Все это вроде бы не имело ни малейшего отношения к гелию, который продолжал оставаться жидкостью, а значит, по логике, еще не исчерпал своих «классических возможностей».
На самом же деле — как раз наоборот. Все вещества затвердевают прежде, чем их квантовые свойства проявляются в достаточной степени. Один лишь гелий потому и не затвердел, что он, будучи еще жидкостью, «успел» стать «квантовой жидкостью» (пусть это не покажется тавтологией — в словах этих заключен глубокий физический смысл), А квантовая жидкость подчиняется уже своим квантовым законам и, следовательно, не обязана затвердевать даже при абсолютном нуле.
«Квантовая жидкость» — не слышится ли нечто противоестественное в таком сочетании слов? В самом деле, квантовая механика по самому своему определению ведает микромиром. Ее законам подчиняются микрочастицы и некоторые их сообщества, а точнее — их поведение, микропроцессы, происходящие как с ними, так и между ними. А квантовая жидкость — это ведь заведомо макрообъект, видимый, так сказать, невооруженным глазом.
То есть квантовым объектом нежданно-негаданно оказалось не собрание микрочастиц, а весь жидкий гелий во всем своем макрообъеме. Таково первое противоречие или неясность, несуразность. А отсюда вытекает и второе. Известно, что частицы, подчиняющиеся законам квантовой механики, так выглядят и так себя ведут, что их вид и поведение невозможно ни представить — нам с нашим умом и зрением, воспитанными на классике,— ни описать классическим, то есть «понятным» способом. А жидкий гелий? Представлять себе в этом случае нет нужды — можно своими глазами видеть гелий и наблюдать его поведение.
И если вид гелия поначалу не очень смутил получивших его впервые голландцев, то «не такое» поведение его сразу настораживало. Сперва это были непонятные отклонения от привычных закономерностей, заставлявшие снова и снова проверять приборы и методику измерений. Потом появилось уже нечто из области «не верь глазам своим». Жидкий гелий оказался великим фокусником и иллюзионистом. И наблюдавшим это физикам все чаще приходилось повторять: «Не может быть!», «Что за чертовщина!»
Значит недаром показалось странным словосочетание «квантовая жидкость». Не случайно почудилось противоречие даже в самом соседстве двух этих слов...
Камерлинг-Оннес, продолжая нелегкие игры с гелием, чтобы принудить его стать кристаллом, упустил из виду некоторые странности, нелогичности, которые показывали приборы, или не обратил на них должного внимания, не придал им значения.
Один сигнал — правда, не очень громкий — гелий подал в 1911 году: почему-то плотность жидкости имела небольшой пик, небольшой максимум при температуре 2,2°К. Камерлинг-Оннес этот факт отметил — и только. Быть может, в ту пору внимание его было поглощено другим феноменом, другой загадкой: исчезновением электрического сопротивления у некоторых сильно охлажденных металлов. Загадка великолепно разрешилась. В том же 1911 году Камерлинг-Оннес открыл сверхпроводимость.
Два года спустя он получил Нобелевскую премию «в связи с его исследованиями свойств тел при низких температурах, приведшими, в частности, к получению жидкого гелия»; последний стал необходимым участником работ при сверхнизких температурах.
Пройдет много лет, и физики поймут, что в поведении жидкого гелия и сверхпроводящего металла, а точнее, в тех внутренних, интимных процессах, которые там совершаются, есть нечто сходное.
Законченная теория сверхпроводимости была создана почти полвека спустя после открытия Камерлинг-Оннеса. На определенном этапе этого долгого продвижения к истине весьма плодотворно потрудился и Ландау. А некоторую общность сверхпроводимости с поведением жидкого гелия Ландау отметил уже в своей первой — главной — работе о гелии.
...Гелий продолжал владеть мыслями голландских физиков. Никакой из доступных им способов воздействия, исследований, измерений не был забыт, упущен. Как и положено, измерялись различные физические характеристики жидкого гелия. И каждый раз в окрестностях загадочной температуры 2,2°К обнаруживались аномалии — экспериментальные точки «выскакивали» из плавной кривой.
Снова и снова появлялся максимум плотности гелия при этой температуре. Было ясно, что ошибки в экспериментах нет. Но по-прежнему какое-либо объяснение не приходило в голову.
И однажды прозвучал еще один сигнал. Крайне странно повела себя теплоемкость жидкого гелия — и опять при той же температуре. В этой точке она круто взметнулась вверх. А затем при дальнейшем охлаждении почти так же резко стала падать. И вообще движение к абсолютному нулю сопровождалось такой патологией в поведении кривой теплоемкости, что Камерлинг-Оннес и его сотрудники, надо думать, приписали ее каким-то внешним причинам — сложностям и неточности самих экспериментов, ошибкам в показаниях приборов, а значит, и в результатах измерений. Так или иначе, опубликованы были одни лишь «убедительные и надежные» цифры, относящиеся к температуре выше 2,2°К. То есть выше точки необъяснимого максимума плотности жидкого гелия. Другие даже не упоминались.
