人物生平
卡皮查（Kapitza,Peter Leonidovich）蘇聯(lián)物理學(xué)家。1894年7月8日生于喀瑯施塔得（1978年卒于蘇聯(lián)。―――譯者）。卡皮查是一個沙皇將軍的兒子，1919年畢業(yè)于列寧格勒工藝學(xué)院。為攻讀研究生，他于1921年赴英國，并在那里生活了十四年。其間，他工作于盧瑟福實驗室，在產(chǎn)生強磁場（雖然是瞬時的）方面居領(lǐng)先地位，并被選為英國皇學(xué)會會員。1934年，在他一年一度回蘇聯(lián)探望他的母親以后，便沒有返回英國。盧瑟福猜測這是一個強制性的拘留，可是卡皮查顯然是自愿留下的�？ㄆげ樽钣忻墓ぷ髋c溫度極低的液態(tài)氦有關(guān)。這是一個首先由卡林－翁納斯提出的課題�？ㄆげ槭茄芯縄I奇異特性的科學(xué)家之一（II是指在絕對零度和2.22K之間的氦。他指出，氦II的粘滯性僅為氫在常溫常壓下的千分之一（氫是粘滯性最小的氣體），因此流動起來比氣體還暢快�？ㄆげ殛P(guān)于II的論文于1941年在莫斯科發(fā)表。這一關(guān)地極低溫度的工作便由朗道繼續(xù)進行。第二次世界大戰(zhàn)期間，卡皮查曾企圖從丹麥營救他的老朋友玻爾，可是英國人先走了一招棋�？ㄆげ槔潇o地拒絕了從事蘇聯(lián)核武器的研究，因而事實上遭到了軟禁。不過在戰(zhàn)后，他又非常積極地從事空間研究。五十年代，卡皮查把部分注意力轉(zhuǎn)到球型閃電上。這是一種使人迷惑的現(xiàn)象。在球型閃電內(nèi)，等離子體（一種高能氣體，其中原子和分子都已離解成帶電的碎片）維持的時間比一般設(shè)想的長得多�？ㄆげ榈姆治錾婕暗今v波，即互相增強，并能維持一個相當(dāng)長的時間的波列。 1978年，卡皮查獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。
其他信息
奇特的經(jīng)歷與杰出的成就蘇聯(lián)物理學(xué)家卡皮查
1978年10月17日，瑞典皇家科學(xué)院從斯德哥爾摩致電蘇聯(lián)莫斯科物理問題研究所，電文中講到：“親愛的卡皮查院士：瑞典皇家科學(xué)院今天決定將1978年的諾貝爾物理學(xué)獎分成兩部分，其中一部分頒發(fā)給您，以表彰您在低溫物理學(xué)領(lǐng)域中根本性的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明�！贝藭r，卡皮查已84歲的高齡了。而他為之獲獎的工作，卻是在將近40年前做出的。到目前為止，在諾貝爾獎頒的歷史上，以此高齡獲獎的還只有卡皮查一個人，這也可以算是諾貝爾獎頒發(fā)史上的一項“極端”的“記錄”吧。有趣的是，卡皮查一生中最重要科學(xué)工作也大多與極端條件的創(chuàng)造和對極端條件下物質(zhì)性質(zhì)的研究相關(guān)。在這些研究中，他將科學(xué)家的才能和工程師的素質(zhì)在自己上奇跡般地熔為一體。在生活中，他那時而一帆風(fēng)順、時而遭遇坎坷的經(jīng)歷更給他蒙上了一層傳奇色彩�？ㄆげ樵f過：“人可以分成三類：一些人站在前列，把他們的能力用于推進科學(xué)、文化和人類的發(fā)展－－他們是進取者。另一些人占絕大多數(shù)，他們在一旁與進步同行，沒有干預(yù)也沒有幫助進步。最后一類人則站在后面，躊躇不前、保守、怯懦而且沒有想象力�！焙翢o疑問，在這種分類中，卡皮查當(dāng)之無愧地屬于第一類人中的佼佼者。一、早年生涯1894年7月9日，彼得·利奧尼多維奇·卡皮查物理學(xué)界的帶頭人物，正致力于發(fā)展有別于俄國傳統(tǒng)的現(xiàn)代物理學(xué)派，他將卡皮查吸收到自己領(lǐng)導(dǎo)的物理實驗室中。
1916年，卡皮查一篇題為“渥拉斯頓纖維的制備”的論文發(fā)表在《俄國物理和化學(xué)學(xué)會會刊》上。一反傳統(tǒng)，他采用電解的方法，對制備工藝進行了改進。這項工作首次展示了卡皮查在工藝方面的出眾才華。除此之外，他還采用了一種異常簡單的方法來制造很細的石英纖維：僅僅是用一張弓把蘸了熔化了的石英的箭射到一塊天鵝絨上，拉出來石英纖維就隨之在空氣中凝固。對此技藝，他自己非常得意，在后來經(jīng)常對學(xué)生們津津樂道。
