О ввеликих людях:
Я считал его одним из первых и лучших физиков нашего времени...
Г. А. Лоренц
...Побуждал и будет побуждать людей посвящать свое время и труд на разработку научных вопросов только прирожденный талант, талант понимать, чувствовать и угадывать стройные соотношения в предвечных законах природы...
П. Н. Лебедев
1
Физиком он стал вопреки семейным традициям и воле отца. Ему была уготована иная стезя — коммерция.
Лебедев-отец служил в московской фирме чаеторговцев Боткиных. Дела он вел энергично и с неизменным успехом. У Лебедевых было две дочери и сын Петр, родившийся 8 марта 1866 г. Отец смотрел на него как на будущего помощника, который со временем заменит его во всем.
После трехлетнего домашнего обучения мальчик был помещен в частное коммерческое училище (Peter-Paul-Schule; ученый называл его «Петропавловским церковным училищем»), где обучались дети немецкой буржуазии средней руки. Здесь Петя Лебедев превосходно выучил немецкий язык и одновременно получил отвращение к коммерции, к бухгалтерии, хотя последняя приучила его к аккуратности в делах, что отразилось потом при ведении лабораторных отчетов и научных дневников. Совершенно неожиданно для окружающих у мальчика пробудился интерес к технике. Одной из причин, видимо, была дружба с Александром Эйхенвальдом, который собирался учиться на инженера, а впоследствии стал крупным физиком.
Но совершенно особую роль в судьбе Петра Николаевича сыграл знакомый их семьи — инженерный офицер Александр Николаевич Бекнев, воспитанник Кронштадтской электротехнической школы. Однажды он показал 12-летнему мальчику несколько простых опытов по электричеству, которые совершенно того пленили. В 1896 г., отвечая Бекневу на поздравление в связи с присвоением ему звания приват-доцента, Лебедев писал: «До сих пор мне жив и памятен тот колоссальный переворот во всем моем миросозерцании, который Вы произвели Вашей электрической машиной из пластины стекла с подушками из офицерских перчаток...»1.
В коммерческом училище изучали и физику. Заметив интерес Пети Лебедева к приборам и аппаратам, преподаватель стал использовать любознательного ученика в качестве помощника. Вначале отец ничего не имел против увлечения сына и даже позволил ему приобрести некоторые электрические приборы для домашних опытов.
В коммерческом училище Лебедев учился, видимо, неважно (в одном из писем к отцу он, например, сообщает о своей переэкзаменовке), зато с увлечением читает научно-популярную литературу и начавший тогда выходить журнал «Электричество». И у него все крепло желание — заняться электротехникой. Он даже облюбовал и высшее учебное заведение — Московское техническое училище (ныне МВТУ им. Н. Э. Баумана). Однако коммерческое училище не давало права на поступление в институт. Он пытается уговорить отца разрешить перейти в реальное училище, отец же, со своей стороны, старается отговорить сына. Он специально прививает ему привычки к удовольствиям и легкой жизни: у мальчика была собственная лодка, верховые лошади, в доме устраивались молодежные вечера, любительские спектакли. Петя ничего этого не чурался, был жизнерадостным, веселым и общительным подростком. Он любил театр, музыку, литературу, увлекался спортом, однако планов своих не менял.
Видя такую настойчивость, отец, в конце концов, согласился, и в 1880 г. (в шестом классе) Петя перевёлся реальное училище Хайновского. С этим учебным заведением связаны самые кошмарные воспоминания Петра Николаевича: по своим нравам оно напоминало бурсу.
Помимо занятий в училище, юный Лебедев посещает вечерние чтения в Политехническом музее и мечтает войти в Общество любителей естествознания, антропологии и этнографии.
К началу 1882 г. относятся его первые попытки заняться изобретательством. Так, он усовершенствовал наконечники магнита в телефонном аппарате, потом разработал автоматический регулятор движения по одноколейной железной дороге. Свой проект он отправил на суд Бекнева. Тот писал в ответ: «Токи направлены совершенно верно; время перерыва и замыкания тока рассчитано хорошо... не ожидал, признаться, от Вас такого быстрого движения в этой области и такого внимательного отношения к предмету».
В эти годы Лебедев начал вести дневник, занося в него не столько события жизни, сколько размышления о волновавших его проблемах, свои технические и физические идеи. 1 февраля 1883 г. он записал: «Мое постоянство по отношению к моему изобретению очень удивляет папу. Очевидно, ему хотелось бы, чтобы я кидался от одного к другому, и тогда, может быть, я изменю мое желание сделаться инженером». Характерна запись, сделанная юношей в день своего 17-летия: «Самая чистая, высокая любовь, свойственная только человеку, — любовь к науке, искусству и родине». Отец все надеялся переубедить сына, думал, что тот охладеет к электротехнике. Этого, однако, не произошло. И лишь через полгода «борющиеся стороны» пришли к окончательному соглашению. 15 июня в дневнике появилась запись: «Опять я начинаю вести мой дневник с более чистым сердцем, чем прежде, так как теперь моя техническая карьера решена».
Петр Николаевич отличался настойчивостью в достижении цели, начатое всегда выполнял с вдохновенным упорством. Он считал, что эта черта у него отцовская — «лебедевская». Неудачи его не обескураживали, одну идею тут же сменяла другая, он изобретательно находил выход из самых затруднительных положений. В 1882 — 1883 гг. он занес в дневник более сорока своих изобретательских проектов, подчас сопровождая их краткими пояснениями, а то и математическими выкладками.
2
Реальное училище Лебедев окончил в 1883 г. Об университете он не мог помышлять, поскольку для университета нужно было гимназическое образование с латынью и греческим. Обладая ярко выраженным дарованием, он, однако, и в коммерческом, и в реальном училищах успевал средне, потому что «разбрасывался», занимался вещами, ничего общего не имеющими с учебной программой. Да и общая его подготовка, видимо, была невысокой. В Московское техническое училище он не смог сдать экзамены, а еще через год сдал их не очень хорошо, так что пришлось прибегнуть к протекции московского генерал-губернатора. «Плохое начало технической карьеры для человека, страстно о ней мечтавшего»,— замечает ученик и биограф Лебедева Торичан Павлович Кравец2.
В России тогда все большее и большее распространение получало электричество, прежде всего в целях освещения. В 1867 г. была изобретена динамомашина, через шесть лет А. Н. Лодыгин изобрел лампу накаливания; затем появилась «свеча Яблочкова». Уже довольно широко применялись электрические приборы. Росло и число лиц, устремлявшихся на тернистую стезю изобретательства. Ее избрал и Петр Лебедев. Возможно, что в качестве изобретателя он и не поднялся бы выше среднего уровня. Но, к счастью, юного изобретателя постигла неудача, направившая его устремления в иную сторону. Он задумал построить так называемую униполярную машину — электрическую машину без дорогостоящего коллектора, и долго, более полутора лет, возился с ней, разработал несколько вариантов. «Я измыслил на основании существовавших тогда теорий такую — и сейчас скажу — остроумную машину, что директор завода Густава Листа предложил мне без промедления выстроить машину на 40 лошадиных сил; я сделал все чертежи, машину отлили, сделали (штука вышла в 40 пудов) — и ток не пошел. С этого капитального фиаско началась моя экспериментаторская деятельность; но этот злополучный опыт, который почти стер меня в порошок, не давал мне покоя, покуда я не нашел физической причины, его обусловливавшей, — это коренным образом перевернуло мои представления о магнетизме и дало им ту форму, которую я впоследствии за границей узнал у английских авторов.
Очень может быть, что мой первый дебют в электротехнической изобретательности мог кончиться благополучно и большим эффектом, что, конечно, заставило бы меня стать на другие рельсы, и потом вряд ли я мог перейти на научную дорогу, но несчастье с машиной повлекло очень упорную и разностороннюю работу мысли над причиной явления; я мало-помалу от технических применений перешел к самим явлениям, и у меня стали копошиться мысли о том, каким образом мне иллюстрировать основы моей магнитной теории на опыте, — я, сам того не замечая, перешел из техники в ученую сферу».
Для покрытия убытка незадачливому изобретателю пришлось несколько месяцев безвозмездно проработать на заводе Листа техником. (Завод этот находился на Москве-реке, против Кремля.)
