中外科学家发明家丛书:卡皮察-第2节

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想摆脱这个人。在他的实验室里不可能让我用3年的时间只干一件工作。要　

和极大的困难作斗争……。”　

　　　　　年轻的俄国科学家认识了卢瑟福及其周围环境，卡皮察在1937年12月　

　《化学成就》杂志上发表了一篇回忆卢瑟福的文章，在这篇最初发表的回忆　

文章中，他塑造了一位德高望重的英国物理学家美好的形象。　

　　　　　卡皮察在听课的同时，还要通过物理实习科目，这是所有在卡文迪许实　

验室开始工作的人所必修的。指导这一科目的是杰姆斯·查德威克。实习科　

目规定为两年，但卡皮察却使大家都大吃一惊，他在两个月的时间内通过了　

所有考试。这件事立即在实验室的工作人员中传开了，包括卢瑟福本人在内。　

卡皮察到剑桥之后不久就组织了讨论会，这也使他出人头地，名声远扬。这　

种讨论会被人称为“卡皮察俱乐部”，会上，大学生和年轻教师们了解到各　

种有趣的科学问题，讨论自己的研究成果，有时还对各种各样的广泛问题进　

行自由辩论。卡皮察作为小组会议的发起人，做得非常成功。他把俄国的传　

统带到英国土地上来了。很多人每周一次到他这里聚会，这种集会把卢瑟福　

实验室中最积极的人组成了一个紧密的小组，学到许多新东西的同时，人们　

也向卡皮察学到某些俄国的东西。　


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　　　　　卡皮察成为从国外来卡文迪许实验室工作的年轻物理学家中最引人注目　

的人之一。他的想象力和工程物理学家的才干赢得了卢瑟福的称赞。卢瑟福　

和卡皮察之间尽管有时不可避免地会产生剧烈的冲突，但自始至终相互间充　

满着深深的爱。　

　　　　　α粒子是卢瑟福心爱的粒子，卡皮察应当测出α粒子的脉冲。他提出了　

一个在维尔逊暗室中疾速飞行的α粒子束在强磁场条件下偏离的方法。α粒　

子本身，是卢瑟福用放射性辐射在磁场中偏离的方法发现的。这样，实验证　

明，放射性辐射系由α—、δ—和γ—粒子束组成，它们在磁场中偏离的角　

度各不相同。　

　　　　　为了顺利地完成测量α—粒子脉冲的实验，卡皮察需要一个强磁场。α　

—粒子质量大，因此为使它们偏离，需要磁场强度很大。它们不能从当时使　

用的电磁铁中获得。卢瑟福在发现放射性辐射组成中有α—粒子时，其所用　

磁场的强度大大低于卡皮察实验所需磁场的强度。　

　　　　　1923年在剑桥进行博士论文答辩的题目是《α—粒子通过物质及获得磁　

场的方法》。　

　　　　　这一年，卡皮察被授予剑桥大学哲学博士学位。此后不久，他获得了麦　

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