1918年，卡皮查大學(xué)畢業(yè)，留在彼得堡工學(xué)院物理和力學(xué)系任講師，同時也成了約飛在彼得格勒建立的物理技術(shù)研究所中的研究人員。他與約飛的關(guān)系也愈發(fā)密切了。此時，國內(nèi)的經(jīng)濟日益困難，到秋天時，每日配給的面包只有50克，根本填不飽肚子，冬季幾乎沒有燃料取暖，一部分教授和講師紛紛移居國外。就是在這樣的情況下，約飛仍設(shè)法留住了包括皮查在內(nèi)的一批優(yōu)秀弟子，并組織和主持了一個研討班。在研討班上，他們討論了各種物理問題，大家毫無拘束地交流各種觀點，經(jīng)常持續(xù)到深夜。其中，弗倫克耳曾詳盡地介紹了英國物理學(xué)家盧瑟福（E.Rutherford）在原子核研究方面的驚人發(fā)現(xiàn)。但此時卡皮查卻絕沒有想到未來自己會與這個偉人結(jié)下不解之緣。
1919年，卡皮查提出了一個設(shè)想，可以用彎曲的晶體來使X光光束聚焦。直到10多年后，才又有人在似乎不知道卡皮查論文的情況下，描述了同樣的想法，并使之實現(xiàn)。1920年，卡皮查和他的同事謝苗諾夫（N.N.Semenov，1956年諾貝爾化學(xué)獎獲得者）一道又提出了一個用實驗方法來測量原子磁矩的設(shè)想：在原子束通過一個很強的非均勻磁場時，觀察原子束的離散。這篇文章直到1922年才發(fā)表，但在從文章送交到發(fā)表之間的這段時間里，德國物理學(xué)家斯特恩（O.Stern）和格拉赫（W.Gerlach）也提出了本質(zhì)基本相同的方法，并付諸實驗。由于這一實驗為空間的量子化提供了證明，1943年，斯特恩獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。盡管卡皮查的這些想法是領(lǐng)先和獨創(chuàng)性的，但由于當(dāng)時俄國國內(nèi)物資極度缺乏，不僅沒有必要的工具和儀器，甚至連普通的裸線都很難弄到，因此，卡皮查未能及時地把這些想法變成現(xiàn)實也就不足為怪了。當(dāng)然，這是很令人遺憾的。
就在此時，一場災(zāi)難落到了卡皮查頭上。在內(nèi)戰(zhàn)的動亂中，傳染病流行，先是他的兒子患猩紅熱去世，緊接著，他的妻子和女兒又雙雙死于正在彼得格勒肆虐的西班牙流感。大約與此同時，他的父親也死于流感。這一串的打擊使卡皮查悲痛得不知所措，無法再繼續(xù)他的研究工作，也徹底地改變了他后來生活的道路。
1920年11月，約飛成為俄國科學(xué)院院士。在他的努力下，一個名為“蘇聯(lián)科學(xué)院恢復(fù)與其它國家聯(lián)系委員會”的機構(gòu)成立了。委員會的另一位重要員是著名的航海工程師和應(yīng)用數(shù)學(xué)家克里洛夫（A.N.Krylov）院士，他后來成了卡皮查的第二個岳父。這個機構(gòu)可以自由地用外幣在國外購買科學(xué)儀器，并得到了據(jù)列寧專門指示而撥出的一筆專款。不過，此機構(gòu)另一項不公開的任務(wù)要向國外的學(xué)者們解釋在新制度下蘇聯(lián)的科學(xué)政策。約飛和克里洛夫都相當(dāng)了解和珍惜卡皮查的科學(xué)天賦，所以他們讓卡皮查也加入進來，希望到海外旅行或許能幫助他擺脫痛苦。但是，當(dāng)時德國、法國和荷蘭等國都不愿冒險接受一個或許是共產(chǎn)主義鼓動者的年輕人，所以，1921年3月，約飛只好先行到了柏林。在那里，經(jīng)過一番疏通，約飛為卡皮查搞到了去英國的簽證。同年5月，卡皮查終于乘船到達了他的第二故鄉(xiāng)英國。二、劍橋歲月1921年6月初，卡皮查等到了從漢堡乘船前來倫敦的約飛，他們一同開始了在英國的科學(xué)訪問。6月12日，他們訪問在劍橋工作的物理學(xué)家盧瑟福時，受到了熱烈的歡迎。盧瑟福是一個名望卓著的物理學(xué)家。在他所取得的成就中，三項最重要是：提出放射性元素衰變理論、提出原子有核結(jié)構(gòu)模型，以及用（粒子轟擊某些元素而實現(xiàn)人工核嬗變。當(dāng)時，在盧瑟福領(lǐng)導(dǎo)下的劍橋開文迪許實驗室也成為世界上實驗放射性研究、原子物理學(xué)和原子核物理學(xué)研究的中心�？ㄆげ樽匀幌Ｍ苡袡C會在此繼續(xù)深造，并一展身手。約飛對此也沒有意見。關(guān)于卡皮查向盧瑟福提出這一申請，有一段廣泛流傳、膾炙人口的故事。因為當(dāng)時盧瑟福說，實驗室已經(jīng)過分擁擠，無法再接受卡皮查的申請了。讓盧瑟福驚訝的是，卡皮查機智地問了一個似乎不相干的問題：“在您的實驗中誤差通常是多少？”盧瑟福回答說：“大約百分之二到百分之三”。卡皮查馬上指出，開文迪許現(xiàn)有大約30個研究人員，再多一個人也不會被注意到，因為這是在誤差范圍之內(nèi)！就這樣，卡皮查終于說服盧瑟福將自己留了下來。一年后，當(dāng)卡皮查再次問盧瑟福為什么接納他時，盧瑟福爽朗地在笑道：“我也不知道當(dāng)時為什么同意，但我很高興這樣做了”。
新來開文迪許實驗室工作的人，通常要在查德威克（J.Chadwich）的指導(dǎo)下進行一兩個月的工作實踐，以熟悉各種有關(guān)的技能，但由于卡皮查的刻苦勤奮和技能超群，只用了兩個星期，查德威克就很滿意地讓他通過了課程。當(dāng)然，在開文迪許實驗室，對卡皮查影響最大的，還是盧瑟福本人。這一點在他從劍橋寄給母親的信中清楚地表達了出來。1921年8月，他寫道：……昨天我初次就一個科學(xué)研究課題和盧瑟福教授談了話。他很和藹，把我?guī)У搅怂姆块g，并給我看他的儀器。盡管他有時暴躁，但他肯定有某種引人之處。在10月份，卡皮查寫到：……盧瑟福對我越來越親切。他見到我時，便向我點頭致意，并詢問我的生活情況，但我有點害怕他。我正好在他的書房隔壁工作。這很不妙，因為我吸煙必須要小心，如果他看到我嘴里叼著煙斗，那可就糟了。不過感謝上帝，他走路腳步很重，我可以從腳步中區(qū)分是他還是別人�？ㄆげ樵诼牨R瑟福和查德威克等人講課的同時，在盧瑟福的建議下，于8月初就開始了對α粒子能量變化的研究。這典型地屬于盧瑟本人感興趣的研究課題。以前人們通過對α粒子穿過磁場時的偏轉(zhuǎn)來進行測量，但無法測量低能粒子�？ㄆげ榈霓k法是：采用靈敏的博伊斯（Boys）輻射微熱計，通過測量α粒子穿越物質(zhì)時產(chǎn)生的熱效應(yīng)來研究其能量損耗。這個方案驚人迅速地獲得了成功的結(jié)果。在實驗室中，由于輻射微熱計極其靈敏，甚至可以探測到大約二公里外一只蠟燭的火焰，對百萬分之一度的升溫就有反應(yīng)，所以它要求使用者有超乎尋常的技能。而卡皮查卻巧妙地避免了任何會淹沒實驗結(jié)果的偏離效應(yīng)。9個月后，他就已完成了一篇論文，經(jīng)盧瑟福審閱，很快就發(fā)表在《皇家學(xué)會會刊》上，此時，卡皮查可以說真正地成了盧瑟福的學(xué)派中的一員。這篇論文的開頭標明為：第一部分。然而，再沒有什么第二部分問世。因為卡皮查的頭腦已完全為另一個新想法所占據(jù)了。這就是，通過測量α粒子在磁場中軌跡曲率的變化來研究α粒子速度沿軌道各點的變化。問題在于，α粒子質(zhì)量較大，現(xiàn)有的磁場不足以使其軌道充分彎曲。在用螺線管產(chǎn)生強磁場時，由于電磁產(chǎn)生的熱效應(yīng)，當(dāng)電流超過一定強度，就會將螺線管燒毀，即使采用冷卻的方法，技術(shù)上也有無法克服的困難�？ㄆげ閷鉀Q這一困難的新奇想法是，在百之幾秒時間內(nèi)給螺線管通很大的電流，產(chǎn)生強脈沖磁場，由于通電時間短，電流所生的熱不會破壞線圈。盧瑟福當(dāng)即對此想法產(chǎn)生了興趣，并認為它會成功。于是，卡皮查用一個低容量的蓄電池作為電源，通過讓其和一個螺線管短路來獲得脈沖磁場。在花去了盧瑟福150磅的費用后，僅僅在1922年11月，他就已取得了滿意的成果。一張有三條曲線的照片擺在面前，這三條曲線就是α粒子在磁場中的軌跡。盧瑟福對這三條曲線異常欣喜，實驗室的許多其他人也來參觀照片，并贊不絕口。由于這項出色的工作，卡皮查在劍橋的地位得到鞏固。1923年1月，他被正式認可為攻讀博士的研究生，時間從1921年10月算起，考慮到他在俄國的工作，又減免了一年的學(xué)習(xí)期限。這樣，在1923年6月14日，卡皮查以題為《α粒子在物質(zhì)中的穿越和產(chǎn)生磁場的方法》的論文獲得博士學(xué)位。不過，這也是他最后一項在盧瑟福個人專長的原子核物理學(xué)領(lǐng)域中的研究工作了。他在寫給母親的信中講：遇到盧瑟福時，我問道“盧瑟福教授，你不認為我看上去更聰明些了嗎？”這一有些不同尋常的問話引起了盧瑟福的興趣：“為什么你應(yīng)該看上去更聰明些了呢？”我回答道：“我剛剛變成了博士。”盧瑟福立即向我祝賀，并說“是的，你的確顯得更聰明了，加上你又理了發(fā)”，隨即大笑起來。在開文迪許實驗室，敢于對盧瑟福如此放肆的也許只有卡皮查一個人。但盧瑟福非但毫不介意，反而接著又推薦他，使他獲得了為期三年的麥克斯韋獎學(xué)金，盡管他已取得了博士學(xué)位。
接下來，卡皮查又對他的裝置作了進一步的改進，用一臺特殊設(shè)計的發(fā)電機代替了蓄電池。用此裝置，可以在2立方厘米的體積中獲得高達32萬奧斯特脈沖強磁場，這磁場強度遠遠高于普通磁體所能達到的場強。后來，回到莫斯科后，他又用這臺設(shè)備將記錄提高到50萬奧斯特。雖然脈沖磁場只持續(xù)大約百分之一秒，但這段時間對于研究α粒子已綽綽有余了�？ㄆげ樽约合矚g講兩個與此有關(guān)的小笑話。一個笑話是說，如果知道怎樣利用，百分之一秒就是很長的時間。另一個笑話是說，他是科學(xué)界被付給最高薪水的人，因為他一年總共只工作幾秒鐘。
