Александр Григорьевич Столетов
В плеяде великих естествоиспытателей почетное место занимает Александр Григорьевич Столетов (1839—1896).
Наследие этого ученого, одного из передовых людей своего времени, живет и будет жить в науке и технике. На нас работают машины и приборы, создать которые помогли открытия ученого. На наших глазах дали богатые всходы зерна, посеянные Столетовым.
Александр Григорьевич Столетов.
В своем научном творчестве А. Г. Столетов предстает перед нами как революционер в науке.
Уже диссертационная работа его «Исследование о функции намагничения мягкого железа», о которой мы расскажем в главе, посвященной русским электрикам, раскрыла широкие горизонты и перед наукой и перед техникой.
Большим достижением явилась работа Столетова, посвященная измерению коэффициента пропорциональности между электромагнитными и электростатическими единицами.
Опыт Столетова имел глубоко принципиальное значение.
Доказать, что величина этого коэффициента равна скорости света, значило получить важнейшее подтверждение в пользу электромагнитной теории света, утверждавшей, что и свет и электромагнитные процессы имеют одинаковую природу.
Между работой Столетова и работами его предшественников — немецких физиков Вебера и Кольрауша — было большое сходство. Чтобы найти отношение между электростатическими и электромагнитными единицами, эти ученые также измеряли величину электрического заряда, вначале покоящегося, а потом движущегося. Сердцевиной созданной ими установки также был конденсатор, который они сначала заряжали, а потом разряжали.
Но было различие между установкой, придуманной Столетовым, и установкой Вебера и Кольрауша. Вебер и Кольрауш пользовались конденсатором старого типа — лейденской банкой. Точно рассчитать ее электрическую емкость было невозможно.
Столетов сконструировал конденсатор, емкость которого можно было рассчитывать с большой точностью, а значит, и очень точно определять величину заряда, скапливающегося на обкладках конденсатора.
Конденсатор состоял из двух металлических дисков, которые можно было устанавливать строго параллельно друг другу, точно соблюдая желаемую величину зазора. Чтобы достичь наибольшей точности при измерении емкости конденсатора, Столетов снабдил один из дисков охватывающим его охранным кольцом: кольцо предотвращало появление искажений электрического поля на краях диска.
По-новому решил Столетов вопрос и об измерении разрядного тока. Вебер и Кольрауш, а также Эйртон и Перри — английские физики, начавшие свои опыты позже Столетова, — применяли баллистический гальванометр — прибор, отмечающий кратковременные импульсы тока. Столетов же нашел остроумный способ «остановить мгновение», продлить разрядный ток.
Столетов включил в свою установку коммутатор-переключатель: вращаясь, коммутатор то присоединял конденсатор к электрической батарее, заставляя его заряжаться, то подключал к проволоке. Частые импульсы разрядного тока, следующие один за другим, сливались в как бы непрерывно идущий по проводнику ток.
Установка Столетова не требовала применения большой батареи. Эйртону и Перри в их опытах требовалось двести гальванических элементов, Столетов же обходился всего лишь одним-двумя элементами. В этом случае «несовершенство изоляции менее вредит делу», писал Столетов. К тому же при небольшом напряжении зазор между охранным кольцом и диском можно было делать очень узким.
Изобретенный Столетовым способ давал возможность значительно проще и точнее замерять величину пробегавшего через проволоку заряда.
Преимущества метода Столетова обеспечили этому способу победу в борьбе за точность. Метод Столетова дал возможность еще точнее установить, что величина коэффициента пропорциональности близка к скорости света в пустоте.
До открытия в 1887 году выдающимся немецким физиком Генрихом Герцем электромагнитных волн результат измерения этого коэффициента был главным аргументом в пользу электромагнитной теории.
Схема опыта Столетова по исследованию фотоэффекта.
Вершиной научного творчества Столетова было исследование фотоэффекта.
26 февраля 1888 года в лаборатории Московского университега Столетов провел свой знаменитый опыт — заставил свет порождать электрический ток.
Установка Столетова состояла из цинкового диска, присоединенного к отрицательному полюсу батареи, и стоявшей против диска металлической сетки, провод от которой шел к положительному полюсу. Цепь была разомкнута воздушным промежутком между диском и сеткой. Ток не шел. Зайчик, отбрасываемый зеркальцем гальванометра, включенного в цепь батареи, стоял на нулевом делении шкалы. Но когда экспериментатор бросил на диск свет электрической дуги, зайчик тотчас же метнулся по шкале.
В цепи возник электрический ток! Для этого удивительного, порожденного светом тока воздушный промежуток, разделявший диск и сетку, не был преградой.
Исследуя явление порождения светом электрического тока, Столетов установил все его основные законы и, в частности, важнейший закон о пропорциональности между фототоком и интенсивностью падающего света.
Исследования фотоэффекта, проведенные Столетовым, поражают своей широтой и тщательностью. Последующие работы ученых в этой области ничего не отменили в выводах Столетова. Глубина его исследований тем более замечательна, что физике в те времена еще не были известны электроны, поток которых и создавал ток между диском и сеткой. Эти «атомы электричества» были открыты только после смерти Столетова.
Установка Столетова была первым фотоэлементом — прибором, отзывающимся на свет рождением электрического тока.
Изучая фотоэффект во всех его подробностях, Столетов поместил диск и сетку в сосуд с разреженным воздухом. Ток не прекратился и в этом случае. Столетов установил зависимость его величины от степени разреженности газа.