Когда в 1926 году, после смерти своего учителя, лейденские физики стали внимательно смотреть результаты его измерений, то оказалось, что Камерлинг-Оннес определял теплоемкость в широком диапазоне температур.
В последние месяцы жизни Камерлинг-Оннес с сотрудником обнаружил еще одну аномалию. На этот раз в поведении скрытой теплоты испарения. И тогда-то впервые — во всяком случае, впервые вслух — была высказана мысль, что, может быть, в этой точке, при этой температуре происходит какое-то превращение с самим жидким гелием.
Теперь голландских физиков все настойчивей стала преследовать мысль, что дело тут совсем не простое, что к этой загадке надо отнестись с предельной серьезностью и вниманием.. Потому что, как предположил Кеезом, «получение преувеличенных значений могло иметь своей причиной... и существование нового явления природы».
Вместе с сотрудниками Кеезом многократно повторяет измерения теплоемкости и получает убедительные стабильные результаты. Действительно, в точке максимума плотности кривая круто уходит вверх. Действительно, в этой точке кривая претерпевает разрыв и начинает почти так же круто падать. Действительно, при более низких температурах теплоемкость жидкого гелия больше, чем она же при температурах выше «роковой точки».
Заинтригованные таким результатом и вообще всей серией упорных, непрекращающихся сигналов о некоем новом явлении, Кеезом и его сотрудники попытались разглядеть или, как говорят физики, визуально определить, не происходит ли чего-нибудь с самой жидкостью в этой точке. И разглядели.
Обнаружилось, что всего на протяжении примерно двух градусов гелий оставался «самим собой». Когда температура его стала 2,2°К (а по более поздним и точным измерениям — 2,19°К), он взбунтовался. Происшедшие с гелием перемены поразили: изменился внешний вид, резко иным стало поведение. (Словно речь идет о человеке, и слова эти — завязка некоего детектива. Последнее, впрочем, довольно близко к правде.) По видимости, это был «бунт на коленях». Только что бурно кипевший гелий присмирел, утих, стал прозрачным, пропали пузыри. Казалось, он вот-вот совсем замрет, полностью успокоится. И затвердеет, как при охлаждении затвердевают все «послушные» жидкости.
Но не тут-то было. Под тихой личиной стали твориться невероятные вещи. Чудеса своеволия по-настоящему теперь только и начались.
Возникает вопрос: почему же опытнейший Камерлинг-Оннес не заметил этих превращений? Оказывается, разглядеть их было не так-то просто. Например, увидеть, кипит гелий или спокоен. Это же не поднять крышку у чайника и посмотреть, кипит — не кипит.
Надо отчетливо себе представить, что коль скоро дело касается жидкого гелия, то каждая процедура превращается в почти неразрешимую проблему. Ведь даже хранение — или сохранение — жидкого гелия тоже задача крайне непростая.
Одно из самых популярных слов в физике и технике низких температур — это сосуд Дьюара, или попросту дьюар.
Жидкий гелий хранится не просто в дьюаре, а внутри целого набора их, наподобие «матрешек» вставленных один в другой. Между дьюарами обычно заливают жидкий воздух, а во внутренний, содержащий уже дьюар с гелием — жидкий водород, как самую холодную после гелия жидкость. Только при такой системе охлаждения гелий не станет сразу же испаряться и с ним можно проводить различные эксперименты.
Но чтобы увидеть его, приходится делать в посеребренных стенках дьюаров смотровые щели, что, естественно, несколько ухудшает теплоизоляцию. Поэтому без крайней нужды их и не делают.
Может быть, это желание — просто посмотреть, не случается ли чего-нибудь с гелием при переходе через температуру 2,2°К,— даже и не возникало, не успело возникнуть у Камерлинг-Оннеса. И лишь несколько позднее ученики его, озадаченные всеми странностями, упорно повторяющимися именно при 2,2°К, пришли к мысли своими глазами взглянуть на то, как поведет себя гелий при критической температуре, скажется ли переход через «особую точку» на его внешнем виде и поведении или не скажется.
Вероятно, метаморфоза, которую наблюдали голландские физики, и стала последней каплей в чаше их терпения и сомнений. Все согласились на том, что гелий выше и ниже 2,2°К — не одно и то же, что это в чем-то существенно различающиеся жидкости.