卡皮查
卡皮查
卡皮查是前蘇聯的科學家，物理學家。英文名是Kapitza,Peter Leonidovich，液氦的超流動性、球型閃電是他的作品。
卡皮查
盧瑟福猜測這是一個強制性的拘留，可是卡皮查顯然是自願留下的。卡皮查最有名的工作與溫度極低的液態氦有關。這是一個首先由卡林－翁納斯提出的課題。卡皮查是研究II奇異特性的科學家之一（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。卡皮查關於II的論文於1941年在莫斯科發表。這一關地極低溫度的工作便由朗道繼續進行。
第二次世界大戰期間，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。卡皮查冷靜地拒絕了從事蘇聯核武器的研究，因而事實上遭到了軟禁。不過在戰後，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到球型閃電上。這是一種使人迷惑的現象。在球型閃電內，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想的長得多。卡皮查的分析涉及到駐波，即互相增強，並能維持一個相當長的時間的波列。 1978年，卡皮查獲得了諾貝爾物理學獎。
1978年10月17日，瑞典皇家科學院從斯德哥爾摩致電蘇聯莫斯科物理問題研究所，電文中講到：“親愛的卡皮查院士：瑞典皇家科學院今天決定將1978年的諾貝爾物理學獎分成兩部分，其中一部分頒發給您，以表彰您在低溫物理學領域中根本性的發現和發明。”此時，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工作也大多與極端條件的創造和對極端條件下物質性質的研究相關。在這些研究中，他將科學家的才能和工程師的素質在自己上奇迹般地熔為一體。在生活中，他那時而一帆風順、時而遭遇坎坷的經歷更給他蒙上了一層傳奇色彩。
卡皮查曾說過：“人可以分成三類：一些人站在前列，把他們的能力用於推進科學、文化和人類的發展－－他們是進取者。另一些人占絕大多數，他們在一旁與進步同行，沒有干預也沒有幫助進步。最後一類人則站在後面，躊躇不前、保守、怯懦而且沒有想象力。”毫無疑問，在這種分類中，卡皮查當之無愧地屬於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·卡皮查物理學界的帶頭人物，正致力於發展有別於俄國傳統的現代物理學派，他將卡皮查吸收到自己領導的物理實驗室中。
1916年，卡皮查一篇題為“渥拉斯頓纖維的製備”的論文發表在《俄國物理和化學學會會刊》上。一反傳統，他採用電解的方法，對製備工藝進行了改進。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，他還採用了一種異常簡單的方法來製造很細的石英纖維：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，在後來經常對學生們津津樂道。
1918年，卡皮查大學畢業，留在彼得堡工學院物理和力學系任講師，同時也成了約飛在彼得格勒建立的物理技術研究所中的研究人員。他與約飛的關係也愈發密切了。此時，國內的經濟日益困難，到秋天時，每日配給的麵包只有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，約飛仍設法留住了包括皮查在內的一批優秀弟子，並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，經常持續到深夜。其中，弗倫克耳曾詳盡地介紹了英國物理學家盧瑟福（E.Rutherford）在原子核研究方面的驚人發現。但此時卡皮查卻絕沒有想到未來自己會與這個偉人結下不解之緣。
1919年，卡皮查提出了一個設想，可以用彎曲的晶體來使X光光束聚焦。直到10多年後，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，並使之實現。1920年，卡皮查和他的同事謝苗諾夫（N.N.Semenov，1956年諾貝爾化學獎獲得者）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年才發表，但在從文章送交到發表之間的這段時間裡，德國物理學家斯特恩（O.Stern）和格拉赫（W.Gerlach）也提出了本質基本相同的方法，並付諸實驗。由於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獎。儘管卡皮查的這些想法是領先和獨創性的，但由於當時俄國國內物資極度缺乏，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實也就不足為怪了。當然，這是很令人遺憾的。
就在此時，一場災難落到了卡皮查頭上。在內戰的動亂中，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於正在彼得格勒肆虐的西班牙流感。大約與此同時，他的父親也死於流感。這一串的打擊使卡皮查悲痛得不知所措，無法再繼續他的研究工作，也徹底地改變了他後來生活的道路。