致力于產(chǎn)生強磁場裝置的工作標志著卡皮查科學(xué)學(xué)生涯中的一個重要轉(zhuǎn)折點。同時也是劍橋的物理學(xué)研究從設(shè)備簡單的實驗走向利用大型、復(fù)雜的現(xiàn)代設(shè)備的一個重要轉(zhuǎn)折點。卡皮查隨后將他的研究方向轉(zhuǎn)向了固體物理。利用這套裝置，他測量了各種金屬在磁場中電阻的變化。他發(fā)現(xiàn)，金屬的電阻率隨磁場的增大是線性增加的。這一現(xiàn)象被稱為“卡皮查線性定律”，直到60年代，隨著金屬理論的發(fā)展，才對此現(xiàn)象有了較好的理論解釋。
照理說，用此裝置可以用替換材料的方法把實驗無限地做下去，不斷地出成果。但卡皮查卻不是這樣的人。他后來在給盧瑟福的一封信中，在評價蘇聯(lián)物理學(xué)家瓦維洛夫（S.I.Vavilov）時，就曾這樣批評瓦維洛夫，說瓦維洛夫一生就靠一套裝置，只變換實驗材料和實驗條件，卻滿足于自己在做科學(xué)工作。卡皮查為了進一步研究金屬在低溫下的性質(zhì)，在30年代初，他已把注意力轉(zhuǎn)向了另一個極端的領(lǐng)域－－低溫技術(shù)。
第一步是建造氫液化器。為了克服在不純的氫氣中，冷卻時雜質(zhì)會堵塞管道的困難，他聰明地采取了這樣一種措施：只在一封閉的循環(huán)系統(tǒng)中使用少量極純的氫氣，用它來冷卻大量的商品氫，并讓雜質(zhì)沉淀到熱交換器底部，以避免堵塞。這臺氫液化器只要20分鐘就可以啟動。
接下來，是建造氦液化器。當(dāng)時，在世界上別處不多幾家能液化氦的實驗室中，在液化氦的過程中都是采用液氫進行預(yù)冷。但氫氣易于爆炸，很不安全，而且用這種方法液化氦程序復(fù)雜，很費時間。人們雖然早就知道，可以利用焦耳－湯姆遜效應(yīng)，采用絕熱膨脹的辦法直接液化氦，但因為在很低的溫度下，所有的潤滑劑都將凝固，活塞的潤滑問題一直地?zé)o法解決。面對這一難題，卡皮查又一次獨出心栽地從沒有辦法的地方想出了辦法：既然潤滑劉不行，干脆就不用潤滑劑！他只是簡單地讓活塞周圍留下面分之幾毫米的縫隙，當(dāng)壓縮活塞時，從縫隙中逸出的氦氣自身便起了潤滑作用。在卡皮查的努力下，1934年，第一臺依據(jù)這種想法制造的氦液化器終于在劍橋誕生了。這臺液化器一直使用了十多年。后來，人們稱這種類型的液化器為卡皮查液化器。它為美國人柯林斯（S.C.Collins）在1947年設(shè)計商用氦液化器奠定了重要的基礎(chǔ)。從此，膨脹機在氦液化器中的應(yīng)用得以開始。
多年后，卡皮查在一篇紀念愛因斯坦的文章中說，對于愛因斯坦，他最為贊賞的是有關(guān)光電效應(yīng)的工作，因為它給出了在射出的電子的能量與普朗克常數(shù)之間極其簡單的關(guān)系�？ㄆげ橐蚕矚g烏克蘭哲學(xué)家斯考沃羅達（G.Skovoroda）的一句名言：“我們必須感謝上帝，因為他以這樣的方式創(chuàng)造世界，使每一件簡章事物都是真的，而每一件復(fù)雜的事物都是假的�！痹诳ㄆげ樽约旱墓ぷ髦�，不論是在工程工藝方面，還是在純科學(xué)方面，也同樣體現(xiàn)了這種對簡單性的追求。當(dāng)然，在他每一項簡單而又有獨創(chuàng)性的想法中，都閃耀著智慧的火花。
由于在科研方面碩果累累，卡皮查在劍橋的地位也越來越高。1924年，他成為開文迪許實驗室的磁學(xué)研究助理主任，1925年成為劍橋大學(xué)三一學(xué)院的研究員。1929年，卡皮查當(dāng)選為英國皇家學(xué)會的會員，這在當(dāng)時對一個外國人來說，是很少能獲得的殊榮。1930年，盧瑟福說服皇家學(xué)會，從蒙德（L.Mond）的遺贈中拿取了15000英磅，專門為卡皮查建造一所從事高場和低溫研究的實驗室，取名為蒙德實驗室，由卡皮查擔(dān)任實驗室主任。實際上，早在1922年，盧瑟福就對卡皮查講過：“如果我有可能為你建立一個專門的實驗室，讓你可以和你自己的學(xué)生在里面工作的話，我將非常高興�！碑�(dāng)蒙德實驗室在1932年正式落成時，人們看到，門口的墻上有一幅鱷魚的浮雕，實驗室里面又有一幅盧瑟福的浮雕。這是卡皮查在以他獨特的方式向盧瑟福表示敬意。其實，卡皮查早就在他給母親的信中把盧瑟福稱為“鱷魚”了。至于為什么起了這樣一個綽號，有過種種不同的說法，其中最有道理的也許還是卡皮查自己的解釋：“在俄國，鱷魚是一家之父的象征，令人贊賞和敬畏，因為它有直挺挺的脖子，無法回頭。它只是張著嘴，一往直前－－就象科學(xué)、就象盧瑟福一樣�！�
在劍橋，卡皮查經(jīng)常在一些講座中介紹自己的研究工作。這些講座也是獨具特色的。例如，他在黑板上寫的內(nèi)容往往與口中講的不一樣。有一次，休恩伯格（D.Shoenberg）在課后請他澄清一下自己聽與筆記中的矛盾之處，卡皮查卻說：“如果我把一切都講清楚，沒有任何矛盾，那就沒有留給你去思考的東西了”。在一次關(guān)通俗性的演講中，他曾這樣講：“我將試圖這樣來表述，讓95%的人聽懂5%的內(nèi)容，讓5%的人聽懂95%的內(nèi)容！”卡皮查還把俄國的傳統(tǒng)帶到了劍橋，成功地組織了一個討論班，人稱“卡皮查俱樂部”。卡皮查自然是永久的主席。他對自己在劍橋留下的這個印跡十分自豪。討論班從1922年10月17日開始第一次會議，參加者缺席兩次便被除名，而且只有在參加者自己作了報告之后，才能成為永久成員�！翱ㄆげ榫銟凡俊睂ν苿觿蛭锢韺W(xué)的發(fā)展起了不小的作用。象玻爾、埃倫菲斯特、弗蘭克、海森伯、考克羅夫特等人，更是討論班中作報告的主角。有時討論的內(nèi)容也會超出于物理學(xué)之外。1934年8月21日，舉行了卡皮查在任的最后一次會議－－第377次會議！隨著卡皮查的離去，討論班由考克羅夫特繼續(xù)負責(zé)主持，又堅持了許多年。
也是在劍橋期間，卡皮查可以經(jīng)常去法國、德國、比利時與荷蘭等國參加各種物理學(xué)會議，其中包括兩次出席在布魯塞爾召開的索爾未會議。1927年4月，他在巴黎結(jié)識了克里洛夫的女兒安娜·阿列克謝耶芙娜（AnnaAlexeevna），兩人當(dāng)即墜入情網(wǎng)，很快就回劍橋結(jié)了婚。1929年，第一個兒子謝爾蓋（Sergei）出生了，他后來成了一個出色的物理學(xué)家和蘇聯(lián)電視臺通俗科學(xué)節(jié)目的主持人；1931年，小兒子安德烈出生，他后來成為一個地理學(xué)家，曾數(shù)次參加南極考察工作，并當(dāng)選為蘇聯(lián)科學(xué)院通訊院士，成了這個家族中的第四代院士。這是一個幸福的家庭，尤其是安娜，一位友人曾評價說：“有些女人生來是妻子，有些女人生來是母親，而安娜既是母親，更是妻子”。
這一切似乎還不夠，卡皮查追求的還要更多。1931年盧瑟福被封以貴族爵位，這件事給卡皮查留下了很深的印象。他甚至曾向一位朋友詢問：“一個外國人可以成為上議院的議員嗎？”
卡皮查正值春風(fēng)得意之時，他多么希望這種一帆風(fēng)順的生活永遠繼續(xù)下去！但就在這時，命運突然和他開了一個不小玩笑。三、回國風(fēng)波當(dāng)卡皮查初到劍橋時，他只打算呆過冬季，然而，一轉(zhuǎn)眼，13年過去了。不過他始終保留著蘇聯(lián)的國籍。就在1929年他當(dāng)選為英國皇家學(xué)會會員時，蘇聯(lián)也把他選為蘇聯(lián)科學(xué)院通訊院士。從1926年起，卡皮查幾乎每年夏天都要回國一次，看望母親，講學(xué)，以及在高加索山或克里木半島度假。他成了一位具有特殊身份的蘇聯(lián)公民，可以自由地來往于英國和蘇聯(lián)之間。從1926年到1931年，幾次邀請分別來自托洛斯基（L.Trosky）、加米涅夫（L.Kamenev）和布哈林（N.Bukharin）。1929年，加米涅夫曾請他擔(dān)任在哈爾科夫建造的烏克蘭物理技術(shù)研究所的顧問，卡皮查雖對此建議有興趣，但他對加米涅夫講，蘇聯(lián)的條件不適合他工作，他在國外工作會對蘇聯(lián)更有貢獻，他可以在夏季回國訪問期間對研究所的工作提出建議。于是，在蘇聯(lián)政府認可之下，卡皮查繼續(xù)保持了他特殊的身份。
1934年8月，卡皮查象往常一些偕夫人回國，先是在列寧格勒參加了門捷列夫大會，又在哈爾科夫講學(xué)。10月初，當(dāng)他與安娜要返回劍橋時，卻被蘇聯(lián)政府告知說，以往的特許不再有效，卡皮查必須留在蘇聯(lián)。幾天后，安娜得到允許，一人回到英國去照看孩子們，并將這一消息帶到了英國。
關(guān)于卡皮查被強行留下的原因，人們眾說紛紜。盧瑟福認為是由于卡皮查曾向朋友夸下海口，說他能改變這個時代電子工業(yè)的整個面貌，而蘇聯(lián)人對純科學(xué)與應(yīng)用技術(shù)的關(guān)系并不十分了解，想留下他為發(fā)展蘇聯(lián)的工業(yè)而工作。休恩伯格提出了另外兩個可能的原因，一是蘇聯(lián)理論物理學(xué)家伽莫夫（G.Gamov）出訪西方時沒有回國，因此蘇聯(lián)采取了這一針鋒相對的舉動；另一原因是蘇聯(lián)的第二個五年計劃要迅速發(fā)展科學(xué)，需要有大量出色的科學(xué)家在國內(nèi)參加工作。美國科學(xué)史家貝達什（L.Badash）還談到，更可信的是因為蘇聯(lián)人懷疑卡皮查在為英國政府進行軍事研究，從而寧愿他回國工作。而且，有文獻證據(jù)表明（盡管不是廣為人知），他的確曾從事過這種工作。