А как шли его студенческие дела? В письме к Бекневу Петр Николаевич отвечает на этот вопрос с присущей ему откровенностью: «Учеником в Техническом я был плохим, неряшливым и странным; когда я еще в немецком училище собирался в Техническое... я представлял себе деятельность инженера как деятельность изобретателя, мысли которого исполняют слесаря, но пребывание на заводе у Листа показало мне практику жизни, и это заставило меня несколько сжаться и отшатнуться. Попав в Техническое училище с головою, набитою всевозможными вопросами, с техническими знаниями, превосходящими знания всех товарищей, и с врожденным интересом к делу, я столкнулся с самой нелепой, чудовищной системой: уже зная, что требует практика, я должен был исполнять, например, по черчению такую ерунду, которая никогда не может и трех дней просуществовать на практике и даже в виде мысли не придет в голову среднему человеку — это с одной стороны. С другой стороны, я не встретил ни в одном товарище интереса к делу по существу, попросту инженерного таланта: все это были только ученики, которые учат то, что им предлагают, с одной мыслью о зачетном балле; я был на десять лет старше их. С точки зрения ученической все мое пребывание в Техническом училище было какою-то неразберихой: все мне было противно, от всего я отлынивал и, вероятно, кончил бы очень плохо — меня бы, вероятно, уволили за тупоумие и лень».
В своем «Жизнеописании» («Vita»), приложенном потом к докторской диссертации, Петр Николаевич отмечает, что он «слушал лекции по математике, физике и механике у следующих господ профессоров и доцентов: ...Давыдовского, Михалевского, Шапошникова, Щегляева, Жуковского, Слугинова»3. Помимо того, он много читает: можно назвать «Космос» Гумбольдта, «Происхождение видов» Дарвина, «Историю философии» Льюиса, сочинения Ломоносова, Столетова, Менделеева, Сеченова, Умова.
К четвертому курсу Лебедев, однако, понял: кончать Техническое училище не следует, инженерное поприще — не для него. Но три года, проведенных в Техническом училище, не пропали, конечно, зря; он получил там слесарные и столярные навыки, научился чертить, работать на станках, пользоваться инструментом, вынес определенные знания и о специальных технических предметах. Анализируя свои технические промахи, он все глубже интересовался вопросами теории, сущностью физических явлений. Это способствовало его общему философскому и научному развитию. Любознательному, ищущему юноше хотелось стать исследователем тайн природы, ученым. Именно в этом он увидел свое призвание.
Что было делать? Благой совет подал профессор В. С. Щегляев, возглавлявший кафедру общей физики. Под его руководством Лебедев выполнил свою первую научную работу. Видя и понимая затруднения талантливого студента, профессор посоветовал бросить Техническое училище и отправиться за границу, например в Страсбург. Щегляев сам там учился — в Физическом институте Страсбургского университета — у знаменитого физика-экспериментатора Августа Кундта — выдающегося ученого и педагога, главы физической школы. Профессор Щегляев был самого высокого мнения о той науке, что прошел у него.
Лебедев как-то сразу уверовал в Кундта и решил отправиться в Страсбург, где физике к тому же обучали, не спрашивая знания латыни и греческого.
3
В августе 1887 г. скоропостижно, от сердечного приступа, скончался отец. В Страсбург Петр Николаевич приехал лишь в начале октября. Кундту понравился «студент из России». Он был трудолюбив, прилежен, безупречно владел немецким языком. Понравился и Кундт Лебедеву.
Август Кундт прославился исследованиями в области акустики, оптики, теплоты, кристаллооптики. Ученик и последователь выдающегося экспериментатора Густава Магнуса, он значительно превзошел его, особенно по части организации науки. Магнус был инициатором и организатором учебных физических лабораторий и первую лабораторию создал на собственные средства у себя на дому. Кундт же сумел на государственные средства построить большой и превосходно оснащенный Физический институт — внушительных размеров четырехэтажное здание. Последние годы жизни Кундт состоял иностранным членом Петербургской академии наук. Из числа его многочисленных учеников можно назвать К. Рентгена, В. А. Михельсона, В. А. Ульянина.
Через семь лет в речи на смерть учителя Петр Николаевич констатировал: «...он создал не только лучший в мире Кундтовский физический институт, но и основал в нем ту интернациональную Кундтовскую школу физиков, ученики которой рассеяны теперь по всему земному шару <...> Если Кундт как ученый, являясь нам во всем блеске своего таланта, занимает одно из первых мест среди современных ему физиков, то Кундт как учитель представляет собою совершенно исключительное явление как лектор и как руководитель будущих деятелей».
За границу Петр Николаевич уезжал не школяром, а уже по сути сложившимся ученым с остро развитым критическим мышлением, владеющим искусством эксперимента, на собственном опыте познавшим взаимосвязь теории и практики. Он отличался самостоятельностью как в мыслях, так и в поступках, что высоко ценил Кундт. Угадывая в молодом русском незаурядное дарование, видя, как он избегает шаблонных и проторенных путей, Кундт восхищался своим учеником, научной смелостью и оригинальностью его мышления, обилием идей, которые буквально роились в его голове.
Лебедев же нашел у Кундта все условия для развития своих способностей. Работать ему приходилось чрезвычайно много, поскольку физические познания его были несовершенны и полны пробелов. Необходимо было не только их заполнить, но и как можно быстрее войти в круг новейших научных проблем. В его письмах тех дней лейтмотивом звучит радость, счастье познания. Он писал матери: «С каждым днем я влюбляюсь в физику все более и более. Скоро, мне кажется, я утрачу образ человеческий, я уже теперь перестал понимать, как можно существовать без физики». «Коллоквиум, который мне еще так недавно казался не симпатичнее апокалипсического зверя, теперь обратился в источник наслаждений». «Для меня каждая страница прочитанного заключает больше удовольствия, чем труда, потраченного на усвоение; таким образом, я с утра до вечера занят тем, чем хотел заниматься с 12 лет, и у меня только одно горе — день мал».
В те годы у Кундта учился и Борис Борисович Голицын — будущий академик, выдающийся физик и метеоролог. Молодые люди подружились, старались помочь друг другу. Их жизнь была подчинена строжайшему распорядку, приходилось экономить каждый час, почти полностью исключив развлечения. Даже обеденное время они использовали рационально: пока обедал один, второй вслух реферировал прочитанное за день, потом менялись ролями. Во время загородных прогулок они тоже беседовали о своих учебных делах. Периодической литературы было так много, что они еле с нею справлялись.
Экономил Петр Николаевич время и в лаборатории. Так, он пользовался старым ртутным насосом, в который то и дело приходилось подливать ртуть. Лебедеву это надоело, и он сконструировал прибор для автоматической подачи ртути. Теперь он мог, включив автомат, покидать лабораторию. Кундту идея понравилась, хотя он и пожурил Лебедева за то, что тот расходует время не по назначению.
Конечно, Лебедев знал не одни победы и успехи, бывали и неудачи, разочарования, когда на смену счастливому вдохновению приходило неверие в свои силы, в правильность выбранного пути. Однако он их подавлял и снова погружался в занятия. Он не только изучает теорию, читает в оригинале труды Ампера, Максвелла, Фарадея, Гельмгольца, ведет напряженную экспериментальную работу, но и пробует свои силы (словно прикидывая, чему отдать предпочтение, чему посвятить себя) в разных областях физики. Аккуратно, педантично-трудолюбиво ведет он свои дневники (толстые тетради, похожие на бухгалтерские гроссбухи). Туда попадают все заинтересовавшие его идеи, планы исследований, в том числе и будущих. Эти страницы, исписанные крупным и четким почерком (со схемами, таблицами, расчетами), позволяют нам заглянуть в творческую лабораторию будущего ученого.
Именно в этот период Петр Николаевич окончательно определил направление своих устремлений: его больше всего, по существу, интересовала загадка происхождения магнетизма и электричества. Он решил заняться исследованием электромагнитных явлений.
Это было тогда главным направлением бурно развивающейся физики. О сложной и напряженной борьбе различных течений в науке того времени мы уже говорили в очерке о Максвелле, отмечали и роль Фарадея в развитии науки и значение работ Максвелла. Теория Максвелла, в частности, утверждала, что должны существовать электромагнитные волны. Генрих Герц серией блестящих и точных экспериментов доказал, что эти волны действительно существуют. Его опыты, о которых стало известно в 1888 г., буквально всколыхнули ученый мир. Легко понять, как взволновали они и молодого русского физика! Неудивительно, что он загорелся желанием внести свою лепту в эту область.
В таком душевном настрое Петр Николаевич Лебедев подошел к написанию докторской диссертации.
4
Он тогда находился уже не в Страсбурге, а в Берлине, куда последовал за Кундтом, который в 1888 г. занял в столичном университете кафедру Гельмгольца. Здесь Лебедев слушал лекции Христоффеля, Эмиля Кона, Гельмгольца, Кундта и доклады в Физическом обществе. А на коллоквиумах познакомился и сблизился с такими выдающимися молодыми учеными, как Генрих Рубенс и Макс Планк.
Поскольку в Берлинском университете нужно было сдавать латынь, Кундт посоветовал Лебедеву вернуться в Страсбург и там защищать диссертацию «Об измерении диэлектрических постоянных паров и о теории диэлектриков Моссотти — Клаузиуса».
Заменивший Кундта Фридрих Кольрауш тоже был крупным ученым, однако без широты и эрудиции Кундта. К теме Лебедева он отнесся неодобрительно, но тот все-таки отстоял ее. Еще в апреле 1890 г. он провел серию успешных экспериментов по исследованию зависимости диэлектрических свойств жидкости от температуры. Работа над новой темой не увлекла его, но дело продвигалось вперед неплохо. Он писал матери: «Что касается диссертации, то я только одного боюсь, что она будет слишком длинной — я в принципе против длинных статей, так как их никто не читает». «Я прессую ее изо всей силы и выбрасываю все, что можно выбросить».
К середине июня 1891 г. диссертация была завершена и представлена оппонентам, а вскоре и успешно защищена. 23 июля 1891 г. Петр Николаевич получил право именоваться «доктором естественной философии» и шутливо писал матери: «Я покорнейше прошу теперь всегда приписывать „D–r" — я не просто я, а доктор философии!»
Диссертация Лебедева была опубликована в 44 томе «Видемановских анналов» (1891) — ведущем физическом журнале того времени — и явилась первой печатной работой молодого ученого. Коллеги приняли ее благосклонно. Однако сам автор не особенно любил эту работу, так как, по сути дела, она не была им доведена до конца.
Интересно, что одновременно с исследованием диэлектрической постоянной паров Лебедев изучает проблему светового давления на мельчайшие частицы в космическом пространстве. Он писал: «Я, кажется, сделал очень важное открытие в теории движения светил, специально комет... найденный закон распространяется на все небесные тела. Сообщил Винеру4; сперва он объявил, что я с ума сошел, а на другой день, поняв в чем дело, очень поздравлял. Сперва я был в сильном нервном напряжении, но теперь, когда закон доказан, я ничуть не волнуюсь, частью может быть оттого — этого я не скрою,— что озадачен, даже ошеломлен его общностью, которую сначала не предвидел. Выведенный мною закон не есть дело минутного наития: около двух лет ношу его зачатки. Вопрос, которым я занят уже давно, я люблю всей моей душой, так, как я себе представляю, родители любят своих детей».
30 июля на последнем коллоквиуме в Страсбургском университете Лебедев рассказал о своих идеях. Он сообщает матери: «Сегодняшний день — день очень важный в моей жизни: сегодня я в последний раз говорил в Colloquiume о вопросе, который вот уже три года занимает меня беспрерывно: "О сущности молекулярных сил". Говорил я с эстетизмом (и говорил хорошо — я это знаю) — я держал как бы покаянную исповедь; "тут было все: амуры, страхи и цветы! — и кометные хвосты, и гармония в природе. Два часа битых я говорил и при этом показывал опыты, которые произвели фурор и удались мне так, как редко удаются. Когда я кончил, посыпались замечания, пререкания, язвительства — все как следует...».
Профессор Кольрауш предложил Лебедеву место ассистента у себя в институте (предложение, надо сказать, весьма соблазнительное), но тот, не раздумывая, отказался.
Вместе с тем не без сомнений и горестных предчувствий собирался молодой доктор на родину. В одном из его последних писем домой читаем: «Самое счастливое время моей жизни было пребывание в Страсбурге, в такой идеальной физической обстановке. Какова будет моя дальнейшая судьба — я только вижу туманное пятно с большим знаком вопроса. Одно знаю — я буду работать, покуда глаза видят и голова свежа и постараюсь принести посильную пользу».
5
В Москву Петр Николаевич вернулся в середине августа 1891 г. с обширным планом научной работы, рассчитанным на много лет. План состоял из четырех разделов — А, Б, В, Г. В каждом из них было по нескольку подпунктов. Интересно, что в то время проблема светового давления еще не казалась Лебедеву основной: мы находим ее на третьем месте второго раздела: «Б. Экспериментальные исследования... 3. Световые и электромагнитные волны». (В первом разделе значились «теоретические соображения», связанные с теорией Максвелла.)
Страсбургский друг Петра Николаевича Б. Б. Голицын, уже работавший в Московском университете ассистентом у профессора А. Г. Столетова на кафедре физики, горячо рекомендовал тому своего одаренного друга.
Александр Григорьевич Столетов прославился исследованиями по электромагнетизму, установлением закона электромагнетизма и открытием фотоэффекта. В начале 70-х годов он организовал первую в России лабораторию — сначала учебную, а затем и научно-исследовательскую.
По приглашению Столетова Лебедев начинает работать у него в лаборатории. Однако Столетову не удалось исхлопотать для Лебедева даже должности ассистента (лаборанта). И только в марте 1892 г. Петр Николаевич был зачислен на правах штатного ассистента (да и то вначале без жалованья) в лабораторию, которую возглавлял профессор А. П. Соколов.
Лаборатория Московского университета, конечно, не шла тогда ни в какое сравнение с лабораторией Кундта: она занимала несколько скромных комнат двухэтажного здания во дворе на Моховой улице. Лебедев не представлял себе экспериментальной работы без мастерской при лаборатории и начал создавать ее. Он составил смету на необходимые инструменты и токарный станок (последний стоил 300 рублей). Сумма заявки ужаснула Столетова. Как он и предвидел, правление университета отказалось оплатить счет, заметив при этом, что токарному станку не место в физической лаборатории. Тогда Петр Николаевич, переписав счет, вместо слов «токарный станок» написал «точная дребанка» (от немецкого Drehbank — токарный станок), после чего счет был подписан. Для собственных исследований ему разрешили отгородить в коридоре «свободный угол».
В ту пору единственным местом, где московские физики могли общаться между собой, было Физическое отделение Общества любителей естествознания, антропологии и этнографии. Собиралось оно в здании Политехнического музея, председателем отделения был Н. Е. Жуковский.
К этому времени относится начало знакомства (и дружбы) Лебедева с такими замечательными учеными, как К. А. Тимирязев, И. М. Сеченов, Н. А. Умов, оказавшими серьезное влияние на мировоззрение молодого физика. Тимирязев потом вспоминал о Лебедеве, что это был высокого роста человек «с глубоким проницательным взглядом прекрасных ясных глаз, в которых в то же время будто играет искорка живой, заразительной иронии, так хорошо знакомой всем знавшим Лебедева...»
Интересна и характеристика, данная Тимирязевым молодому ученому: «Я не встречал человека, в котором глубокий и творческий ум так гармонически сочетался бы с изумительной выносливостью в труде, а физическая сила и красота сливалась с таким искрящимся остроумием и заразительною веселостью»5.
Еще в Страсбурге Лебедев заинтересогался спектральным анализом. Потом этот интерес усилился. В 91-м году Петр Николаевич опубликовал статью «Об отталкивающей силе лучеиспускающих тел», а через год на публичном заседании Отделения физических наук Общества любителей естествознания, антропологии и этнографии прочел доклад «О движении звезд по спектроскопическим исследованиям». Эти работы были высоко оценены астрономами, в том числе русскими — Ф. А. Бредихиным и В. К. Цераским.
В 1894 г. Лебедев публикует первую часть своей большой работы «Экспериментальное исследование пондеромоторного (механического.— Е. К.) действия волн на резонаторы». Уподобив реальную молекулу колебательному контуру, способному принимать и излучать электромагнитные волны очень высокой частоты, он изготовил такие модели молекул, которые позволили изучить закономерности их взаимодействия с электромагнитными волнами. Излучающая молекула (вибратор) в зависимости от собственной частоты колебаний модели приемного контура (резонатора) будет ее либо притягивать, либо отталкивать. «Если мы, — писал Лебедев, — станем на точку зрения электромагнитной теории света, если мы сделаем допущение, что волны Герца суть световые волны большого периода, то мы можем наши опыты рассматривать как попытку на чрезмерно больших схематических моделях молекул в основных чертах исследовать законы тех молекулярных сил, которые обусловлены взаимным лучеиспусканием молекул»6. Общий вывод из работы: «Главный интерес исследования пондеромоторного действия волнообразного движения лежит в принципиальной возможности распространить найденные законы на область светового и теплового испускания отдельных молекул тела и предвычислять получающиеся при этом междумолекулярные силы и их величину». И еще: «Становясь на точку зрения электромагнитной теории, мы могли бы применить рассмотренные результаты к изучению отталкивательного действия Солнца на кометные хвосты...».
В этой работе уже проявилось изумительное экспериментальное мастерство Лебедева. Достаточно сказать, что резонатор, частоту колебаний которого можно было регулировать, имел довольно сложное устройство, а весил всего 0,8 грамма!
Здесь ученый впервые получил электромагнитные волны длиной 3 мм. Напомним, что до этого были известны волны в 60 см, полученные самим Герцем. Лебедев поставил своеобразный «рекорд», который оставался непревзойденным в течение четверти века.
Согласно основной идее работы, контуры которой были ученым очерчены на прощальном коллоквиуме в Страсбурге, молекулы, излучающие электромагнитные волны, взаимодействуют между собой. Таким образом, работа Лебедева явилась одной из первых попыток изучения природы молекулярных взаимодействий и первым систематическим исследованием механических свойств волнового поля. Многочисленные первоклассные экспериментаторы, современники Лебедева, потерпели в своих попытках исследования этого явления неудачу.
В начале января 1894 г. в Москве происходил IX Всероссийский съезд русских естествоиспытателей и врачей. Когда пришло сообщение о безвременной кончине Генриха Герца, Петр Николаевич по просьбе Столетова, руководившего физической секцией, на одном из вечерних заседаний выступил с обзором исследований покойного и демонстрацией — впервые в России — его опытов. Лекция была прочитана с большим подъемом, опыты удались превосходно.
При подготовке к этой лекции у Лебедева родилась мысль продолжить опыты Герца. И уже через год появилась его работа «О двойном преломлении лучей электрической силы», сразу же признанная классической. Лебедев писал в ней: «Мне удалось при дальнейшем уменьшении аппаратов получить и наблюдать электрические волны, длина которых не превосходила долей одного сантиметра (λ = 0,5 см) и которые были ближе к более длинным волнам теплового спектра, чем к электрическим волнам, которыми в начале пользовался Герц... Таким образом явилась возможность распространить основные опыты Герца на кристаллические среды и пополнить их исследованием двойного преломления в кристаллах».
Новое еще состояло и в том, что Лебедев дальше Герца продвинулся в решении задачи — доказать тождество электромагнитных и световых волн. Для подтверждения теории Максвелла опыты Лебедева имели такое же огромное значение, как и опыты Герца.
С апреля по июль 1895 г. Петр Николаевич лечился за границей. Он посетил Германию, Австрию, Италию и одновременно с большим успехом читал там лекции о своей новой работе. К. А. Тимирязев потом отмечал: «...волны Герца требовали больших помещений для их обнаружения, целых металлических ширм в качестве зеркал для их отражения, чудовищных, в несколько пудов весом, смоляных призм для их преломления. Лебедев со свойственным ему неподражаемым искусством превращает все это в изящный маленький набор каких-то физических бирюлек и с этой коллекцией инструментов, помещающихся в кармане сюртука, объезжает всю Европу, вызывая восторг своих ученых коллег»7.
6
Столетов высоко ценил способности и энергию Лебедева, его самоотверженность в работе и неистощимый энтузиазм. Лебедев же всецело был на стороне Столетова и других прогрессивных профессоров в их непрекращающейся борьбе с чиновниками, вершившими судьбы народного просвещения. Столетов, как и Лебедев, имел прямой независимый характер, отличался большой принципиальностью и принадлежал к числу тех ученых-демократов, которые (как Сеченов, Тимирязев, Жуковский) боролись за демократизацию науки, стремились расчистить дорогу всему талантливому, предъявляли высокие требования к уровню знаний студентов. Столетов, кроме того, боролся против разного рода идеалистических течений в науке — махизма, философии В. Оствальда. Этим он постоянно наживал себе врагов, а на борьбу с ними уходило много душевных сил.
Все больше ценя яркое дарование Лебедева и его преданность делу, Столетов приближал его к себе, надеясь, что со временем он станет его преемником. Столетов внимательно следил за успехами молодого ученого и всячески его поддерживал. Когда Петр Николаевич закончил работу «О двойном преломлении лучей электрической силы», Столетов весной 1895 г. выступил с сообщением о ней на заседании Физического общества в Киеве. 16 декабря того же года в отправленной Лебедеву открытке Столетов с беспокойством осведомляется: «Что же Вы исчезли? Не опять ли сокрушены инфлуэнцей или «световым давлением»?»
11 марта 1896 г. Лебедев прочел так называемую пробную лекцию на звание приват-доцента «О явлении электрического резонанса». Лекция была одобрена Советом факультета, и вскоре Петр Николаевич по предложению Столетова был утвержден в звании приват-доцента, получив право читать самостоятельный курс.
27 мая 1896 г. Столетов неожиданно умер. Еще не оперившийся приват-доцент Лебедев остался без столь нужного ему защитника и руководителя. И очень скоро сам стал мишенью для вражеских стрел. К. А. Тимирязев потом писал: «Если будущий историк русской культуры заглянет когда-нибудь в университетский архив, он узнает, что был момент, когда я выступил его (Лебедева — Е. К.) единственным защитником, — момент, когда он готов был бросить Московский университет и бежать в Европу. Не раз повторял я с гордостью, что сохранил его России...».
Во время последних встреч Столетов как бы завещал Лебедеву свои заветные мысли о будущем науки в России, о развитии университетской лаборатории, о направлении его, Лебедева, собственных исследований. И это завещание Петр Николаевич всегда потом стремился претворить в жизнь.
Так закончился первый — «столетовский» — период деятельности Лебедева в Московском университете.
Петр Николаевич любил живую беседу коллоквиумов, споры, лабораторные исследования и не любил экзаменов, лекций, хотя лектором был незаурядным. После смерти Столетова, когда встал вопрос о замещении его курсов, Н. А. Умов и Совет факультета отнеслись к кандидатуре Лебедева (тогда еще не имевшего даже магистерской отечественной степени) с некоторым недоверием. Ему поручен был курс на медицинском факультете и лишь через несколько лет — на естественном отделении. Позже Петр Николаевич стал читать для физиков и факультативный курс «Задачи современной физики».
В 1897 г. Лебедев завершил большую работу о пондеромоторном действии волн на резонаторы. О первой части ее говорилось выше. Вторую и третью части составили исследования с гидродинамическими и акустическими волнами. Работа была опубликована в трех номерах «Аnnаlen der Physik», а два года спустя вышла отдельной брошюрой на русском языке. Это исследование Лебедева стало как бы введением, подступом к доказательству им существования светового давления.
Свою книгу Петр Николаевич представил Совету факультета в качестве магистерской диссертации. Оппоненты Н. А. Умов и А. П. Соколов, поддерживаемые К. А. Тимирязевым, ходатайствовали перед Советом о том, чтобы соискателю была присуждена сразу степень доктора. Подобные решения Совет выносил крайне редко, но в данном случае высокая научная ценность работы ни у кого сомнений не вызвала. Лебедеву была присуждена степень доктора. В начале 1900 г. он был утвержден экстраординарным профессором и возглавил кафедру физики.
7
Лебедев уже несколько лет был занят экспериментальным доказательством и измерением светового давления. Этим исследованиям суждено было стать основным делом его жизни, его главным научным подвигом.
Проблема светового давления сыграла в науке важную роль. Мысль о том, что свет должен оказывать давление на тела, лежащие на его пути, высказал еще Кеплер в начале XVII в.; в этом он усматривал и причину образования кометных хвостов. Френель это давление пытался измерить. Гипотезу о световом давлении выдвинул затем Максвелл, разрабатывая теорию электромагнитных колебаний. К такому же выводу, но иным путем пришел и Адольфо Бартоли. Разрабатывая теоретические достижения Максвелла и Бартоли, Больцман открыл огромной важности соотношение, названное потом законом Стефана — Больцмана: Е=σТ4 (плотность радиации черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры). «Этим соотношением, — замечает Т. П. Кравец, — открывается путь ко всей термодинамике лучистой энергии. И мы видим, что ее первый решающий шаг не мог быть сделан без идеи о световом давлении и без максвелловского выражения для этого давления — выражения, доказательству правильности которого была посвящена научная жизнь П. Н. Лебедева»8.
Коллеги, знавшие о планах Лебедева, предсказывали ему неудачу, тем более, что многие первоклассные экспериментаторы (Крукс, Риги, Пашен и др.) уже потерпели в этом фиаско. Однако Лебедева это не остановило. Он вообще избегал легких задач. «Я обязан работать на пределе своих сил, — говорил он, — а то, что легко, пусть решают другие».
Свою задачу Петр Николаевич разделил на две части: давление света на твердые тела и давление на газы. Для решения даже первой части задачи (более простой из двух) ученому пришлось преодолеть огромные трудности.
Первая трудность — ничтожная величина светового давления: на поверхность в 1 м2 солнечный свет давит с силой около 0,5 мг, мошка давит с большей силой, чем световой луч! Требовалось же построить прибор, который измерял бы это давление. Однако не это оказалось самым трудным. Некоторые из созданных учеными приборов были столь фантастически чувствительны, что могли измерять давление даже меньшее, чем давление света. Парадоксальность ситуации состояла в том, что давление света с помощью этих удивительных приборов обнаружить и измерить тем не менее не удавалось. Почему? А потому, что при освещении крошечных и тончайших металлических и слюдяных крылышек (дисков)9 диаметром 5 мм, которые под действием света поворачивались и закручивали нить крутильных весов, возникали так называемые радиометрические силы, которые в тысячи раз превосходили силу самого светового давления. Она попросту терялась в них!
Эти чрезвычайно интересные для кинетической теории газов силы открыл знаменитый «мастер вакуумной техники» Вильям Крукс.
Механизм возникновения радиометрических сил связан с тем, что освещаемая сторона диска оказывалась более теплой, чем затененная. Вследствие этого молекулы газа отталкивались ею сильнее. А при отталкивании газовой молекулы от диска имеет место явление отдачи, которая на теплой, т. е. освещенной, стороне будет большей. В итоге возникает равнодействующая отдача, совпадающая по направлению с искомым световым давлением.
Противодействующее влияние оказывают, кроме того, еще и течения газа, обтекающего крылышки от их холодной стороны к более нагретой. Это так называемые конвекционные токи, возникающие благодаря неравномерности нагревания газа. Их противодействие суммируется с равнодействующей отдачи.
Было известно, что радиометрические силы и конвекционные токи убывают по мере разрежения газа. Следовательно, чтобы избавиться от них, необходимо помещать крылышки в вакуум. Крукс полагал, что при вакууме 0,01 мм рт. ст. конвекция уже не страшна. Однако в действительности нужен был значительно больший вакуум. Во времена Лебедева получение давления порядка 0,001 мм рт. ст. представляло еще немалые трудности. А при таком давлении в 1 см3 сосуда содержится более 1012 молекул — огромное количество! Они-то и не давали возможности прибору правильно измерять.
Радиометрический эффект, который физикам-экспериментаторам казался непреодолимой трудностью, Лебедев устранил весьма простым и остроумным способом. Он производил откачивание до возможного предела (в то время оно продолжалось сутками); на дно сосуда, в котором создавался вакуум, помещал каплю ртути. При легком подогревании ртуть испарялась, ее пары вытесняли из сосуда воздух, который увлекался вакуумным насосом. Затем сосуд охлаждался до –39° С, ртутные пары, замерзая, оседали на стенках. Получался почти идеальный — по тому времени — вакуум: 0,0001 мм рт. ст. (Впоследствии эта идея диффузионного захвата и замораживания легла в основу принципа создания наиболее совершенных современных насосов.)
«Другой прием уменьшения радиометрических сил,— отмечал Т. П. Кравец,— связан с глубоким анализом их природы: они объясняются различием «отдачи» газовых молекул на двух сторонах облучаемого диска — передней и задней; различие это зависит от разности температур на этих двух поверхностях диска. Следовательно, нужно уменьшить эту разность. Поэтому Лебедев отказывается от использования слюды, стекла и подобных веществ в качестве материала для дисков. Взамен он берет металл, как более теплопроводный и притом в весьма тонком листовом виде. В выборе металла он очень ограничен: при низких давлениях пары ртути разъедают поверхности всех металлов, которые со ртутью дают амальгаму. У Лебедева диски сделаны из платиновой жести, никеля и алюминия. Это ухищрение многие считают важнейшим залогом дальнейшего успеха Лебедева. Так, его товарищ по лаборатории Кундта Пашен пишет ему, получив от него его первую статью: «Ваш искусный прием, заключающийся в том, чтобы бросать свет на металлические диски, является ключом к разрешению вопроса».
Чтобы избавиться от конвекционных токов, Лебедев применил также крылышки специальной конструкции.
Конвекция газа, обтекающего крылышки, зависит от ряда причин.
1. От нагревания стенок сосуда. Чтобы устранить эту причину, ученый пропускал проходящий к сосуду световой пучок через целую систему стеклянных пластин-зеркал и линз, причем поглощавшиеся стеклом лучи отфильтровывались.
2. От нагревания остающегося в сосуде газа. Чтобы устранить это нагревание, Лебедев старательно удалял водяные пары и углекислоту и совершенно отказался от всякого рода замазок, клеев, смазки, каучука, поскольку подобные вещества способны выделять в вакуум нежелательные газы.
3. На конвекцию газа влияет и то, что могут нагреваться легчайшие (ажурные), подвешенные на тонкой нити крылышки, а от них — и газ в сосуде, их окружающий. Избежать этого можно одним способом — вести наблюдение при освещении крылышек попеременно то с лицевой стороны, то с оборотной, причем обе стороны должны иметь абсолютно тождественные оптические свойства. В обоих случаях действие конвекции происходит в одну и ту же сторону, суммарное же отклонение крылышек свободно от влияния конвекционной помехи.
Огюстен Френель, например, потерпел неудачу именно потому, что в его установке на крылышко, куда падал световой поток, действовали конвекционные помехи, механизма которых ученый не предвидел.
У Лебедева одна половина (скажем, левая) крылышек была зачернена, вторая оставалась зеркальной. Теория утверждала, что зачерненные участки целиком поглощают падающий свет, который производит на них в два раза меньшее давление, чем на зеркальные поверхности, целиком его отражающие. Наблюдения подтвердили это.
Сила светового давления, измеренная Лебедевым, получилась в среднем равной 0,0000258 дин. Эта цифра, как и другие, отличалась от теоретических примерно на 20%, всегда превышая их. Значит, Лебедеву не удалось полностью избавиться от радиометрических сил, однако ученый добился того, что они стали меньше сил светового давления. А уже это само по себе явилось огромным достижением.
Преодолевая огромные и многочисленные трудности, Лебедев продемонстрировал удивительное, дотоле невиданное мастерство эксперимента. Простая по сути дела идея потребовала от ученого для своего воплощения поистине героических усилий. И огромного физического напряжения, беспримерной настойчивости и терпения, ибо опыты продолжались не неделю, не месяц, а около восьми лет! При этом, глубже других понимая тайну физических процессов, Лебедев обладал даром добиваться успеха, не прибегая к каким-то особым хитростям. Его идеи всегда очень просты, но это та простота, корни которой в гениальности. А. А. Эйхенвальд, сам выдающийся экспериментатор, подчеркивал: «Эту работу можно считать верхом экспериментального искусства современной физики». Эту же мысль подчеркивал и Вильгельм Вин, писавший известному русскому физику В. А. Михельсону, что «Лебедев владел искусством экспериментирования в такой мере, в какой едва ли кто другой владеет в наше время...».
8
О положительном итоге своих экспериментов Петр Николаевич впервые сообщил 3 мая 1899 г. на заседании Общества естествоиспытателей в Лозанне. (В Швейцарии ученый лечился, так как мучительные по напряжению и трудности опыты закончились для него несколькими серьезными сердечными приступами. Но он был настолько увлечен делом, что на призывы врачей дать себе передышку отвечал: «Пусть я умру, но работу доведу до конца!»)
С более полным докладом Лебедев выступил в августе 1900 г. в Париже на Международном конгрессе физиков. Доклад назывался «Максвелло-Бартолиевые силы давления лучистой энергии» и для ученого мира явился настоящей сенсацией. По значительности с ним мог сравниться только доклад Марии и Пьера Кюри о получении ими чистого радия. Эта дата — август 1900 г. — и стала датой великого открытия Петра Николаевича Лебедева. К. А. Тимирязев рассказывает: «В 1903 г. величайший физик своего времени лорд Кельвин, упомянув в разговоре со мной имя Лебедева, добавил: "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"». Тимирязев добавляет к этому: «Молодой русский ученый в роли арбитра между величайшими физиками нашего времени, между Кельвином и Максвеллом,— сознайтесь, что это — явление незаурядное в истории молодой русской науки».
Однако сам Петр Николаевич остался недоволен своим парижским докладом и сразу же начал его переделывать. Работал он, как всегда, с большим подъемом и напряжением, нередко напролет дни и ночи и к лету 1901 г. довел себя до крайнего изнеможения. Одному из своих близких друзей он сообщал тогда: «Общее состояние здоровья плохое: все снадобья надо мной пробовали без результата, теперь начали электризовать; чем ушибся, тем и лечусь. У меня теперь задача скромная, но тоже, кажется, недостижимая: так наэлектризоваться, чтобы без особых болей можно было работать по электричеству».
В 1901 г. в «Журнале Русского физико-химического общества» и в «Annalen der Physik» была опубликована статья Лебедева «Опытные исследования светового давления», в которой он подвел итоги проделанной им работы; статья эта сразу же стала классической. Она кончалась словами: «Таким образом, существование Максвелл-Бартолиевых сил давления опытным путем установлено для лучей света».
Да, подтверждение теоретических предположений Максвелла и Бартоли о наличии светового давления и количественное его измерение — великая научная и историческая заслуга Петра Николаевича Лебедева.
Однако этим дело не ограничивалось: работа Лебедева как бы перебрасывала мост в будущее науки — к ее грядущим свершениям, на пороге которых физика тогда стояла. Т. П. Кравец пишет: «Дальнейшие шаги термодинамики излучения невозможны, если не признавать, что световое давление существует. Так, закон смещения Вина основывается на формуле давления на движущееся зеркало. И наконец, знаменитая формула Планка, в которой впервые в физике нашло свое отражение представление об атомах лучистой энергии — о квантах, или фотонах; эта формула исторически также не могла быть получена без представления о световом давлении.
Но со световым давлением связаны идеи еще иного порядка. Если на тело падает лучистая энергия, оказывающая на него давление, то, следовательно, она передает этому телу некоторое количество движения. А от признания связи энергии и количества движения один только шаг до связи энергии и массы. Это понятие в блестящем виде выведено Эйнштейном из принципа относительности»10.
Фридрих Пашен писал Лебедеву из Ганновера: «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. Я оцениваю трудности Ваших опытов тем более, что я сам некоторое время тому назад задался целью доказать световое давление и проделывал подобные же опыты, которые, однако, не дали положительного результата, потому что я не сумел исключить радиометрических действий».
Лебедев становится всемирно известным ученым. Его статьи переводятся на многие языки, друзья и ученики шлют ему восторженные письма, и тяжело больной ученый не падает духом, верит в возможность выздоровления и в то, что снова вернется к любимому делу.
Во время лечения он пишет одну из лучших своих популярных статей «Шкала электромагнитных волн в эфире», а 4 августа 1902 г. выступает на съезде Немецкого астрономического общества с докладом «Физические причины, обусловливающие отступления от гравитационного закона Ньютона», в котором, по сути дела, возвращается к идеям, поднятым им в работе 91-го года — «Об отталкивательной силе лучеиспускающих тел». Вместе с тем доклад этот замыкает цикл работ ученого, посвященных световому давлению на твердые тела.
9
В 1904 г. Физический институт переехал в новое здание во дворе университета. Лаборатория Лебедева с мастерской расположилась в двух комнатах второго этажа, а его ученики с их хозяйством получили подвальное помещение; его выбрал Петр Николаевич, чтобы приборы подвергались меньшей тряске. Вскоре это место прославилось как «лебедевский подвал». Сам же Петр Николаевич из родительского флигеля на Маросейке, в котором прожил столько счастливых лет, переехал в небольшую квартиру над своей лабораторией. Больному ученому так было удобнее: он мог теперь в любое время суток при необходимости спуститься к себе в лабораторию, к своим ученикам. Вопреки запретам врачей, беседы с ними нередко затягивались на долгие часы, до глубокой ночи. У Петра Николаевича, неважно было и с нервами; он чаще стал раздражаться, неудачи в работе учеников угнетали его теперь все больше. «Бурный, неуравновешенный,— характеризует его В. Д. Зернов, один из его учеников, — иногда резкий, иногда ласковый, целиком поглощенный интересами своей работы и работы своих учеников, всегда горящий и так скоро сгоревший».
Вскоре в жизни Петра Николаевича произошло серьезное событие: он женился на сестре своего друга Эйхенвальда Валентине Александровне. Она стала настоящим другом ученого и сделала все возможное, чтобы облегчить ему жизнь и работу.
Летом 1902 г., несмотря на обострившуюся болезнь сердца, Петр Николаевич берется за еще более трудную задачу — измерение давления света на газы. Он уже десять лет вынашивал идею опыта. Хотя Зоммерфельд, Аррениус, Шварцшильд и другие светила науки отрицали самую возможность такого рода давления, Лебедев был убежден в обратном, как и многие астрономы и физики того времени. Они-то и ждали, что за решение этой задачи возьмется именно Лебедев: другого ученого, способного справиться с экспериментом подобной трудности, тогда не было.
Давление света на газы, утверждал Лебедев, безусловно, имеет место, но оно в сотни раз меньше давления света на твердые тела. Свое доказательство существования сил светового давления на молекулы газа Лебедев изложил в августе 1902 г. в Геттингене на съезде Немецкого астрономического общества.
Идею опыта некоторые ученые считали тривиальной (зачем, дескать, понадобилось измерять световое давление особо в газах?), хотя, по всеобщему безоговорочному мнению, его осуществление безусловно представляло собой шедевр экспериментального искусства. Опыты потребовали от Петра Николаевича почти десяти лет напряженного и упорного труда.
Идея опыта была столь же простой, как и в случае измерения светового давления на твердые тела. Но в этой простоте имелись свои огромные трудности. В первом случае искусство ученого свелось к тому, чтобы, создав максимальный вакуум, нейтрализовать остатки газовых молекул от воздействия на измерительный прибор, здесь же, при нормальном давлении, что резко увеличивало мешающие эффекты, молекулы газа должны были, согласованно двигаясь в направлении светового потока, толкать легчайший поршенек, соединенный с коромыслом крутильных весов. Поршенек, отмечает Лебедев, «был выточен из магналия: при 4 мм длины и 2,85 мм в диаметре он весил меньше 0,03 г». Было опробовано более двадцати вариантов приборов, пока не найден наиболее подходящий условиям опыта. Лебедев еще раз продемонстрировал миру, что он из числа тех легендарных лесковских умельцев, которые в состоянии подковать даже блоху.
Установка, на которой П. Н. Лебедев доказал существовал светового давления на газы.
Не просто обстояло дело и с выбором газов для исследования. Наиболее пригодными оказались водородные смеси таких газов, как углекислота, метан этилен, пропан и бутан. «Исследование других газов,— писал Лебедев,— пришлось отбросить, так как они или обладали очень малой поглощательной способностью, или могли химически действовать на поршневой прибор».
На пять лет растянулись первоначальные опыты, требовавшие огромной технической изобретательности и нервного напряжения. О событиях того времени К. А. Тимирязев рассказывает: «...эта задача казалась уже окончательно неразрешимой... Но преодолевать непреодолимое уже стало специальностью Лебедева. История его новой работы не лишена некоторого драматического интереса.
Несколько лет тому назад, больной, измученный нашими проклятыми экзаменами, он вырывается на предписанный ему врачами отдых куда-нибудь в горы — в Швейцарию. Проездом останавливается он в Гейдельберге и взбирается на вышку Königstuhl'a, в астрономическую обсерваторию Вольфа. Знаменитый ученый говорит ему, что глаза всех астрономов обращены на него, что только от него ждут они разрешения интересующей их задачи.
В раздумье спускаясь обратно с Königstuhl'a, Лебедев передумывает снова давно занимающую его задачу и наконец находит ее решение. На другой день, забыв про необходимый отдых и предписания врачей, он вместо того, чтобы продолжать свой путь на юг, поворачивает на север, в душную, пыльную Москву. Дни и ночи, месяцы и годы кипит работа, и в декабре 1909 г. Лебедев выступает перед московским съездом естествоиспытателей со своей работой «О давлении света на газы», в которой он превзошел самого себя в своем экспериментальном искусстве».
Об успешном результате исследований Лебедева впервые было сообщено 27 декабря 1907 г. на I Менделеевском съезде (на заседании отделения физики), но завершены они были только через два года — к декабрю 1909 г. Итоги своего поистине подвижнического труда ученый продемонстрировал на Московском съезде естествоиспытателей и врачей. Итоговая статья «Опытное исследование давления света на газы», изложенная на 25 страницах, датирована февралем 1910 г. В том же году она напечатана в «Журнале Русского физико-химического общества», а затем в «Annalen der Physik» и в английском «Астрономическом журнале». Статья кончалась словами: «Таким образом, гипотеза о давлении света на газы, триста лет тому назад высказанная Кеплером, получила в настоящее время как теоретическое, так и экспериментальное обоснование».
Ученый мир был снова потрясен результатами Лебедева. Многие коллеги прислали Петру Николаевичу свои поздравления. Одним из первых откликнулся знаменитый астроном и физик Карл Шварцшильд: «Я хорошо помню, с каким сомнением я услышал в 1902 г. о Вашем предположении измерить давление света на газ, и я преисполнен тем большим удивлением, когда прочел, как Вы устранили все препятствия».
Уже много лет спустя А. К. Тимирязев, сын Климентия Аркадьевича, известный физик, писал, что эта работа Лебедева осталась непревзойденной: «Давление света на твердые тела измерили многие ученые, повторив опыты Лебедева. Световое же давление на газы еще никем не было повторено. Никто не отважился еще пойти по пути Лебедева!»
Представитель младшего поколения учеников Петра Николаевича С. И. Вавилов писал впоследствии: «П. Н. Лебедев предугадывал громадную роль светового давления в жизни Вселенной. Современная астрофизика вполне подтвердила это ожидание; с каждым годом все шире раскрывается первостепенная роль давления света в космических процессах, и его значение становится эквивалентным ньютоновскому тяготению. С другой стороны, доказанный факт светового давления необычайно облегчил конкретизацию той неразрывной связи между массой и энергией, которая по всей широте была выяснена теорией относительности. Элементарное световое давление современной квантовой физики, момент фотона hv/c, есть обобщение лебедевского опыта. На почве этого обобщения стало возможным понимание особенностей рассеяния лучей Рентгена и лучей гамма. Так называемый эффект Комптона есть в сущности осуществление лебедевского опыта в элементарном процессе при столкновении фотона и электрона. Таким образом, работы Лебедева по световому давлению — это не отдельный эпизод, но важнейший экспериментальный узел, определивший развитие теории относительности, теории квантов и современной астрофизики»11.