1920年11月，約飛成為俄國科學院院士。在他的努力下，一個名為“蘇聯科學院恢復與其它國家聯繫委員會”的機構成立了。委員會的另一位重要員是著名的航海工程師和應用數學家克里洛夫（A.N.Krylov）院士，他後來成了卡皮查的第二個岳父。這個機構可以自由地用外幣在國外購買科學儀器，並得到了據列寧專門指示而撥出的一筆專款。不過，此機構另一項不公開的任務要向國外的學者們解釋在新制度下蘇聯的科學政策。約飛和克里洛夫都相當了解和珍惜卡皮查的科學天賦，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，當時德國、法國和荷蘭等國都不願冒險接受一個或許是共產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。在那裡，經過一番疏通，約飛為卡皮查搞到了去英國的簽證。同年5月，卡皮查終於乘船到達了他的第二故鄉英國。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訪問。6月12日，他們訪問在劍橋工作的物理學家盧瑟福時，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、提出原子有核結構模型，以及用（粒子轟擊某些元素而實現人工核嬗變。當時，在盧瑟福領導下的劍橋開文迪許實驗室也成為世界上實驗放射性研究、原子物理學和原子核物理學研究的中心。
卡皮查自然希望能有機會在此繼續深造，並一展身手。約飛對此也沒有意見。關於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。因為當時盧瑟福說，實驗室已經過分擁擠，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，因為這是在誤差範圍之內！就這樣，卡皮查終於說服盧瑟福將自己留了下來。一年後，當卡皮查再次問盧瑟福為什麼接納他時，盧瑟福爽朗地在笑道：“我也不知道當時為什麼同意，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）的指導下進行一兩個月的工作實踐，以熟悉各種有關的技能，但由於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研究課題和盧瑟福教授談了話。他很和藹，把我帶到了他的房間，並給我看他的儀器。儘管他有時暴躁，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，並詢問我的生活情況，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，如果他看到我嘴裡叼著煙斗，那可就糟了。不過感謝上帝，他走路腳步很重，我可以從腳步中區分是他還是別人。卡皮查在聽盧瑟福和查德威克等人講課的同時，在盧瑟福的建議下，於8月初就開始了對α粒子能量變化的研究。這典型地屬於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來進行測量，但無法測量低能粒子。卡皮查的辦法是：採用靈敏的博伊斯（Boys）輻射微熱計，通過測量α粒子穿越物質時產生的熱效應來研究其能量損耗。這個方案驚人迅速地獲得了成功的結果。在實驗室中，由於輻射微熱計極其靈敏，甚至可以探測到大約二公裡外一隻蠟燭的火焰，對百萬分之一度的升溫就有反應，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果的偏離效應。9個月後，他就已完成了一篇論文，經盧瑟福審閱，很快就發表在《皇家學會會刊》上，此時，卡皮查可以說真正地成了盧瑟福的學派中的一員。這篇論文的開頭標明為：第一部分。然而，再沒有什麼第二部分問世。因為卡皮查的頭腦已完全為另一個新想法所佔據了。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。
問題在於，α粒子質量較大，現有的磁場不足以使其軌道充分彎曲。在用螺線管產生強磁場時，由於電磁產生的熱效應，當電流超過一定強度，就會將螺線管燒毀，即使採用冷卻的方法，技術上也有無法克服的困難。卡皮查對解決這一困難的新奇想法是，在百之幾秒時間內給螺線管通很大的電流，產生強脈衝磁場，由於通電時間短，電流所生的熱不會破壞線圈。盧瑟福當即對此想法產生了興趣，並認為它會成功。於是，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衝磁場。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，並讚不絕口。由於這項出色的工作，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，又減免了一年的學習期限。這樣，在1923年6月14日，卡皮查以題為《α粒子在物質中的穿越和產生磁場的方法》的論文獲得博士學位。不過，這也是他最後一項在盧瑟福個人專長的原子核物理學領域中的研究工作了。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：“為什麼你應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，並說“是的，你的確顯得更聰明了，加上你又理了發”，隨即大笑起來。在開文迪許實驗室，敢於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金，儘管他已取得了博士學位。