卡皮查被扣的消息傳來后，在英國這一方，盧瑟福馬上開始的頻繁的多方活動，試圖幫助卡皮查重返劍橋。為了保全蘇聯(lián)政府的面子和不引起政府糾紛，一開始活動是在私下進行的。盧瑟福曾寫信給蘇聯(lián)大使麥斯基（I.Maisky），希望蘇聯(lián)政府改變這一決定，但麥斯基回絕了他。盧瑟福也曾寫信給英國首相鮑德溫等。1936年，荷蘭物理學(xué)家開索姆（W.Keesom）等人又發(fā)現(xiàn)，在λ點之下，液氦有極高的導(dǎo)熱性。這一發(fā)現(xiàn)引起了卡皮查的注意。但他卻認為，這種熱傳遞也許是由于液氦極低的粘滯性所導(dǎo)致的對流所造成的。為了證實自己的觀點，卡皮查在1937年設(shè)計了一個簡單的實驗。他使用兩塊很光滑的玻璃片，其間留有極窄的縫隙，以觀察液氦在縫隙中的流動。實驗的結(jié)果表明，在λ點之下的液氦II的粘滯性至少要比在λ點之上的液氦小1500倍，為此，他類比金屬的超導(dǎo)電性，把在λ點之下處于特殊狀態(tài)的液氦稱為“超流體”。這就是液氦超流動性的發(fā)現(xiàn)。事實上，這個巧妙的實驗構(gòu)思正好可以用他后來的一段話作為注腳：“我根據(jù)長期從事實驗工作獲得的經(jīng)驗了解到，正確估計初學(xué)者的能力的最好方法同估價一個成熟的科學(xué)家的能力一樣，都可根據(jù)他發(fā)現(xiàn)一個解決的簡單方法的天然傾向和能力來做出�！�
與此同時，在劍橋蒙德實驗室工作的英國物理學(xué)家艾倫（I.F.Allen）和米森納（A.D.Misener）也用毛細管的方法獨立地得出了相同的實驗結(jié)果。最后，這兩篇重要論文一起發(fā)表在1938年的同一期《自然》雜志上。
在液氦的超流動性發(fā)現(xiàn)后，各國物理學(xué)家在對液氦II的認識和了解方面紛紛取得進一步進展。在這些進展中，很重要者就包括由卡皮查隨后進行的一系列實驗：在液氦II中熱量的流動伴隨著液體的機械流動。在此基礎(chǔ)上，蘇聯(lián)理論物理學(xué)家朗道（L.D.Landau）提出了他關(guān)于液氦二流體理論，并預(yù)言了在液氦中“第二聲”的存在。為此朗道獲得了1962年的諾貝爾物理學(xué)獎。
此外，卡皮查1941年還在實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱量從固體流向液氦II時，在界面處存在有溫度的不連續(xù)，這種現(xiàn)象被稱為“卡皮查界面效應(yīng)”或“卡皮查熱阻”。它成了人們在以后低溫研究中多年關(guān)注的課題。順便可以提到，卡皮查為了培養(yǎng)人才，每年要從莫斯科大學(xué)挑一個優(yōu)秀的畢業(yè)生來物理問題研究所從事研究并完成畢業(yè)論文，我國低溫物理學(xué)家管惟炎1956年曾被卡皮查挑中在物理問題研究所工作，對這一課題進行了深入的研究，并發(fā)現(xiàn)了“反向卡皮查熱阻”。
除了純科學(xué)的研究之外，卡皮查在低溫領(lǐng)域的另一類工作更側(cè)重工程技術(shù)，主要是發(fā)展了新的、可以用于工業(yè)的大規(guī)模廉價簡易液化空氣的方法。1939年他設(shè)計并建成了第一臺液化空氣用的膨脹透平機，用這種機器可以生產(chǎn)大量的商用氧氣，這給低溫技術(shù)帶來了重大的變革。
1941年。納粹入侵蘇聯(lián)，迫使物理問題研究所遷至喀山。在這段期間，卡皮查的工作也有了相應(yīng)的變化。當(dāng)時，在蘇聯(lián)部長會議的領(lǐng)導(dǎo)下成立了一個負責(zé)液氧生產(chǎn)的機構(gòu)，叫氧委員會，卡皮查成為這一機構(gòu)的負責(zé)人。這也是他第一次兼任政府部門的工作。他在戰(zhàn)爭期間研制出世界上功率最大的生產(chǎn)液氧用的透平機，為蘇聯(lián)的工業(yè)提供了急需的大量氧氣。直到1943年物理問題研究所遷回莫斯科時，他還在負責(zé)一所生產(chǎn)氧氣的工廠。為這些工作他還獲得了許多專利。
由于卡皮查的出色成果，他在1939年成為蘇聯(lián)科學(xué)院正式院士。1941年和1943年，他兩次獲得斯大林獎，1943年和1944年獲列寧勛章，為了表彰他在制氧方面的成果，1945年卡皮查獲列寧勛章、“斧頭鐮刀”金質(zhì)獎?wù)�，和社會主義勞動英雄稱號。1964年、1971年、1974年卡皮查又三次獲得列寧勛章，1974年再獲社會主義勞動英雄稱號和“斧頭鐮刀”金質(zhì)獎?wù)�，并多次獲得蘇聯(lián)和國外的多種榮譽獎勵。特別是，1944年，由于在磁學(xué)和低溫領(lǐng)域中的貢獻，卡皮查獲得了美國費城富蘭克林學(xué)院授與的富蘭克林獎?wù)隆？ㄆげ槭堑谝粋�獲得此榮譽的蘇聯(lián)科學(xué)家。在授獎儀式上，卡皮查講道：在我榮幸地接受的這枚獎?wù)律�，鑄有本杰明·富蘭克林的形象，他是自由與民主的偉大斗士，是他那個國家的公仆。從他生活和工作的時代至今，已過去大約200年了。這些年中，我們的生活方式、國家體制、科學(xué)和我們的關(guān)系都發(fā)生了巨大的變化。但是，對于我們來說，富蘭克林為之服務(wù)的偉大人道主義理想是依然不可動搖的。對我們來說，他依然是堅持民主和自由偉大理想的榜樣……。因此，我把這枚鐫有偉大的科學(xué)家和民主戰(zhàn)士的獎?wù)驴闯墒翘K美兩國科學(xué)家在戰(zhàn)時和即將到來的和平時期進一步努力合作的象征。