4 мая 1905 г. Российская академия наук «ввиду выдающихся научных достоинств... экспериментальных исследований по вопросу о световом давлении» присудила Лебедеву премию и избрала его членом-корреспондентом. 21 июля 1906 г. он получил звание ординарного профессора.
В 1911 г. Королевский институт Великобритании избирал его своим почетным членом. До Лебедева этой чести был удостоен только один русский ученый — Д. И. Менделеев.
Но сам Лебедев видел во всем этом не столько свой личный успех, сколько успех возглавляемой им школы русских физиков.
10
В 1910 г. главная научная программа Лебедева в основном была завершена, причем завершена блестяще.
К этому времени ученого глубоко заинтересовал ряд других научных проблем. Так, исследуя световое давление на газы, он начал работать и над вопросом о движении Земли в эфире, создал несколько оригинальных приборов, поражающих изобретательностью, конструкторским талантом и несравненным искусством преодолевать экспериментальные трудности.
«Отличительной чертой исследований Петра Николаевича, — писал Н. А. Умов, — было то, что они велись в областях природы, недосягаемых для обычного экспериментатора; только его изобретательность и замечательное техническое умение давали ему смелость и венчали успехом задачи, которые он себе ставил».
Между тем Лебедева начинает все больше интересовать астрофизика. Он участвует в работе Международной комиссии по исследованию Солнца, включается в дискуссию об изменении скорости света в межзвездной среде в зависимости от длины волны и даже публикует об этом несколько небольших статей, где впервые правильно указал, что причина явления не может быть заключена в самой среде.
В апреле 1909 г. ученый отмечает в дневнике: «Занимаюсь земным магнетизмом в связи с открытием Геля магнетизма солнечных пятен». Это было наиболее значительное исследование последних лет жизни Петра Николаевича, хотя успехом оно и не увенчалось.
В лаборатории Лебедева для изготовления приборов имелся специальный механик — Алексей Акулов, преданный Петру Николаевичу человек, проработавший с ним более двадцати лет, настоящий механик-художник. Он писал: «Первое время я получал от П. Н. самые подробные эскизы. Но вместе с тем он старался воспитать во мне самостоятельность. Он много отдал сил для того, чтобы я постиг эту премудрость. Сам он был хорошим мастером и нередко по ночам доделывал не оконченную мной работу. П. Н. требовал от своих учеников знания основ слесарного дела. Он не раз говорил, что только в этом случае физик будет знать, что можно требовать от механика».
Значительная часть приборов в «лебедевском подвале» изготовлялась силами самих работающих. В. Д. Зернов рассказывает: «...всяк сам производит себе орудия своего труда, ибо это не готовые аппараты, а аппараты, которые по мере развития эксперимента все совершенствуются — по мере развития самой задачи исследования. Всякий сам слесарь, столяр, оптик-стеклодув, порой виртуоз, которого не найдешь ни в одной мастерской самой известной фирмы».
В. К. Аркадьев дает описание этой лаборатории: «Кто привык к блеску обычных приборов физических кабинетов гимназий или демонстрационных аппаратов университетских аудиторий, не мог не удивляться грубому виду неструганых досок, неопиленных отливок и других неотделанных частей тех сооружений, с которыми по большей части работал Лебедев. Эти орудия наскоро изготовлялись тут же в его лаборатории и немедленно шли для воспроизведения новых явлений, ранее еще никогда и никем не виданных. В зависимости от требований экспериментатора, иногда под влиянием вновь возникающей мысли, эти приборы часто здесь же переделывались, получая новую, более рациональную форму. Они были расставлены на отдельных столах большой пустоватой залы, самый простор которой гармонировал со свободным полетом научной фантазии ее обитателя. В опытах с аппаратами такого "дикого" вида, ответственные части которых нередко заказывались фирмам с мировым именем, рождалась новая физика. Посещавшие лабораторию могли здесь видеть научную идею в момент ее возникновения»12.
Лебедев был одним из первых в истории науки ученых, которые осознали, что коллективная форма исследовательской работы — по единому научному плану, с решением комплексных проблем — является наиболее целесообразной и перспективной. Сразу же по возвращении из Страсбурга Петр Николаевич начинает работать в этом направлении — над созданием школы русских физиков и «русской национальной лаборатории», ибо «потребность в ней и необходимые ученые силы налицо».
У А. Г. Столетова, например, было немало учеников, однако своей школы он не создал — обстоятельства оказались сильнее его намерений. В статье «Памяти первого русского ученого» Лебедев с болью душевной писал «о той учебной барщине, которую отбывали Менделеев, Сеченов, Столетов и ныне здравствующие крупные русские ученые, чтобы только получить право проводить свои ученые работы, чтобы оплатить возможность прославить Россию своими открытиями».
Работать было трудно, не однажды Петр Николаевич горько жаловался на бесправное положение ученого. Ни чиновники из министерства просвещения, ни университетское начальство, ни коллеги не разделяли взглядов молодого ученого, считали, что это не дело университетов — создавать научные школы, печься о пополнении рядов научных работников. «Зачем, — спрашивали они у Лебедева, — набираете вы учеников и тратите на руководство их работами столько времени и столько сил? Нам это не нужно, университет — не Академия наук». То, что за рубежом стало самоочевидной истиной, в России принималось в штыки. Конечно, с годами, когда пришла научная слава, его положение в университете упрочилось, легче стало работать, меньше чинилось препон. Поначалу же положение молодого ученого, стремившегося сделать научную работу одной из главных задач университетского образования, было невероятно трудным. Петр Николаевич терпеливо и заботливо пестовал каждого из своих учеников, настойчиво внушал им свои идеи, прививал рабочие навыки. Число его учеников увеличивалось. «Имейте в виду, — говорил он им, — придет время, когда физики в России будут нужны и найдут применение своим силам».
П. Н. Лебедев, отмечает Кравец, был «цельный и глубоко интересный человек. Он поражал всех своей необычайной внешностью: громадного роста, столь же громадной физической силы, тренированной в юношестве спортом (гребля, альпинизм), с прекрасным лицом — он являл образ мужественной красоты в самом высоком понимании этого слова. В круг своих собратьев, московских ученых, он пришел из другой среды и резко отличался от среднего интеллигента и образованием, и манерами, и одеждой, поэтому среди них он не всегда считался "своим". Беседа его была оригинальна, образна и никогда не забывалась. Как и его учитель Кундт, он не искал популярности, не заискивал перед аудиторией, с учениками был подчас чрезвычайно резок. Требовательность к работе, как своей, так и чужой, доходила у него до крайности. И все же обаяние его таланта было таково, что работать у него считалось редким счастьем».
«Петр Николаевич, — писал Н. А. Капцов, один из учеников Лебедева, — был очень глубоким и очень тонким экспериментатором. Это совершенно не значит, что он не придавал никакого значения теории. Так, например, в вопросе о давлении волн он требовал знакомства с работами Рэлея, разработавшего вопрос о давлении для любых типов колебаний, требовал, чтобы те его ученики, которые занимались вопросами давления тех или иных волн, овладели этой, тогда для нас довольно трудной теоретической стороной вопроса. Если Петр Николаевич сам не занимался математическими выкладками, то он продумывал все явления с теоретической точки зрения, опираясь на свою изумительную интуицию, позволявшую ему многое предугадать без формул».
На I Менделеевском съезде в 1907 г. Петр Николаевич по состоянию здоровья не мог присутствовать; были командированы Кравец, Лазарев и Зернов — представители школы Лебедева, единого и сплоченного научного коллектива, до того в России не существовавшего. Переполненная аудитория Петербургского университета приветствовала их достижения и их главу, Петра Николаевича Лебедева, громом аплодисментов.
«Талант руководителя,— писал Т. П. Кравец,— это особый талант, часто совсем не совпадающий с талантом ученого-исследователя: гениальный Гельмгольц почти не создал школы; не гениальный, а только очень талантливый учитель П. Н. Лебедева Август Кундт создал блестящую плеяду учеников.
Огромный талант исследователя в П. Н. Лебедеве сочетался с необычайной силы талантом руководителя. И нисколько не умаляя значения его научных работ, можно спросить: не был ли его главным, лучшим талантом талант руководителя?»13
В последние годы жизни Петр Николаевич почти не выходил из Физического института, где находилась его квартира, спускаясь только в лабораторию. Прогулки по улице, особенно в холодное время, вызывали у него приступы грудной жабы. Он постоянно имел при себе болеутоляющий наркотик и в случае приступа принимал его, остановившись нередко на полуслове.
11
Вскоре подорванному здоровью ученого был нанесен тяжелейший удар.
