Эксперимент, Теория, Практика. Статьи, Выступления - Пётр Капица

Это направление в получении кислорода сейчас расширяется. Но в жизни при развитии всего нового неизбежны трудности. Хотя сама по себе идея и проста, но при ее выполнении встречается ряд новых технических трудностей. Например, при осуществлении высокооборотной турбины, работающей в плотной среде холодного газа, возникает неустойчивость ротора. Пришлось разработать новый тип стабилизаторов. Приходится преодолевать и трудности психологической природы. Как всегда в отношении к новому, люди тяжелы на подъем, и в нашей промышленности немало консерватизма. Преодолев эти обычные жизненные явления, мы начинаем в области техники глубокого холода и применения кислорода опережать Запад. И здесь начинает выявляться одна очень интересная особенность, связанная с решением в народном хозяйстве такого рода проблем.

Оказывается, что в некотором отношении комплексные нововведения большого масштаба у нас в стране проходят легче, чем в капиталистических странах. Какое-нибудь маленькое изобретение у нас часто бывает продвинуть в жизнь труднее, но большое новое направление в технике, которое влечет за собой крупный сдвиг в ряде областей промышленности, у нас оказывается осуществить легче. Причина этого, по-видимому, в следующем. Чтобы быть конкретным, разберу пример, близкий к действительности.

Предположим, что для осуществления большого нововведения нужно участие двух — трех отраслей промышленности. Например, использование горения отходящих газов мартеновского производства при использовании кислорода обещает быть рентабельным для энергетического хозяйства. У нас в этом заинтересованы три наркомата: Наркомат электростанций, который может воспользоваться отходящим газом для теплоэлектроцентралей, Наркомат черной металлургии, который подымает производительность мартеновских печей при переводе плавки на кислород, и Главкислород, который должен обеспечить мартены кислородом. Все три наркомата являются органами единого социалистического хозяйства, в то время как при капиталистическом хозяйстве эти области промышленности обычно принадлежат не зависимым друг от друга в финансовом отношении фирмам. Одна из них может получить от этой комбинации большую прибыль, другая меньшую, а третья может даже понести убыток.

Хотя в сумме народное хозяйство страны выиграет, но сочетать интересы трех частных предпринимателей оказывается делом сложным в юридическом и финансовом отношении, в то время как у нас, когда расчет основывается на общегосударственной выгоде, одно постановление правительства является в равной мере обязательным для всех трех наркоматов, и можно просто обеспечить успешное развитие такого рода комплексных технических проблем. Таких примеров можно привести много. Мы имеем еще одно огромное преимущество в развитии нового в комплексном хозяйстве, которое мы пока еще плохо используем. Нетрудно видеть, что мы располагаем возможностью, не боясь риска, ставить опыты в технике в очень больших масштабах. А в новом деле нельзя избежать риска. Никогда ничто новое не делается наверняка, поскольку всегда могут появиться трудности, которые нельзя было заранее предвидеть. Если в масштабе всего государства открывается перспектива миллиардной экономии, то риск в несколько десятков миллионов, очевидно, будет оправдан и не разорит государство. В капиталистической стране даже очень крупная фирма не может позволить себе рисковать такой значительной суммой и на большой эксперимент не дерзнет. Как известно, пока главное, что нас тормозит, — это консерватизм и привычка к рутине отдельных бюрократических работников.

Делая этот доклад, я имел в виду, что вы — ответственные партийные работники, ведущие общественные деятели, пропагандисты, — поэтому должны быть главными борцами с консерватизмом, с косностью наших работников хозяйственного аппарата. Я надеюсь, что когда вы разъедетесь по стране, каждый из вас будет вспоминать мой доклад и будет бороться за все новое и прогрессивное в нашей социалистической стране.

О ПРИРОДЕ ШАРОВОЙ МОЛНИИ

Статья в журнале «Доклады АН СССР», N 2, 1955 г.

Природа шаровой молнии пока остается неразгаданной. Это надо объяснить тем, что шаровая молния — редкое явление, а поскольку до сих пор нет указаний на то, что явление шаровой молнии удалось убедительно воспроизвести в лабораторных условиях, она не поддается систематическому изучению. Было высказано много гипотетических предположений о природе шаровой молнии [1, 2], но то, о котором пойдет речь в этой заметке, по-видимому, еще не высказывалось. Главное, почему на него следует обратить внимание, это то, что его проверка приводит к вполне определенному направлению экспериментальных исследований.