卡皮查正直無畏的性格
有這樣兩件卡皮查在劍橋的軼事。一件是，當(dāng)卡皮查剛開文迪許實驗室時，盧瑟福曾向他宣布了一條“禁令”：在任何情況下都不允許在實驗室里進行共產(chǎn)主義宣傳。后來當(dāng)卡皮查的第一項研究成果發(fā)表時，他在送給盧瑟福的一份抽印本上題詞說，此文可證明他到該實驗室是來搞科學(xué)研究而不是進行共產(chǎn)主義宣傳的。盧瑟福見到后大怒，咒罵著將抽印本退給卡皮查。卡皮查早已料到會這樣，馬上把另一份早準備好的、已寫上很得體題詞的抽印本送上。盧瑟福顯然很賞識這種先見之明，于是爭吵就平息了。另一件軼事是，當(dāng)蒙德實驗室落成時，英國首相鮑德溫前來祝賀�？ㄆげ橄蛩榻B實驗室的各種設(shè)施，以及為預(yù)防爆炸事故而特別設(shè)計的屋頂。鮑德溫向卡皮查問到：“是這樣嗎？”卡皮查回答道：“噢，是的，你可以相信我。因為我不是政治家�！�
然而，卡皮查并非消極地回避一切與政治有關(guān)的事。在他一生中，多次在重大關(guān)頭表現(xiàn)出他的正直與無畏。例如，1938年，在蘇聯(lián)的大清洗中，物理學(xué)家朗道莫須有地被指控為“德國間諜”而遭到逮捕，卡皮查在幾次拯救無效后，直接上書斯大林和莫洛托夫，說沒有朗道他的工作就無法繼續(xù)下去，要么無罪釋放朗道，要么他自己就辭職離開研究所。1940年春，朗道在關(guān)押了近一年后終于被無罪釋放，在這當(dāng)中卡皮查的作用也許是關(guān)鍵性的。多年后，在卡皮查70壽辰時，朗道曾這樣講：“……今天看來，這樣的控告似乎十分可笑，但在那時這可不是笑話。我在獄中度過了一年，但顯然無法再支持半年－－我簡直要死了�！貌恢臼裁矗谀切┠暝�，卡皮查的舉動需要大勇、大德和水晶般純潔的人格。”
象這樣的事例并不是唯一的。他曾公開站出來反對反猶太主義；曾為“持不同政見”的遺傳學(xué)家麥德維杰夫（Z.A.Medvedev）辯護；當(dāng)李森科（T.Lysenko）在蘇聯(lián)科學(xué)界占統(tǒng)治地位，排斥摩爾根遺傳學(xué)，對持不同觀點的科學(xué)家橫加迫害時，他曾在物理問題研究所的討論班上公開抨擊李森科的觀點；1966年在蘇共第23次黨代會之前，卡皮查與蘇聯(lián)物理學(xué)家薩哈羅夫（A.D.Sakharov）、塔姆（I.Y.Tamm）及其他各界24位知名人士簽署了一份請愿書，呼吁黨不要恢復(fù)斯大林的名譽，因為“那將是一場災(zāi)難”；而在1973年，當(dāng)薩哈羅夫因在蘇聯(lián)捍衛(wèi)人權(quán)而受官方迫害時，5位出席普格瓦什會議的蘇聯(lián)科學(xué)院院士里有4位聯(lián)名簽署了一份譴責(zé)薩哈羅夫的宣言，唯獨卡皮查沒有簽名。他強烈反對要把薩哈羅夫驅(qū)逐出蘇聯(lián)科學(xué)院的做法，并提醒說，除了納粹曾把愛因斯坦趕出普魯士科學(xué)院之外，再沒有人這樣做過。卡皮查還曾對那些不懂裝懂的哲學(xué)家在自然科學(xué)領(lǐng)域里的工作提出尖銳的批評，認為“哲學(xué)家本來是應(yīng)預(yù)見到自然科學(xué)的發(fā)展，而不是死守住已經(jīng)過去的階段”，“在自然科學(xué)領(lǐng)域中運用辯證法要有對實驗事實及其理論概括的十分深刻的知識。沒有這個，辯證法本身不能給出問題的答案�！睘榇�，他受到蘇聯(lián)哲學(xué)界一些人的指責(zé)。然而，在所有這些言行中，對卡皮查自身影響最大的還是他拒絕在貝利亞（L.Beria）的領(lǐng)導(dǎo)下為蘇聯(lián)研制原子彈而工作。對此，赫魯曉夫曾在他的回憶錄《最后的遺言》中這樣寫到：“我們要卡皮查真正去做資產(chǎn)階級報紙說他曾做過的事：我們要他為我們的核彈計劃工作�！瓎栴}在于，他拒絕接觸任何軍事科研工作。他甚至要說服我，說他出于某種道德信念，不能從事軍事科研工作�！�
也許正是由于這一點，1946年夏天，卡皮查被解除了物理問題研究所所長的職務(wù)，而當(dāng)時官方的說法卻是因為他“對蘇聯(lián)和國外制氧技術(shù)傲慢的態(tài)度”和“未能按計劃日期使冶金工業(yè)采用新的裝置”。在此情況下，卡皮查不得不離開研究所，到他在尼科利納山的“別墅”隱居起來。在山的隱居生活中，卡皮查仍然沒有停止科研工作。他在此期間一方面進行了一些純理論性的研究，例如象“論風(fēng)對海浪形成之作用的問題”、“懸掛點振動的擺的動態(tài)穩(wěn)定性”、“貝塞爾函數(shù)根負偶次冪的和的估計值”等等，這些工作顯示出他在理論方面的素養(yǎng)，既抓住了問題的本質(zhì)，又機智地簡化了數(shù)學(xué)的分析。另一方面，他開始在小木屋中裝備自己的實驗室，自己動手去做一切必要的實驗裝置。他對球形閃電提出了自己獨特的見解，并付諸實驗。在此方面，卡皮查開始了在另一個新方向－－“大功率電子學(xué)”－－上的研究。特別是，他設(shè)計并制成了一種線性的磁控管－－“尼科管”，這是以尼科利納山來命名的。它可以產(chǎn)生和聚集幾千瓦分米波段的電磁輻射，在幾秒鐘內(nèi)就可以產(chǎn)生讓石英熔化的溫度。隨后，卡皮查將尼科管用于研究熱核過程，開始了在等離子體方面的實驗。簡陋的條件并沒能完全將卡皮查束縛，相反，卻在另一個極端的領(lǐng)域中激發(fā)了他的靈感。
卡皮查《實驗、理論、實踐》
晚年活動直到1954年，卡皮查的隱居生活才告結(jié)束。他把親手建成的家庭實驗室移交給了物理問題研究所。1955年，卡皮查被重新任命為物理問題研究所所長。此后，在科學(xué)工作上，卡皮查主要從事等離子體方面的研究，這是從他被貶職時開始出現(xiàn)的轉(zhuǎn)向。他相信這方面的研究也許會為未來能源問題的解決找到出路。1969年發(fā)表的消息表明，他已觀察到在束狀高頻高壓放電中形成的高溫等離子體。進一步地，卡皮查繼續(xù)努力在更大的規(guī)模上進行等離子體實驗。
在晚年，卡皮查發(fā)表的科學(xué)論文逐漸地少了下來，但他在另外一些領(lǐng)域中卻更加活躍。從1965年起，在蘇聯(lián)定居了30多年后，隨著赫魯曉夫的下臺，卡皮查終于又獲得了出國的許可。他先后到了丹麥、英國、南斯拉夫、波蘭、荷蘭、印度、加拿大、美國、瑞士和意大利等國，有時是接受各種榮譽稱號和獎?wù)�，有時是進行訪問、講學(xué)和出席學(xué)術(shù)會議。與此同時，他不斷地撰寫文章，進行演講，討論科學(xué)組織工作、杰出科學(xué)家在科學(xué)中的作用、科學(xué)思想及教育等等諸方面的問題，但是，卡皮查尤其關(guān)注的是全球性問題。他明確地指出：“在我們這個世紀，對許多問題的解決已超出了任何單一國家的能力范圍，而只有靠全球規(guī)模的努力才能達到。在原子彈和核戰(zhàn)爭的威脅面前，人們才首次覺醒，認識到人與自然之間的關(guān)系所具有的全球性特征。人們已普遍接受的看法是，在世界任何一處爆發(fā)這種戰(zhàn)爭，都會在幾個小時內(nèi)污染整個地球，并把人類推向末日。著眼于這種威脅，人類必須放棄使用核武器�！笨ㄆげ檎J為，全球性問題的三個主要方面是：，技術(shù)與經(jīng)濟方面，涉及到自然資源的枯竭；，生態(tài)方面，指人類和人類賴以生存的自然之間的平衡問題；，社會經(jīng)濟方面�？ㄆげ檎J為與這些問題相關(guān)過程的動力學(xué)可以用指數(shù)函數(shù)來描述－－其進程最終會導(dǎo)致爆發(fā)式的突變。因此，“在國際范圍內(nèi)解決全球性問題的需要將促進人類努力走向和平共存和裁軍�！藗儗⒏械阶约菏墙彛鎸χ蛐晕C這個迫在眉睫的共同敵人，這種危機將使人們齊心協(xié)力去共同奮斗�！�
如此等等，卡皮查在純科學(xué)之外的許多論述引起了人們相當(dāng)?shù)淖⒁狻?980年，著名的美國波士頓科學(xué)哲學(xué)研究叢書專為卡皮查出版了一本文集－－《實驗、理論、實踐》。這也是首位蘇聯(lián)科學(xué)家在此套叢書中系統(tǒng)地闡述自己的觀點。最近，在為反映25年來波士頓科學(xué)哲學(xué)討論會情況而出版《二十五年的素描》一書中，共收有19篇論文，其中就包括有卡皮查的“復(fù)雜的科學(xué)問題”一文。
1984年，當(dāng)人們正準備卡皮查慶祝90大壽之際，在3月底，卡皮查因患嚴重的中風(fēng)住進了醫(yī)院，4月8日就溘然與世長辭。此時，距他90歲的生日只差3個月的時間。在走過如此奇特的生命旅程，為科學(xué)的發(fā)展做出如此眾多的重要貢獻后，卡皮查也可以說是死而無憾了。他的名字將在科學(xué)冊史中永生。
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