中外科学家发明家丛书:卡皮察-第2章
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克斯韦奖学金。奖学金的获得很有趣。在卡皮察的信中说：
“昨天被授予哲学博士学位……这一时刻对我来说竟如此珍贵，以至我
几乎都囊空如洗，身无分文了。幸好 ‘鳄鱼’借给我钱，我才能去休假。今
年麦克斯韦奖学金有空额，它每3年发放一次，奖给实验室工作中的优秀者，
获得这种奖金被认为是莫大的光荣。星期一，是呈交申请的最后一天， ‘鳄
鱼’把我叫到他那里并问我，为什么我不申请奖学金。我回答说，我认为自
己现在所得到的，已经完全足够了，作为一个外国客人，应该俭朴些。他对
我说，我的外国人身份丝毫不影响获得奖学金，对于我这个似同候鸟似的人
来说，这不起任何作用。但显然， ‘鳄鱼’未能理解我的心情，因此我们不
欢而散。我的拒绝，当然使他很难堪，也把他得罪了，尽管这样，我仍觉得
我做得对。但是，我内心总有些对不起的感觉，觉得我委屈了 ‘鳄鱼’，他
对我无比友好。”
“在他动身前（他外出休息一个月），我在走廊里遇到了他。我刚刚在
授予学位的仪式结束后返回，我直截了当地问： ‘卢瑟福教授，您有没有发
现，我显得聪明些了？’ ‘为什么您会显得聪明些呢？’他对这个有些不寻
常的提问大感兴趣。‘我刚刚被授予博士学位，’我回答说。他立刻祝贺我，
并说： ‘对，对！您看上去聪明多了，何况您还理了发。’他说完就哈哈大
笑起来。”
“在‘鳄鱼’面前这种狂妄行为，一般来说是很冒险的，因为在大多数
情况下，他毫不客气地就让你滚蛋，而在全实验室中，好像只有我一个人敢
冒险在他面前这么胆大妄为。但是一切都平安过去了，这表明，我们之间的
关系一切顺利。总之，我大概不止一次使得他措手不及，他起初茫然失措，
但后来立刻让你滚蛋。年轻人对他的这种态度，一定使他很不习惯。而我，
当然无数次得到他诸如 ‘傻瓜’、‘蠢驴’等等之类的恭维话。但是现在他
已经稍稍习惯了。虽说大多数在实验室工作的人仍然迷惑不解，这种玩笑怎
么可能呢？但是，当 ‘鳄鱼’猛然间被窘住，一时间连话都说不出来时，我
就觉得特别好笑……”
“‘鳄鱼’向我重提那件奖学金的事……我投降了，并呈交了申请书……
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这笔奖金对我正是时候。”
卡皮察就这样得到了克列克·麦克斯韦奖学金，同时，也得到了许多祝
贺。
当卡皮察开始着手实现自己测定α—粒子磁矩的计划时，利用线圈和铁
心组成的电磁铁获得了强磁场。强度极限为5万奥斯特。由于铁心的电磁饱
和现象，强度不能再高于这个数值了。达到饱和极限之后，无论通过电磁铁
的电流怎样加大，磁场强度并不增加。
卡皮察走的是另一条路子。他采用了螺线管，即没有铁心的线圈。解决
的方法是一种很新颖奇特的想法——不用恒量磁场，即长期存在的磁场。卡
皮察的设想是获得一个力量极强的短时间的脉冲场。磁场强度增长的极限很
快就达到了。在电流强度增加时，螺线管开始熔化。卡皮察制成的螺线管线
圈能承受几万千瓦的电力，但是只在百分之一秒的时间之内，在这极短的瞬
间，线圈烧热到100度。如果试验持续进行一秒钟，那么线圈将热到一万度
而熔化了。在百分之一秒的时间内，可以观察到在静磁场中发生的一切现象。
为了记录这些现象，需要有比人的感觉器官灵敏得多的专门装置，但在当时
却没有这种设备。因此，当卡皮察从事测定α—粒子脉冲时，就显得很奇怪
了。
在第一批实验中，卡皮察利用他制作的小容量蓄电池作电源，在几分钟
时间内可以给其充电，而后经过螺线管短时间闭路。在短路瞬间，电流强度
达7000安培，而在直径约为2厘米的螺线管容积中，磁场强度10万奥斯特。
但是用蓄电池无法获得高得多的电流强度。因此，在以后的实验中，用高功
率发电机取代了蓄电池。这台脉冲型发电机也是由卡皮察参与设计的。即使
在现代，在一些专门领域，主要是在试验强大的高压开关方面仍然得到运用。
螺线管结构的深入研究及其制造与许多巨大困难和危险密切相关，并且
经历了一次次失败。最后，卡皮察开始用铜和镉的合金制作线圈，这种合金
比纯铜要坚固得多。
现在，在物理问题研究所宽敞的磁厅中，还引人注目地陈列着卡皮察的
装置——大功率发电机和螺线管。
强磁场实验的成功使卡皮察得出一个结论，用短时间存在的磁场进行实
验是很吸引人的。用自己的装置，卡皮察获得了强度为30万奥斯特的磁场，
而以后在莫斯科继续进行实验时，获得的磁场强度为50万奥斯特，比以往任
何时候用电磁铁所获得的磁场都要大一个数量级。
卡皮察在卢瑟福的关注下，实现了实验研究方法中的技术革命。大型的
卡皮察装置，研究工作的原则本身，不仅对卢瑟福及其同事们，而且对访问
剑桥的其他科学家产生了强烈的印象。著名美国数学家诺贝特·维纳在自己
的回忆录中，写道：“在剑桥毕竟还有一个用最新技术设备装备起来的贵重
实验室。我这里是指俄国物理学家卡皮察的实验室，他制造了一台专用大型
发电机，能短时间短路，通过又重又大的电线，输出强电流；电线就像条发
怒的大蛇，发出咝咝的声音，吱吱地响个不停，而在周围空间产生了一个极
强的磁场……卡皮察在建立有大型设备的实验室工厂方面是个开路先锋。”
1922到1923年间，卡皮察先后发表了20余篇有关超强力磁场的论文。
这是他学术研究成绩卓著的一年，卢瑟福及其他英国物理学家给予他很高的
评价。1924年，卡皮察被任命为剑桥大学卡文迪许实验室主任在磁研究方面
的助手。在实验室里，卢瑟福做实验，方法简便，效果很好。卡皮察从中得
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到很大启发，卢瑟福成了卡皮察的良师益友。在这以前，他已经给大学生讲
课。
卡皮察多次离剑桥去法国、德国、比利时、荷兰参加有关物理学的各种
国际会议和学术讨论。他参加了1930年和1933年在布鲁塞尔举行的索尔维
国际大会。卡皮察作了报告，谈到了进一步研究磁性现象的实验技术发展问
题，出席了 《原子核的结构和特性》的专题讨论。
1926年，卡皮察来到巴黎，认识了住在巴黎的前苏联姑娘安娜，后来安
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�
