Александр Фомин - 100 знаменитых ученых

В конце своего пребывания за границей Петр Николаевич вернулся в Страсбург, где под руководством еще одного известного физика, Фридриха Кольрауша, закончил работу над докторской диссертацией «Об измерении диэлектрических постоянных паров и о теории диэлектриков Моссоти – Клаузиуса». Параллельно Лебедев интересовался теорией происхождения кометных хвостов. В частности, ему импонировала гипотеза о том, что хвосты образуются под давлением света. Стремление доказать эту гипотезу впоследствии воплотилось в знаменитые эксперименты Лебедева.

В 1891 году Петр Лебедев вернулся в Москву. Как и за границей, на родине ему тоже повезло с наставником и руководителем. Он занял место ассистента в лаборатории Столетова. Интересно, что еще в Страсбурге Лебедев составил план своей научной деятельности на всю жизнь. Он решил посвятить себя исследованию чрезвычайно актуальной и популярной тогда проблемы: пондеромоторного (механического) действия электромагнитных волн. Конечно же, такое планирование было несколько наивным, но молодому физику действительно удалось определить направление будущих работ, которые принесли ему мировую известность.

В 1895 году Лебедев сконструировал установку, которая генерировала электромагнитные волны длиной 6 мм, что было рекордно короткой на тот момент величиной. На этой установке Петр Николаевич повторил опыты Герца и дополнил их собственными экспериментами. Он, как и Герц, наблюдал явления дифракции и интерференции электромагнитных волн этой длины, а также добился эффекта их двойного преломления при прохождении через кристаллы серы. Фактически ученый более полно продемонстрировал, что электромагнитные волны обладают теми же свойствами, что и световые лучи видимой части спектра. Результаты исследований были опубликованы в статье «О двойном преломлении лучей электрической силы». В ней, в частности, ученый писал, что результаты его опытов «достаточны, чтобы иллюстрировать взгляды Максвелла на распространение электрических колебаний, высказанные им еще в 1862 году, а также еще раз показывают тождество в явлениях электрических и световых колебаний и в этом более сложном случае». Эта работа стала первым крупным успехом Лебедева и получила широкую известность.

После этого Петр Лебедев решил непосредственно перейти к проблеме, давно его занимавшей, а именно к экспериментальному доказательству явления светового давления. Было очевидно, что открытие светового давления должно стать важным этапом в исследовании природы света, а именно, может стать окончательным доказательством гипотезы Максвелла о его электромагнитной природе. Ведь несмотря на процитированные выше слова ученого, опыты Герца и его собственные эксперименты показывали только сходство свойств световых лучей и электромагнитных волн.

Нужно сказать, что Лебедев был не первым экспериментатором, взявшимся за эту проблему. Например, довольно далеко продвинулся в этом направлении английский ученый Уильям Крукс. В 1873 году он, пытаясь определить атомный вес открытого им таллия, сконструировал весы, коромысла которых находились в вакууме. В результате он обнаружил, что весы чувствительны к… теплу! Это наблюдение привело Крукса к идее создания прибора «радиометра», который представлял собой подвешенную в вакууме, а точнее, в разреженном газе миниатюрную мельницу. Ее легчайшие лопасти были сделаны из фольги: одна их сторона была зачернена, другая – отполирована. При приближении источника тепла или освещении солнечным светом мельница начинала вращаться. Казалось, явление светового давления, предсказанное Максвеллом, было доказано. Но коллеги Крукса, и, прежде всего, сам Максвелл, увидели, что эффект, выявленный радиометром, слишком силен. В конце концов было установлено, что лопасти мельницы приводятся в движение не световым давлением. Блестящие и темные части лопастей мельницы нагревались по-разному и по-разному взаимодействовали с разреженным газом.

Лебедев понимал, что прежде всего следует добиться гораздо более высокого вакуума, чем в опытах Крукса. Эту задачу он решил с помощью ртутного насоса. К весне 1899 года Лебедев в своей установке получил в сотню раз более высокое значение вакуума, чем у англичанина. А вот как сам Петр Николаевич описывал устройство установки: «Между двумя кружками, вырезанными из тонкого листового никеля, была зажата согнутая в виде цилиндра слюдяная пластинка. Цилиндр служил телом радиометра; внутри его находилось неподвижно скрепленное с ним крылышко. Этот радиометр был подвешен на стеклянной нити внутри эвакуированного стеклянного баллона. Когда я направил на крылышко свет лампы, я постоянно наблюдал отклонения, которые были одного порядка с теми, которые вычисляются по Максвеллу…»

Предварительное сообщение о результатах своих опытов Петр Николаевич сделал в 1899 году. Затем он представил магистерскую диссертацию «Экспериментальные исследования пондеромоторного действия волн на резонаторы». Летом Лебедев выступил с докладом в Швейцарском научном обществе. Тем временем профессоры Московского университета обсудили работу Петра Николаевича, оценили ее как исключительную и рекомендовали ректору присвоить автору степень доктора, а не магистра. 28 февраля 1900 года Лебедев стал экстраординарным профессором Московского университета.

Петр Николаевич не оставлял своих опытов и к лету того же года доказал существование светового давления и при этом смог измерить его значение, показав, что оно соответствует величине, предсказанной Круксом. Вооружившись новыми результатами, Лебедев отправился в Париж, на Всемирный конгресс физиков, где выступил с докладом. Великолепно поставленные эксперименты российского ученого доказали мировому научному сообществу существование светового давления и принесли Петру Лебедеву широкую известность. Знаменитый Кельвин, например, в беседе с К. А. Тимирязевым говорил: «Вы, может быть, знаете, что я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления, а вот ваш Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами», а известный физик Фридрих Пашен писал Лебедеву: «Я считаю Ваш результат одним из важнейших достижений физики за последние годы и не знаю, чем восхищаться больше – Вашим экспериментальным искусством и мастерством или выводами Максвелла и Бартоли [99] Адольфо Бартоли – итальянский физик. В 1876 году обосновал существование светового давления, исходя из термодинамических соображений. . Я оцениваю трудности Ваших опытов, тем более что я сам несколько времени назад задался целью доказать световое давление и проделал подобные опыты, которые, однако, не дали положительного результата, потому что я не сумел исключить радиометрических действий». Также за свои работы Лебедев получил премию Академии наук и был избран в ее члены-корреспонденты.