接下來，卡皮查又對他的裝置作了進一步的改進，用一台特殊設計的發電機代替了蓄電池。用此裝置，可以在2立方厘米的體積中獲得高達32萬奧斯特脈衝強磁場，這磁場強度遠遠高於普通磁體所能達到的場強。後來，回到莫斯科后，他又用這台設備將記錄提高到50萬奧斯特。雖然脈衝磁場只持續大約百分之一秒，但這段時間對於研究α粒子已綽綽有餘了。卡皮查自己喜歡講兩個與此有關的小笑話。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。
致力於產生強磁場裝置的工作標誌著卡皮查科學學生涯中的一個重要轉折點。同時也是劍橋的物理學研究從設備簡單的實驗走向利用大型、複雜的現代設備的一個重要轉折點。卡皮查隨後將他的研究方向轉向了固體物理。利用這套裝置，他測量了各種金屬在磁場中電阻的變化。他發現，金屬的電阻率隨磁場的增大是線性增加的。這一現象被稱為“卡皮查線性定律”，直到60年代，隨著金屬理論的發展，才對此現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。他後來在給盧瑟福的一封信中，在評價蘇聯物理學家瓦維洛夫（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，卻滿足於自己在做科學工作。卡皮查為了進一步研究金屬在低溫下的性質，在30年代初，他已把注意力轉向了另一個極端的領域－－低溫技術。
第一步是建造氫液化器。為了克服在不純的氫氣中，冷卻時雜質會堵塞管道的困難，他聰明地採取了這樣一種措施：只在一封閉的循環系統中使用少量極純的氫氣，用它來冷卻大量的商品氫，並讓雜質沉澱到熱交換器底部，以避免堵塞。這台氫液化器只要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採用液氫進行預冷。但氫氣易於爆炸，很不安全，而且用這種方法液化氦程序複雜，很費時間。人們雖然早就知道，可以利用焦耳－湯姆遜效應，採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無法解決。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：既然潤滑劑不行，乾脆就不用潤滑劑！他只是簡單地讓活塞周圍留下百分之幾毫米的縫隙，當壓縮活塞時，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，第一台依據這種想法製造的氦液化器終於在劍橋誕生了。這台液化器一直使用了十多年。後來，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年設計商用氦液化器奠定了重要的基礎。從此，膨脹機在氦液化器中的應用得以開始。
多年後，卡皮查在一篇紀念愛因斯坦的文章中說，對於愛因斯坦，他最為讚賞的是有關光電效應的工作，因為它給出了在射出的電子的能量與普朗克常數之間極其簡單的關係。卡皮查也喜歡烏克蘭哲學家斯考沃羅達（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造世界，使每一件簡章事物都是真的，而每一件複雜的事物都是假的。”在卡皮查自己的工作中，不論是在工程工藝方面，還是在純科學方面，也同樣體現了這種對簡單性的追求。當然，在他每一項簡單而又有獨創性的想法中，都閃耀著智慧的火花。
由於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研究助理主任，1925年成為劍橋大學三一學院的研究員。1929年，卡皮查當選為英國皇家學會的會員，這在當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生在裡面工作的話，我將非常高興。”當蒙德實驗室在1932年正式落成時，人們看到，門口的牆上有一幅鱷魚的浮雕，實驗室裡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。至於為什麼起了這樣一個綽號，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徵，令人讚賞和敬畏，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、就象盧瑟福一樣。”
在劍橋，卡皮查經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，他在黑板上寫的內容往往與口中講得不一樣。有一次，休恩伯格（D.Shoenberg）在課後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%的內容，讓5%的人聽懂95%的內容！”卡皮查還把俄國的傳統帶到了劍橋，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後，才能成為永久成員。“卡皮查俱樂部”對推動劍橋物理學的發展起了不小的作用。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。有時討論的內容也會超出於物理學之外。1934年8月21日，舉行了卡皮查在任的最後一次會議－－第377次會議！隨著卡皮查的離去，討論班由考克羅夫特繼續負責主持，又堅持了許多年。
也是在劍橋期間，卡皮查可以經常去法國、德國、比利時與荷蘭等國參加各種物理學會議，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，他在巴黎結識了克里洛夫的女兒安娜·阿列克謝耶芙娜（AnnaAlexeevna），兩人當即墜入情網，很快就回劍橋結了婚。1929年，第一個兒子謝爾蓋（Sergei）出生了，他後來成了一個出色的物理學家和蘇聯電視台通俗科學節目的主持人；1931年，小兒子安德烈出生，他後來成為一個地理學家，曾數次參加南極考察工作，併當選為蘇聯科學院通訊院士，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？”
卡皮查正值春風得意之時，他多麼希望這種一帆風順的生活永遠繼續下去！但就在這時，命運突然和他開了一個不小玩笑。三、回國風波當卡皮查初到劍橋時，他只打算呆過冬季，然而，一轉眼，13年過去了。不過他始終保留著蘇聯的國籍。就在1929年他當選為英國皇家學會會員時，蘇聯也把他選為蘇聯科學院通訊院士。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，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公民，可以自由地來往於英國和蘇聯之間。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，加米涅夫曾請他擔任在哈爾科夫建造的烏克蘭物理技術研究所的顧問，卡皮查雖對此建議有興趣，但他對加米涅夫講，蘇聯的條件不適合他工作，他在國外工作會對蘇聯更有貢獻，他可以在夏季回國訪問期間對研究所的工作提出建議。於是，在蘇聯政府認可之下，卡皮查繼續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。10月初，當他與安娜要返回劍橋時，卻被蘇聯政府告知說，以往的特許不再有效，卡皮查必須留在蘇聯。幾天後，安娜得到允許，一人回到英國去照看孩子們，並將這一消息帶到了英國。
關於卡皮查被強行留下的原因，人們眾說紛紜。盧瑟福認為是由於卡皮查曾向朋友誇下海口，說他能改變這個時代電子工業的整個面貌，而蘇聯人對純科學與應用技術的關係並不十分了解，想留下他為發展蘇聯的工業而工作。休恩伯格提出了另外兩個可能的原因，一是蘇聯理論物理學家伽莫夫（G.Gamov）出訪西方時沒有回國，因此蘇聯採取了這一針鋒相對的舉動；另一原因是蘇聯的第二個五年計劃要迅速發展科學，需要有大量出色的科學家在國內參加工作。美國科學史家貝達什（L.Badash）還談到，更可信的是因為蘇聯人懷疑卡皮查在為英國政府進行軍事研究，從而寧願他回國工作。而且，有文獻證據表明（儘管不是廣為人知），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大使麥斯基（I.Maisky），希望蘇聯政府改變這一決定，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，荷蘭物理學家開索姆（W.Keesom）等人又發現，在λ點之下，液氦有極高的導熱性。這一發現引起了卡皮查的注意。但他卻認為，這種熱傳遞也許是由於液氦極低的粘滯性所導致的對流所造成的。為了證實自己的觀點，卡皮查在1937年設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，它類比金屬的超導電性，把在λ點之下處於特殊狀態的液氦稱為“超流體”。這就是液氦超流動性的發現。事實上，這個巧妙的實驗構思正好可以用他後來的一段話作為註腳：“我根據長期從事實驗工作獲得的經驗了解到，正確估計初學者的能力的最好方法同估價一個成熟的科學家的能力一樣，都可根據他發現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果。最後，這兩篇重要論文一起發表在1938年的同一期《自然》雜誌上。
在液氦的超流動性發現后，各國物理學家在對液氦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後進行的一系列實驗：在液氦II中熱量的流動伴隨著液體的機械流動。在此基礎上，蘇聯理論物理學家朗道（L.D.Landau）提出了他關於液氦二流體理論，並預言了在液氦中“第二聲”的存在。為此朗道獲得了1962年的諾貝爾物理學獎。
此外，卡皮查1941年還在實驗中發現，當熱量從固體流向液氦II時，在界面處存在有溫度的不連續，這種現象被稱為“卡皮查界面效應”或“卡皮查熱阻”。它成了人們在以後低溫研究中多年關注的課題。順便可以提到，卡皮查為了培養人才，每年要從莫斯科大學挑一個優秀的畢業生來物理問題研究所從事研究並完成畢業論文，我國低溫物理學家管惟炎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，並發現了“反向卡皮查熱阻”。
除了純科學的研究之外，卡皮查在低溫領域的另一類工作更側重工程技術，主要是發展了新的、可以用於工業的大規模廉價簡易液化空氣的方法。1939年他設計並建成了第一台液化空氣用得膨脹透平機，用這種機器可以生產大量的商用氧氣，這給低溫技術帶來了重大的變革。
1941年。納粹入侵蘇聯，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的變化。當時，在蘇聯部長會議的領導下成立了一個負責液氧生產的機構，叫氧委員會，卡皮查成為這一機構的負責人。這也是他第一次兼任政府部門的工作。他在戰爭期間研製出世界上功率最大的生產液氧用的透平機，為蘇聯的工業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，他還在負責一所生產氧氣的工廠。為這些工作他還獲得了許多專利。
由於卡皮查的出色成果，他在1939年成為蘇聯科學院正式院士。1941年和1943年，他兩次獲得斯大林獎，1943年和1944年獲列寧勳章，為了表彰他在制氧方面的成果，1945年卡皮查獲列寧勳章、“斧頭鐮刀”金質獎章，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勳章，1974年再獲社會主義勞動英雄稱號和“斧頭鐮刀”金質獎章，並多次獲得蘇聯和國外的多種榮譽獎勵。特別是，1944年，由於在磁學和低溫領域中的貢獻，卡皮查獲得了美國費城富蘭克林學院授予的富蘭克林獎章。卡皮查是第一個獲得此榮譽的蘇聯科學家。在授獎儀式上，卡皮查講道：在我榮幸地接受的這枚獎章上，鑄有本傑明·富蘭克林的形象，他是自由與民主的偉大鬥士，是他那個國家的公僕。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、科學和我們的關係都發生了巨大的變化。但是，對於我們來說，富蘭克林為之服務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家和民主戰士的獎章看成是蘇美兩國科學家在戰時和即將到來的和平時期進一步努力合作的象徵。
有這樣兩件卡皮查在劍橋的軼事。一件是，當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主義宣傳。後來當卡皮查的第一項研究成果發表時，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研究而不是進行共產主義宣傳的。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，於是爭吵就平息了。另一件軼事是，當蒙德實驗室落成時，英國首相鮑德溫前來祝賀。卡皮查向他介紹實驗室的各種設施，以及為預防爆炸事故而特別設計的屋頂。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，卡皮查並非消極地迴避一切與政治有關的事。在他一生中，多次在重大關頭表現出他的正直與無畏。例如，1938年，在蘇聯的大清洗中，物理學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下去，要麼無罪釋放朗道，要麼他自己就辭職離開研究所。1940年春，朗道在關押了近一年後終於被無罪釋放，在這當中卡皮查的作用也許是關鍵性的。多年後，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。……用不著渲染什麼，在那些年月，卡皮查的舉動需要大勇、大德和水晶般純潔的人格。”
象這樣的事例並不是唯一的。他曾公開站出來反對反猶太主義；曾為“持不同政見”的遺傳學家麥德維傑夫（Z.A.Medvedev）辯護；當李森科（T.Lysenko）在蘇聯科學界占統治地位，排斥摩爾根遺傳學，對持不同觀點的科學家橫加迫害時，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，卡皮查與蘇聯物理學家薩哈羅夫（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願書，呼籲黨不要恢復斯大林的名譽，因為“那將是一場災難”；而在1973年，當薩哈羅夫因在蘇聯捍衛人權而受官方迫害時，5位出席普格瓦什會議的蘇聯科學院院士里有4位聯名簽署了一份譴責薩哈羅夫的宣言，唯獨卡皮查沒有簽名。他強烈反對要把薩哈羅夫驅逐出蘇聯科學院的做法，並提醒說，除了納粹曾把愛因斯坦趕出普魯士科學院之外，再沒有人這樣做過。