом по своему плану. Здесь родились его сыновья Сергей и Андрей. Оба они впоследствии стали учеными.

Для исследования процессов радиоактивного распада и превращения ядер требовались сильные магнитные поля. Капица выдвинул идею проводить исследования в импульсных магнитных полях, разработал оригинальные методы и установки для получения таких полей. На своей установке Петр Леонидович получил рекордные по тому времени магнитные поля – в 6–7 тысяч раз превосходившие все прежние. Создание небывалых дотоле магнитных полей надолго сделало его, по выражению Ландау, «магнитным чемпионом мира».

Изучая свойства металлов в сильных магнитных полях, Капица пришел к необходимости проведения исследований в условиях возможно более низких (гелиевых) температур.

Именно с физикой и техникой низких температур связаны наиболее яркие достижения ученого. Но проводил исследования по этой теме ученый уже в СССР.

Советские официальные лица неоднократно обращались к нему с просьбой остаться на постоянное жительство в СССР. Петр Леонидович относился с интересом к таким предложениям, но выставлял определенные условия, в частности, свободу поездок на Запад, из‑за чего решение вопроса откладывалось.

В конце лета 1934 года Капица вместе с женой в очередной раз приехали в Советский Союз, но, когда супруги приготовились вернуться в Англию, оказалось, что их выездные визы аннулированы. Позднее жене было разрешено вернуться в Англию к детям, и вскоре Анна Алексеевна присоединилась к мужу в Москве, а вслед за ней приехали и дети. Резерфорд и другие друзья Капицы обращались к советскому правительству с просьбой разрешить ему выезд для продолжения работы в Англии, но тщетно.

В 1935 году Капице предложили стать директором вновь созданного Института физических проблем Академии наук СССР. Петр Леонидович поставил условием покупку оборудования, с которым он работал в Англии. В конце концов, Резерфорд, смирившись с потерей своего выдающегося сотрудника, позволил советским властям купить оборудование лаборатории Капицы.

Дав согласие, Петр Леонидович с семьей поселился тут же, на территории института, в особняке из нескольких комнат. Возвращение Капицы на родину совпало со сталинскими чистками. Петр Леонидович, обладавший необычайно высоким авторитетом, смело отстаивал свои взгляды даже в это тяжелое время. Он знал, что в стране все решает высшее руководство. С этим руководством он и стал вести прямой и откровенный разговор. С 1934 по 1983 год ученый написал более 300 писем «в Кремль» (Сталину – 50, Молотову – 71, Маленкову – 63, Хрущеву – 26). Благодаря его вмешательству, от гибели в тюрьмах и лагерях в годы сталинского террора были спасены многие ученые.

В 1972 году, когда властями был инициирован вопрос об исключении из Академии наук Андрея Дмитриевича Сахарова, против этого выступил один только Капица. Он сказал: «Аналогичный позорный прецедент уже был. В 1933 году фашисты исключили из Берлинской академии наук Альберта Эйнштейна».

Но каковы бы ни были условия жизни, Петр Леонидович никогда не прекращал научную работу. На установке, доставленной в Москву из Кавендишской лаборатории, Капица продолжал исследования в области сверхсильных магнитных полей. В опытах участвовали его кембриджские сотрудники, прибывшие на время в Москву, – механик Пирсон и лаборант Лауэрман. Эти работы заняли несколько лет. Капица считал их очень важными.

Ученый усовершенствовал небольшую турбину, очень эффективно сжижавшую воздух. В созданной им оригинальной установке не требуется предварительное охлаждение гелия: газообразный гелий охлаждается, адиабатически расширяясь в специальном детандере. Теперь в разных странах создаются практически только такие гелиевые установки.

Экспериментальные научные исследования Капицы в области физики низких температур ознаменовались фундаментальным открытием. В процессе изучения свойств жидкого гелия в 1937 году им было открыто явление сверхтекучести. Ранее было известно уникальное свойство гелия, который переходит в жидкое состояние при температуре 4,2°K, оставаясь жидким при более низких температурах вплоть до абсолютного нуля. Было также известно, что при температуре 2,19°K скачкообразно меняется теплоемкость жидкого гелия (точнее, изотопа гелия с атомным весом 4). В чрезвычайно изящных экспериментах, наблюдая протекание жидкого гелия через капилляры и узкие щели (шириной до полумикрона), Капица показал, что у этой жидкости при температурах ниже 2,19°K полностью отсутствует вязкость.