Найденная им постоянная, характеризующая это явление, вошла в науку под именем константы Столетова.
Необходимо особо отметить применение гальванометра при изучении фотоэффекта. Разработанный Столетовым метод исследования электрических явлений в разреженных газах до сих пор используется экспериментальной физикой.
Столетов был передовым мыслителем своего времени. Когда многие даже прогрессивные естествоиспытатели придерживались механистического материализма, Столетов встал на путь преодоления ограниченности этого мировоззрения.
Ученый был далек от отождествления всех физических явлений с явлениями механическими. В своем понимании материи Столетов близко подходил ко взглядам диалектического материализма. Для многих тогдашних естествоиспытателей материя была синонимом вещества. Поэтому, столкнувшись с новыми явлениями — электромагнитными волнами, катодными лучами, единством света и электромагнитных явлений, в которых материя как вещество не участвует, некоторые естествоиспытатели пришли к совершенно неверному выводу. Они стали утверждать, что «материя исчезает». Столетов же, осмысливая новые открытия в физике, сделал совершенно иной, правильный вывод. Он понял, что материю нельзя отождествлять с веществом, что свойства, казавшиеся неотъемлемыми, абсолютными признаками материи, на самом деле относительны, присущи не всем, а только некоторым состояниям материи.
Убежденный материалист, Столетов резко критиковал взгляды ученых-идеалистов. Появившаяся в конце XIX века реакционная философия Маха и Оствальда, пытавшихся «упразднить материю», встретила в нем непримиримого противника. Столетов был одним из первых естествоиспытателей, выступивших на борьбу с махизмом.
Передовой ученый был самоотверженным борцом за процветание русской науки. В 1872 году Столетов создал первую в России физическую учебно-исследовательскую лабораторию. Вокруг Столетова собрались молодые исследователи, — это была первая школа русских физиков. В столетовской школе воспитались такие великие ученые, как Н. Е. Жуковский, Н. А. Умов, П. Н. Лебедев; учениками Столетова были В. А. Михельсон, И. Ф. Усагин, Н. А. Кастерин, Н. Н. Шиллер и многие другие деятели русской науки. Возникновение столетовской школы явилось началом нового этапа развития физики в России.
Столетов был выдающимся общественно-научным деятелем, просветителем, пламенным пропагандистом достижений науки.
Ученый активно участвовал в международной научной жизни. Будучи делегатом Всемирных конгрессов электриков 1881 и 1889 годов, он деятельно работал в комиссии по выработке международных электрических единиц. Столетов поддерживал дружественные связи с виднейшими учеными западноевропейских стран — Кирхгофом, Гельмгольцем, Больцманом, Каммерлинг-Оннесом и другими.
Ученый постоянно вел бои с реакционерами в науке и политике. Он смело выступал против произвола власть предержащих. Статьями, исполненными испепеляющего гнева, он отвечал на происки реакционеров, начавших поход против университетов. Когда в 1880 году реакционная партия, господствовавшая в Академии наук, провалила на выборах в академию Менделеева, Столетов выступил инициатором сочувственного послания московских профессоров великому ученому. «В среде этого учреждения, — говорилось в письме, — голос людей науки подавляется противодействием темных сил, которые ревниво затворяют двери Академии перед русскими талантами...» Столетов вставал на защиту передового студенчества, преследуемого властями.
Как и другим передовым людям того времени, Столетову приходилось подвергаться постоянным нападкам со стороны властей. В последние годы жизни Столетова эти преследования переросли в настоящую травлю. Дело дошло до того, что президент Академии наук великий князь Константин Константинович вычеркнул имя ученого из списков кандидатов в академики, несмотря на то, что научные и общественные заслуги Столетова были высоко оценены крупнейшими учеными всего мира. Выражая свое уважение Столетову, Всемирный конгресс электриков 1889 года избрал его своим первым вице-президентом; президентом был старейшина физиков того времени знаменитый Уильям Томсон (лорд Кельвин). Жестокая травля сделала Столетова больным человеком, укоротила его жизнь.
После смерти Столетова официальные круги пытались предать забвению имя ученого. Но напрасными были их усилия стереть память о Столетове. Чем дальше шла наука, тем явственнее, тем ощутимее вырастало величие его дел.
Исследования электрических явлений в разреженных газах повлекли за собой открытие рентгеновских лучей и электронов. Метод, которым Столетов изучал фотоэффект в разреженном газе, помог прославленным ученым Марии и Пьеру Кюри открыть радиоактивные элементы. Осмысление законов фотоэффекта помогло созданию квантовой теории, согласно которой свет может вести себя как поток особых частиц — фотонов. Квантовая и электронная теории стали могучим орудием исследования мира атомов и элементарных частиц — электронов, протонов, фотонейтронов. Эти теории на наших глазах воплотились в практику.
В лабораториях, на заводах и фабриках работают тысячи и тысячи фотоэлементов, «потомков» прибора, созданного Столетовым. Вакуумная же установка русского ученого явилась прообразом электронных ламп, которые работают сейчас в радиоприемниках и радиопередатчиках, в радиолокаторах, автоматических и телемеханических устройствах.
Электронные лампы и электронные микроскопы, урановые котлы, люминесцентные лампы, рентгеновские аппараты, фотоэлементы — все это замечательные создания новой физики, рождению которой помогли труды Столетова. На достижениях современной физики сияет яркий отблеск идей великого русского ученого.