Нам думается, что ранее высказанные гипотезы о природе шаровой молнии неприемлемы, так как они противоречат закону сохранения энергии. Это происходит потому, что свечение шаровой молнии обычно относят за счет энергии, выделяемой при каком-либо молекулярном или химическом превращении, и таким образом, предполагают, что источник энергии, за счет которого светится шаровая молния, находится в ней самой. Это встречает следующее принципиальное затруднение.

Из основных представлений современной физики следует, что потенциальная энергия молекул газа в любом химическом или активном состоянии меньше той, которую нужно затратить на диссоциацию и ионизацию молекул. Это дает возможность количественно установить верхний предел энергии, которая может быть запасена в газовом шаре, заполненном воздухом и размерами с шаровую молнию.

С другой стороны, можно количественно оценить интенсивность излучения с ее поверхности. Такого рода прикидочные вычисления показывают, что верхний предел времени высвечивания получается много меньше действительно наблюдаемого у шаровых молний. Этот вывод теперь также подтверждается опытным путем из опубликованных данных [3] о времени высвечивания облака после ядерного взрыва. Такое облако сразу после взрыва, несомненно, является полностью ионизованной массой газа, и поэтому его можно рассматривать как заключающее в себе предельный запас потенциальной энергии. Поэтому, казалось бы, оно должно высвечиваться за время большее, чем наиболее длительно существующая шаровая молния подобного размера, но на самом деле этого нет.

Поскольку запасенная энергия облака пропорциональна объему (d3), а испускание поверхности ~ d2, то время высвечивания энергии из шара будет пропорционально d, его линейному размеру. Полностью облако ядерного взрыва при диаметре d, равном 150 м, высвечивается за время меньшее, чем 10 сек [3], так что шар диаметром в 10 см высветится за время меньшее, чем 0,01 сек. Но на самом деле, как указывается в литературе, шаровая молния таких размеров чаще всего существует несколько секунд, а иногда даже минуту [1, 2].

Таким образом, если в природе не существует источников энергии, еще нам не известных, то на основании закона сохранения энергии приходится принять, что во время свечения шаровой молнии непрерывно подводится энергия, и мы вынуждены искать этот источник энергии вне объема шаровой молнии. Поскольку шаровая молния обычно наблюдается «висящей» в воздухе, непосредственно не соприкасаясь с проводником, то наиболее естественный, и, по-видимому, единственный способ подвода энергии — это поглощение ею приходящих извне интенсивных радиоволн.

Примем такое предположение за рабочую гипотезу и посмотрим, как согласуются с ней наиболее характерные из описанных явлений, сопровождающих шаровую молнию [1, 2, 4].

Если сравнить поведение шаровой молнии со светящимся облаком, оставшимся после ядерного взрыва, то бросается в глаза следующая существенная разница. После своего возникновения облако ядерного взрыва непрерывно растет и бесшумно тухнет. Шаровая молния в продолжение всего времени свечения остается постоянных размеров и часто пропадает со взрывом. Облако ядерного взрыва, будучи наполнено горячими газами с малой плотностью, всплывает в воздух и поэтому двигается только вверх. Шаровая молния иногда стоит неподвижно, иногда движется, но это движение не имеет предпочтительного направления по отношению к земле и не определяется направлением ветра. Теперь покажем, что эта характерная разница хорошо объясняется выдвинутой гипотезой.

Известно, что эффективное поглощение электромагнитных колебаний ионизованного газового облака — плазмы — может происходить только при резонансе, когда собственный период электромагнитных колебаний плазмы совпадает с периодом поглощаемого излучения. При тех интенсивностях ионизации, которые ответственны за яркое свечение шара молнии, резонансные условия всецело определяются его наружными размерами.

Если считать, что поглощаемая частота соответствует собственным колебаниям сферы, то нужно, чтобы длина К поглощаемой волны была приблизительно равна четырем диаметрам шаровой молнии (точнее, λ = 3,65 d). Если в том же объеме ионизация газа слаба, то, как известно, тогда период колебаний плазмы в основном определяется степенью ионизации, причем соответствующая резонансная длина волны всегда будет больше, чем та, которая определяется размерами ионизованного объема и, как мы указали, равна 3,65 d.