В работах 1937–1941 годах были обнаружены и изучены другие аномальные явления в жидком гелии, в частности, распространение тепла в нем. Было показано, что в интервале температур от 4,2 до 2,19°K гелий ведет себя как обычная жидкость, а при температуре ниже 2,19°K в его поведении проявляются аномалии. Петр Леонидович приходит к выводу о сосуществовании в таком гелии двух жидкостей – нормальной и аномальной (сверхтекучей), которые могут двигаться как бы сквозь друг друга.

Эти и другие совершенно необычные свойства жидкого гелия оказалось возможным объяснить только в рамках квантовотеоретических представлений. Экспериментальные работы Капицы стали основой развития нового направления – физики квантовых жидкостей.

После начала войны Институт физических проблем эвакуировался в Казань. По прибытии на место его разместили в помещениях Казанского университета. В тяжелое время Капица создал самую мощную в мире турбинную установку для получения в больших масштабах необходимого промышленности жидкого кислорода.

В 1945 году в Советском Союзе активизировались работы по созданию ядерного оружия. Отказ Капицы участвовать в создании атомной бомбы привел к его отставке и отстранению от научной работы. Капица был смещен с поста директора института и в течение восьми лет находился под домашним арестом. Он был лишен возможности общаться со своими коллегами из других научно‑исследовательских институтов. У себя на даче Петр Леонидович оборудовал небольшую лабораторию и продолжал заниматься исследованиями.

Здесь он заложил основы нового направления – электроники больших мощностей, ставшей первым шагом на пути овладения термоядерной энергией. Но продолжить полномасштабные работы в этой области ученый смог лишь после того, как вернулся в свой институт в 1955 году. Там он и занялся исследованием высокотемпературной плазмы. Сделанные Капицей открытия легли в основу разработки схемы термоядерного реактора непрерывного действия.

Послевоенные научные работы Капицы охватывают самые различные области физики, включая гидродинамику тонких слоев жидкости и природу шаровой молнии, но основные его интересы сосредоточиваются на микроволновых генераторах и изучении различных свойств плазмы.

В 1965 году, впервые после более чем тридцатилетнего перерыва, Капица получил разрешение на выезд из Советского Союза в Данию для получения Международной золотой медали Нильса Бора. Там он посетил научные лаборатории и выступил с лекцией по физике высоких энергий. В 1969 году ученый вместе с женой впервые совершил поездку в Соединенные Штаты.

17 октября 1978 года Шведская академия наук направила из Стокгольма Петру Леонидовичу Капице телеграмму о присуждении ему Нобелевской премии по физике за фундаментальные исследования в области физики низких температур. Эту весть Капица получил в подмосковном санатории «Барвиха», где он отдыхал с женой. Среди вопросов, заданных академику журналистами, был и такой: какое свое научное достижение он считает самым значительным? Капица сказал, что для ученого всегда наиболее важна та работа, которой он занимается в данный момент. «У меня такая работа относится к термоядерному синтезу», – добавил он.

Стокгольмская лекция Капицы была необычной уже потому, что вопреки уставу Нобелевского фонда не была посвящена отмеченным Нобелевской премией работам. Лекция называлась «Плазма и управляемая термоядерная реакция».

Капица объяснил причину допущенной вольности. Он сказал: «Выбор темы для нобелевской лекции представлял для меня некоторую трудность. Обычно эта лекция связана с работами, за которые присуждена премия. В моем случае эта премия связана с моими исследованиями в области низких температур, вблизи температуры сжижения гелия, т е. нескольких градусов выше абсолютного нуля. По воле судеб случилось так, что от этих работ я отошел уже более 30 лет назад, и, хотя в руководимом мною институте продолжают заниматься низкими температурами, я сам занялся изучением явлений, происходящих в плазме при тех исключительно высоких температурах, которые необходимы для осуществления термоядерной реакции. Эти работы привели нас к интересным результатам, открывающим новые перспективы, и я думаю, что лекция на эту тему представляет больший интерес, чем уже забытые мною работы в области низких температур. К тому же, как говорят французы, les extremes se touchent (крайности сходятся). Хорошо известно, что в данное время управляемая термоядерная реакция представляет большой практический интерес, так как этот процесс мог бы наиболее эффективно решить проблему надвигающегося глобального энергетического кризиса, связанного с истощением запасов сырья, используемого теперь как источник энергии».

Умер Капица 8 апреля 1984 года, немного не дожив до девяноста лет.