Анна Ливанова - Физики о физиках

Немецкий физик Генрих Герц лишь через несколько лет после смерти Максвелла создал вибратор, который генерировал электромагнитное излучение. Герц не только получил электромагнитные волны, но и доказал экспериментально, что скорость распространения их та же, что и скорость света.

Вторым из предсказанных Максвеллом главных следствий его теории было давление света. В «Трактате по электричеству и магнетизму» ученый писал:

«В среде, в которой распространяется волна, появляется в направлении ее распространения давящая сила, которая во всякой точке численно равна количеству находящейся в волне энергии, отнесенной к единице объема. Если положить, что в ясную погоду солнечный свет, поглощаемый одним квадратным метром, дает 123,1 килограммометра энергии в секунду, то на эту поверхность он давит в направлении своего падения с силой 0,41 миллиграмма».

Чтобы утвердить теорию Максвелла, надо было доказать существование этого ничтожного давления и измерить его величину. Такую задачу поставил перед собой Петр Николаевич Лебедев: как бы ни было трудно — измерить давление света, доказать, что оно не фикция, не домысел, а явление, реально существующее в природе. Кстати, и эффекты, подтверждавшие грандиозную общую теорию относительности, тоже очень малы по величине и тоже были весьма трудны для измерения.

Небезынтересна реакция на открытие Максвелла Уильяма Томсона (известного многим под именем лорда Кельвина). Этот современник и почти ровесник Максвелла (правда, прожил он чуть ли не вдвое больше и умер уже в нашем веке), был выдающимся ученым, сделавшим фундаментальные открытия в термодинамике, в том числе и в области термоэлектричества. Занимался он и электротехникой, и немало сконструировал электромагнитных приборов. Так что явления электромагнетизма никак не являлись ему чуждыми.

Томсон был, видимо, хорошо знаком с Максвеллом. Во всяком случае, в течение многих лет он общался с ним, когда проводил часть летних семестров в Кембридже, где работал Максвелл. Больше того, когда в Кембридже была создана Кавендишская лаборатория, — знаменитая лаборатория, которую по очереди прославили все ее руководители — Максвелл, Дж. Дж. Томсон, Резерфорд, — великого лорда Кельвина пригласили заведовать кафедрой физики и возглавить лабораторию. Но он решил остаться в своем университете в Глазго и рекомендовал на эту должность не кого иного, как Максвелла.

И при всем том именно он, лорд Кельвин, не понял главного труда Максвелла.

Правда, у него, видимо, все-таки не было уверенности в полной своей правоте, потому что в конце века, когда его чествовали на юбилее, он признался: «Я знаю не больше об электрических и магнитных силах, чем я знал и чему пытался учить моих студентов пятьдесят лет назад».

И лишь незадолго до смерти произнес он уже известные нам слова: «Я не признавал световое давление, и вот ваш Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами».

Опыты Лебедева достаточно много раз описывались, чтобы заново о них рассказывать. Экспериментальное искусство ученого, его прямо-таки уникальная изощренность, изобретательность в преодолении, казалось бы, непреодолимых трудностей произвели сильное впечатление и на физиков и на «профанов».

Что значит «свет будет давить с силой 0,41 миллиграмма»? Это значит, что если на одну чашку весов сядет мошка, а на другую упадет солнечный луч, то первая опустится вниз.

Но трудность измерения давления света заключалась не только и не столько в том, что сила давления очень мала, — это было бы еще полбеды. Главное же осложнение происходило из-за того, что экспериментатору мешал сам свет. Мешал двумя способами.

Чтобы измерить давление света, пучок лучей бросают на легчайший подвижный предмет — крылышко, зеркальце, диск — и определяют его перемещение. Но этот подвижный предмет, скажем зеркальце, от того же света нагревается и отдает часть своего тепла окружающему газу. Возникают конвекционные токи, и они, подобно ветру, вращающему крылья мельницы, давят на зеркальце, причем гораздо сильнее, чем давит сам свет. И когда зеркальце перемещается, то неизвестно отчего — от давления света или от потоков воздуха.

Однако это не единственная помеха.

Оказалось, что под действием света возникает еще один эффект, который назвали радиометрическим. Суть его в том, что обе стороны зеркальца, нагревающиеся, естественно, по-разному (ведь свет падает с одной стороны), отдают и разное количество энергии соприкасающимся с ними молекулам газа. Ту сторону, где эта энергия больше, молекулы покидают с большей скоростью, или, что то же, с большим импульсом. А по закону сохранения импульса, улетая, они с большей силой отталкивают зеркальце, чем молекулы противоположной «холодной» стороны. Радиометрические силы действуют в том же направлении, что и давление света, а величина их на несколько порядков превосходит величину светового давления.

Чтобы «обезвредить» эти вторгающиеся в опыт силы, прежде всего надо было создать возможно больший вакуум, максимально достижимое разрежение: чем меньше молекул газа останется в сосуде, тем слабее станут помехи. Здесь Лебедев превзошел всех своих современников-физиков.

Но один вакуум дела не решал. Много различных приборов пришлось сконструировать и построить исследователю, много перебрать вариантов условий опыта и испытать различных схем измерений, пока многолетний, упорный и изощренный труд не привел его, наконец, к успеху.

Так заканчивался для него XIX век.

А наступление XX шло для Лебедева под знаком центральной задачи, которую он перед собой поставил — измерить давление света на газы. Для астрономии и прежде всего для решения загадки отклонения кометных хвостов именно она была главной. Между тем экспериментальные трудности здесь были неизмеримо коварнее, а само давление — примерно на два порядка меньше, чем на твердые тела.

Более восьми лет затратил Лебедев на эти эксперименты, пока достиг полной удачи. Выдающийся немецкий астрофизик Карл Шварцшильд писал ему потом: «Я хорошо помню, с каким сомнением услышал в 1902 году о Вашем предположении измерить давление света на газ, и я преисполнился тем большим удивлением, когда прочел, как Вы устранили все препятствия».

Международное признание заслуг Лебедева перед наукой было очень широким. Выразилось оно и в том, что его избрали почетным членом Лондонского Королевского общества. Признание радовало Лебедева. Но тревожила и угнетала развивающаяся болезнь.

Напряженнейшая работа днем и ночью изнуряла и все больше подрывала здоровье. Приступы стенокардии учащались. Приходилось прерывать эксперименты и уезжать на лечение в горы.

Об одной такой поездке вспоминает Борис Владимирович Дерягин: