В. Болховитинов - Столетов

Изучение чувствительности металлов было закончено. Можно было двигаться вперед.

Но в это время в печати появилась статья немецкого физика Гоора. Гоор утверждал, что фотоэлектрическое действие «следует приписать исключительно слоям газа, адсорбированного металлическими поверхностями». Если удалить эти прилипшие к металлу слои, продолжал немецкий физик, то металл потеряет чувствительность к свету.

Гоор сообщал, что, удаляя прилипшие к металлу молекулы воздуха нагреванием электрода до 55°, он добился сильного понижения его чувствительности.

Столетов, внимательно следивший за всем, что касалось фотоэффекта, заинтересовался статьей Гоора. Русский ученый решил опытом проверить его утверждения.

То, что действие света на воздушный слой, заключенный между пластинами электродов, не есть причина возникновения фототока, Столетов уже знал. Это хорошо доказывалось опытом: если бросать свет сбоку, так, чтобы лучи освещали лишь воздушный промежуток между пластинами, не задевая самих пластин, никакого фототока не возникает.

Установлено было совершенно точно: для того чтобы возник ток, лучи должны освещать именно пластинку.

Гоор не отрицал этого. Он спорил только о том, что же играет главную роль в фотоэффекте: металл или прилипшие к нему адсорбированные молекулы воздуха? Немецкий физик оставлял металлу скромную роль носителя этих воздушных молекул, а их объявлял первопричиной фотоэффекта.

Столетов начал опыты с нагретыми электродами. Он доводил их температуру до 100°. Вопреки Гоору, чувствительность их не только не падала, но росла.

«Но при нагревании, — наставительно писал Александр Григорьевич в своем ответе Гоору, — необходимо соблюсти чистоту металлической поверхности; если, например, — не без язвительности замечал Столетов, — треть на газовой горелке с передней стороны (то-есть с той, которая будет обращена к лучам), то ослабление произойдет, но оно объясняется налетом, оседающим из пламени».

Опровергнув Гоора, Столетов установил еще одну особенность фотоэффекта: его зависимость от температуры.

Чтобы исследовать эту зависимость, он сконструировал специальную установку, позволяющую нагревать весь конденсатор в условиях абсолютной чистоты до 300°. На этот раз он пользовался платиновыми электродами.

Рост силы фототока с ростом температуры был установлен неопровержимо.

«Ничего подобного тому, что утверждает Гоор, никогда не наблюдалось, — писал Столетов. — Статья Гоора по проверке оказалась по всем пунктам легкомысленной».

Русский ученый имел полное право на такой суровый приговор.

Вынужденный отойти несколько в сторону от намеченной линии исследования, Столетов теперь мог снова продолжить ее. Об этом уклонении он не жалел. Оно принесло ему новое открытие.

Теперь — вперед.

Еще в пору своей работы над контрольным конденсатором Александр Григорьевич задумался: в силу какой же именно причины существует постоянство соотношений в показаниях контрольного и главного гальванометров, соединенных с двумя совершенно различными, по-разному заряженными конденсаторами?

Глубоко раздумывая, он приходит к такой мысли: «Чтобы объяснить себе эту пропорциональность, необходимо допустить, что, при равных прочих условиях, действие (сила тока) пропорционально напряженности освещения или, лучше сказать, количеству активных лучей». Это была рабочая гипотеза.

Чтобы она стала теорией, нужен опыт — великий, неподкупный судья всякого теоретического построения. Придумать, как проверить на опыте догадку о пропорциональности между силой света и силой фототока, было совсем не просто.

Следовало один и тот же конденсатор освещать по-разному: то сильнее, то слабее. Силу света при этом нужно было изменять точно в заданном отношении. В результате долгих размышлений Столетов сумел сконструировать изящное и простое устройство, позволяющее точно управлять силой света.

На пути луча он поставил большой картонный круг с семью окошечками, расположенными по окружности.

Площадь всех окошек и промежутков между ними была одинаковой. Диск мог вращаться.

В начале опыта диск стоял неподвижно. Свет через окошко падал на конденсатор.

Показания гальванометра, соответствующие этой максимальной силе света, записывались.

Затем диск приводился в быстрое вращение. При каждом обороте луч света семь раз прерывался и семь раз пропускался. В среднем пластины конденсатора достигала только половина лучей, бросаемых фонарем. Таким образом, сила света фонаря была точнейшим образом уменьшена вдвое.

Это сразу почувствовал «зайчик» гальванометра. Когда диск завращался, «зайчик» стронулся и остановился на полпути к нулевому делению. Ток в цепи уменьшился вдвое, то-есть ровно во столько же, во сколько уменьшилась сила света.

«Значит, действительно, — удовлетворенно записал Столетов, — эффект пропорционален энергии активных лучей». Так скупыми словами сформулировал исследователь важнейший закон фотоэффекта.

Зависимость силы фотоэффекта от света проявляется и в другом опыте. Ученый меняет теперь не яркость луча, а величину освещаемой площади. Он ставит перед конденсатором непрозрачные экраны. Он оставляет освещенной половину диска, четверть его, восьмую часть…

И ток в гальванометре послушно уменьшается вполовину, вчетверо, в восемь раз.

Опыт с прерывистым лучом позволил установить основной закон явления. Но мысль исследователя стремится дальше. Опыт натолкнул его на новые искания.

Столетов убедился: свет действует на металл быстро. Ведь при вращении диска конденсатор озарялся короткими вспышками. При наибольшей скорости вращения каждая вспышка длилась не более одной стопятидесятой доли секунды.

Но сказать, что свет действует на металл быстро, — это еще не ответ. Насколько именно быстро реагирует металл на свет? Возможно, что конденсатор мгновенно отзывается на свет рождением тока с силой, соответствующей силе этого света. Если это так, то ток в цепи состоит из отдельных электрических толчков, мгновенно возникающих в момент освещения и исчезающих тотчас же, как оно окончилось.

Но, возможно, все происходит по-иному. Может быть, конденсатор обладает своеобразной инерцией? В начале освещения он как бы «раскачивается», сила тока в цепи, вырастая постепенно, лишь через некоторое, хотя бы и очень короткое, время достигает своего наибольшего значения. Когда же наступает затемнение электродов, ток исчезает не сразу, сила его пропадает постепенно. Если все это так, может статься, что и прерывистый свет породит ток непрерывный, не прекращающийся ни на миг, только слегка пульсирующий.

Где же истина? Что происходит в действительности?