卡皮查還曾對那些不懂裝懂的哲學家在自然科學領域裡的工作提出尖銳的批評，認為“哲學家本來是應預見到自然科學的發展，而不是死守住已經過去的階段”，“在自然科學領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。”為此，他受到蘇聯哲學界一些人的指責。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）的領導下為蘇聯研製原子彈而工作。對此，赫魯曉夫曾在他的回憶錄《最後的遺言》中這樣寫到：“我們要卡皮查真正去做資產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。……問題在於，他拒絕接觸任何軍事科研工作。他甚至要說服我，說他出於某種道德信念，不能從事軍事科研工作。”
也許正是由於這一點，1946年夏天，卡皮查被解除了物理問題研究所所長的職務，而當時官方的說法卻是因為他“對蘇聯和國外製氧技術傲慢的態度”和“未能按計劃日期使冶金工業採用新的裝置”。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“論風對海浪形成之作用的問題”、“懸掛點振動的擺的動態穩定性”、“貝塞爾函數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，既抓住了問題的本質，又機智地簡化了數學的分析。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，並付諸實驗。在此方面，卡皮查開始了在另一個新方向－－“大功率電子學”－－上的研究。特別是，他設計並製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。它可以產生和聚集幾千瓦分米波段的電磁輻射，在幾秒鐘內就可以產生讓石英熔化的溫度。隨後，卡皮查將尼科管用於研究熱核過程，開始了在等離子體方面的實驗。簡陋的條件並沒能完全將卡皮查束縛，相反，卻在另一個極端的領域中激發了他的靈感。
晚年活動直到1954年，卡皮查的隱居生活才告結束。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。此後，在科學工作上，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的轉向。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，卡皮查繼續努力在更大的規模上進行等離子體實驗。
在晚年，卡皮查發表的科學論文逐漸地少了下來，但他在另外一些領域中卻更加活躍。從1965年起，在蘇聯定居了30多年後，隨著赫魯曉夫的下台，卡皮查終於又獲得了出國的許可。他先後到了丹麥、英國、南斯拉夫、波蘭、荷蘭、印度、加拿大、美國、瑞士和義大利等國，有時是接受各種榮譽稱號和獎章，有時是進行訪問、講學和出席學術會議。與此同時，他不斷地撰寫文章，進行演講，討論科學組織工作、傑出科學家在科學中的作用、科學思想及教育等等諸方面的問題，但是，卡皮查尤其關注的是全球性問題。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範圍，而只有靠全球規模的努力才能達到。在原子彈和核戰爭的威脅面前，人們才首次覺醒，認識到人與自然之間的關係所具有的全球性特徵。人們已普遍接受的看法是，在世界任何一處爆發這種戰爭，都會在幾個小時內污染整個地球，並把人類推向末日。著眼於這種威脅，人類必須放棄使用核武器。”卡皮查認為，全球性問題的三個主要方面是：，技術與經濟方面，涉及到自然資源的枯竭；，生態方面，指人類和人類賴以生存的自然之間的平衡問題；，社會經濟方面。卡皮查認為與這些問題相關過程的動力學可以用指數函數來描述－－其進程最終會導致爆髮式的突變。因此，“在國際範圍內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。……人們將感到自己是近鄰，面對著全球性危機這個迫在眉睫的共同敵人，這種危機將使人們齊心協力去共同奮鬥。”
如此等等，卡皮查在純科學之外的許多論述引起了人們相當的注意。1980年，著名的美國波士頓科學哲學研究叢書專為卡皮查出版了一本文集－－《實驗、理論、實踐》。這也是首位蘇聯科學家在此套叢書中系統地闡述自己的觀點。最近，在為反映25年來波士頓科學哲學討論會情況而出版《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“複雜的科學問題”一文。
1984年，當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住進了醫院，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，為科學的發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。他的名字將在科學冊史中永生。
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