Этот опыт не только выявил непосредственно наличие двух компонент жидкости, но и позволил количественно измерить доли общей массы, приходящиеся на каждую из них. Эти доли зависят, согласно теории, от температуры жидкости. Гелий I — жидкость, находящаяся целиком в нормальном состоянии. В точке его перехода в гелий II впервые появляется сверхтекучая компонента — в этом состоит природа превращения. По мере дальнейшего понижения температуры доля сверхтекучей компоненты становится все больше, и при абсолютном нуле жидкость становится целиком сверхтекучей.
ВТОРОЙ ЗВУК
Не менее замечательным подтверждением теории послужило открытие явления, получившего название второго звука. Предсказание, сделанное независимо Ландау и Тисоей, заключалось в том, что в гелии II могут распространяться с различными скоростями два типа волн.
Первые опыты для обнаружения этого явления были поставлены в Институте физических проблем еще в 1940 г. А. И. Шальниковым и С. Я. Соколовым. Звук в заполненном гелием цилиндре создавался обычным способом — вибрирующей пьезокварцевой пластинкой, и ожидались, что к другому концу трубки придут два сигнала, соответствующие различным скоростям распространения двух типов звука. Результат опытов оказался, однако, отрицательным — второго сигнала не было.
В связи с этим вопрос о создании второго звука в жидком гелии был снова рассмотрен теоретически в 1944 г. автором этих строк и была выяснена причина неудачи первых опытов.
Как хорошо известно, звуковые волны в обычной жидкости представляют собой распространяющийся вдоль среды процесс периодических сжатий и разрежений. Каждая частица жидкости совершает при этом колебательное движение, двигаясь с периодически меняющейся скоростью вокруг среднего положения равновесия. Но мы уже знаем, что в гелии II могут одновременно происходить с различными скоростями два различных движения. В связи с этим возникают две различные возможности для движения в звуковой волне. Если обе компоненты жидкости совершают колебательное движение в одинаковом направлении, двигаясь как бы вместе, то мы будем иметь звуковую волну того же характера, что и в обычной жидкости.
Но есть и иная, специфическая для гелия II возможность — обе компоненты могут совершать колебания во взаимно противоположных направлениях, двигаясь навстречу, «одна сквозь другую», так что количества массы, переносимой в том и другом направлении, почти взаимно компенсируются. В такой волне — это и есть волна второго звука — практически не будет происходить сжатий и разрежений жидкости как таковой. По этой причине колебания мембраны, производящие периодические сжатия и разрежения жидкости, будут фактически приводить к возбуждению лишь обычного звука. С этим и был связан отрицательный результат опыта — интенсивность второго звука была слишком мала, чтобы быть обнаруженной.