То были годы разгула столыпинской реакции. В университете, как и по всей стране, жестоко подавлялось все прогрессивное и передовое. В январе 1911 г., когда начались студенческие волнения, министр просвещения Кассо издал приказ, в котором администрации высших учебных заведений фактически вменялись в обязанности функции осведомителей. Совет Московского университета по инициативе ректора вынес решение не выполнять этого распоряжения. В ответ министр уволил ректора и двух его помощников-профессоров в отставку. В знак протеста из университета ушла большая группа профессоров, в их числе К. А. Тимирязев, Н. Д. Зелинский, Н. А. Умов, А. А. Эйхенвальд.
Лебедев, как никто из профессоров, был в наиболее невыгодном положении: он не имел ни совместительств, ни особых сбережений, а также — по возрасту — и права на пенсию. С уходом из университета он терял кафедру, казенную квартиру, а главное — лабораторию, т. е. решительно все. «Историки, юристы и даже медики, — говорил Петр Николаевич, — те могут сразу уйти, а у меня ведь лаборатория и, главное, более двадцати учеников, которые все пойдут за мной. Прервать их работу нетрудно, но устроить их очень затруднительно, почти невозможно. Это для меня вопрос жизни». И тем не менее он тоже ушел из университета.
Когда до Сванте Аррениуса дошла весть, что знаменитый профессор Лебедев оказался не у дел, он немедленно пригласил его в Стокгольм, в институт Нобеля, директором которого он тогда являлся, обещая прекрасные условия для работы, в том числе лабораторию и высокую оплату («как это соответствует Вашему рангу в науке», — писал Аррениус). Петр Николаевич дважды отклонил это заманчивое предложение, хотя в то время был поднят вопрос и о присуждении ему Нобелевской премии. Отказался он и от места в Главной палате мер и весов, поскольку твердо решил не покидать ни Москву, ни своих учеников и верил, что какой-то выход найдется.
И выход действительно нашелся: на помощь ученому пришла общественность Москвы. Уже весной того же 1911 г. на изысканные обществом имени X. С. Леденцова и городским университетом имени А. Л. Шанявского средства было арендовано помещение в Мертвом переулке, дом № 20 (теперь улица Н. Островского) и приобретены самые необходимые приборы. В течение лета под руководством механика Акулова оборудовали две подвальные комнаты и мастерскую. В этом же доме нашлась и квартира для Петра Николаевича, который тогда лечился в Гейдельберге. В сентябре «лебедевский подвал» уже нормально работал. Так Петр Николаевич сумел сохранить выпестованную им школу физиков.
В том же году и тоже на средства общества Леденцова и университета Шанявского началось строительство (специально для школы Лебедева) Физического института, впоследствии превратившегося в Физический институт Академии наук, которому было присвоено имя П. Н. Лебедева. Петр Николаевич принимал непосредственное участие в его проектировании, о чем свидетельствуют сохранившиеся эскизы и планы, начертанные его рукой.
Петр Николаевич был полон широких замыслов и самых светлых надежд. Ему казалось, что наконец-то его дело приобретает надлежащий размах. Однако здоровье ученого было необратимо подорвано. В январе 1912 г. приступы сердечной болезни обострились. В феврале Петр Николаевич слег, а 14 марта его не стало. Умер он 46 лет, в самом расцвете своего необыкновенного таланта.
«Убивает не только нож гильотины, — с гневом писал К. А. Тимирязев. — Лебедева убил погром Московского университета».
В телеграмме И. П. Павлова говорилось: «Всей душой разделяю скорбь утраты незаменимого Петра Николаевича Лебедева. Когда же Россия научится беречь своих выдающихся сынов — истинную опору отечества?!» Ссыльные студенты откликнулись такой телеграммой: «Скорбим со всей мыслящей Россией о кончине стойкого защитника русской свободной школы, свободной науки профессора Лебедева».
Московским физическим обществом и вдовой ученого было получено около ста писем и телеграмм, из них 46 — от западных ученых. «Имя Лебедева, — писал Аррениус,— будет неизменно сиять в области физики и астрономии, к славе его времени и родины». «Пусть дух его живет в его учениках и сотрудниках по работе, — писал Лоренц, — и пусть посеянные им семена принесут богатый плод! ...я вечно буду помнить и чтить этого благородного человека и талантливого исследователя».
«Петр Николаевич, — писал Н. А. Капцов, — оставил после себя школу физиков и притом школу не формально выражающуюся в том, что тот или иной советский физик когда-то был учеником Лебедева, а широкую действительную школу, живую и растущую. Эта школа проявляет свое существование в развитии тех областей физики, глубоким исследованием которых Петр Николаевич побуждал заниматься своих непосредственных учеников еще в столетовской лаборатории и "лебедевском подвале"... Учениками и учениками учеников П. Н. Лебедева непрерывно готовятся кадры физиков, отвечающих заветам Лебедева и способных удовлетворить запросы страны — запросы народного хозяйства... Роль всей деятельности Петра Николаевича Лебедева в деле подготовки кадров поистине велика».
«Пример лебедевской лаборатории с многочисленными учениками и сотрудниками, — говорит С. И. Вавилов, — послужил основой создания ряда научно-исследовательских физических институтов в нашей стране сразу после того, как Октябрьская социалистическая революция открыла к этому возможности. Можно утверждать даже, что вообще вся наша современная громадная сеть научно-исследовательских учреждений по любым специальностям в известной степени обязана своей реализацией лебедевскому примеру. До Лебедева в России не подозревали возможности коллективного научного исследования в больших лабораториях... Естественно, первыми возникли физические институты, им проще всего было опереться на лебедевский пример. А за физиками последовали и другие».
А научное наследие П. Н. Лебедева? Какова судьба его? В статье, посвященной памяти великого ученого, С. И. Вавилов писал: «Если раскрыть том сочинений П. Н. Лебедева, в котором все его научные работы занимают только около 200 страниц, и просмотреть эти работы одну за другой, начиная от «Измерения диэлектрических постоянных паров» (1891 г.) и кончая «Магнитометрическим исследованием вращающихся тел» (1911 г.), то перед нами раскрывается поразительная цепь экспериментальных работ, значение которых не только еще не стало достоянием истории, но раскрывается и растет с каждым годом. Это бесспорно в отношении всех работ по давлению света, по ультракоротким электрическим волнам, по ультразвуковым волнам, по диэлектрическим постоянным паров и по механизму земного магнетизма. Не только историк, но и исследователь-физик еще долго будет прибегать к работам П. Н. Лебедева как к живому источнику. Сочинения Лебедева — книга, по поводу которой можно повторить слова Фета:
Вот эта книжка небольшая
Томов премногих тяжелей»14.
Работами Максвелла, Герца, Больцмана, Лоренца, Лебедева завершился «классический период» развития физики.
Вначале XX в. на арену вышли такие титаны научной мысли, как Планк, Эйнштейн, Бор, и развитие физики пошло в совершенно ином направлении.
Воспроизведено по изданию:
Кляус Евгений Михайлович. Поиски и открытия (Т. Юнг, О. Френель, Дж. К. Максвелл, Г. Герц, П.Н. Лебедев, М. Планк, А. Эйнштейн). — М.: Наука, 1986. — 176 с, ил. — (Серия «История науки и техники»).
- 1. Цит. по кн.: Научное наследство. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1948, т. 1, с. 560.
- 2. Кравец Т. П. От Ньютона до Вавилова: Очерки и воспоминания. Л.: Наука, 1967, с. 279.
- 3. Лебедев П. Н. Собр. соч. М.: Изд-во АН СССР, 1963, с. 414 — 415.
- 4. Помощник А. Кундта, потом профессор Лейпцигского университета.
- 5. Тимирязев К. А. Соч. М.: Сельхозгиз, 1939, т. 8, с. 316.
- 6. Лебедев П. Н. Собр. соч., с. 91.
- 7. Тимирязев К. А. Соч., т, 9, с. 60.
- 8. Кравец Т. П. От Ньютона до Вавилова, с. 303.
- 9. Интересно, что над проблемой давления лучистой энергии задумывался и М В. Ломоносов. В своих «127 заметках к теории света и электричества» он (под № 114) записал: «Надо попробовать, будет ли в пустоте двигаться бумажная вертушка, подвешенная на игле, если подложить огонь». Разве это не предвосхищение лебедевского опыта?! К сожалению, Петр Николаевич знать об этом не мог, поскольку «Заметки» Ломоносова были опубликованы уже после его смерти.
- 10. Кравец Т. П. От Ньютона до Вавилова, с. 303.
- 11. Вавилов С. И. Собр. соч. М.: Изд-во АН СССР, 1956, т. 3, с.166.
- 12. Цит. по кн.: Труды Института истории естествознания и техники. М., 1959, т. 28, с. 97.
- 13. Кравец Т. П. От Ньютона до Вавилова, с. 321.
- 14. Вавилов С. И. Собр. соч., т.3, с. 166 — 167.
Добавить комментарий