Приключения великих уравнений
Шрифт:
На прощальном коллоквиуме Лебедев изложил, как он пишет, те мысли, которые давно уже им владели. Еще 12 августа 1890 года он записал в дневнике такую фразу:
«Если на зеркало падают лучи и мы будем двигать зеркало против направления луча, то по принципу Допплера отраженные лучи будут выдвинуты к фиолетовому концу. Это соответствует высокой температуре. Таким образом, мы можем теплоту с более холодного тела переносить на более горячее, следовательно, по принципу Клаузиуса, мы должны производить работу давления на передвижение. Значит, давление существует, и его величина пропорциональна скорости света в среде и количеству падающей энергии».
…Пора возвращаться на родину. Полный радужных надежд, Лебедев готовится к отъезду в Москву. Однако его одолевают и сомнения: «Самое счастливое время — было пребывание
…С надеждой и смущением смотрел П. Н. Лебедев на новое свое пристанище в Москве — небольшой двухэтажный домик во дворе старого здания университета.
Запущенный и облупленный ректорский дом, грязный, со стершимися каменными ступенями и выщербленными перилами, с пятнами отвалившейся штукатурки на фасаде.
Но здесь — Физический институт Столетова. Здесь — физический практикум для студентов Московского университета.
Соколов, сопровождавший его, пытался найти для Лебедева место, но не нашел. Наконец, завешивают черной простыней тупик в коридоре, затаскивают туда столы, проводят электричество, и кабинет готов. Кто-то сказал, что наука любит ютиться на чердаках. Имелся в виду, видимо, и лебедевский «чердак», где были выполнены прекрасные работы о пондеромоторном действии волн резонатора, о двойном лучепреломлении электромагнитных волн и, наконец, о давлении света на твердые тела.
К счастью, Столетов не узнал в Лебедеве, приехавшем из Германии, самоуверенного юнца, который просился несколько лет назад в его лабораторию при Политехническом музее. Между ними установились особые отношения двух уважающих друг друга ученых. В одном из писем А. Г. Столетова В. А. Михельсону П. Н. Лебедев назван «весьма деятельным юношей». Несмотря на кажущуюся сдержанность этой оценки, в устах Столетова это был восторженный комплимент.
А. Г. Столетов— В. А. Михельсону (16 октября 1892 года. Москва).
«Лебедев все лето работал в Москве и хвалится, что достиг хороших вещей по части гертцовщины, но пока еще не делал сообщений».
Да, Лебедев упорно занимается именно «гертцовщиной», то есть повторением и усовершенствованием опытов Г. Р. Герца, как будто бы подтверждающих реальное существование электромагнитных волн. Самым мощным агрументом было бы, конечно, доказательство давления света, но на пути к нему лежали еще другие эксперименты. В 1895 году в статье «О двойном преломлении лучей электрической силы» Лебедев описывает проведенные им опыты, в процессе которых удалось создать волны длиной всего 6 миллиметров, то есть в 100 раз более короткие, чем у Герца. С этими волнами Лебедеву удалось продемонстрировать на электромагнитных волнах значительно более тонкие оптические эффекты, чем Герцу. В частности, он осуществил двойное преломление лучей при прохождении их через кристаллы ромбической серы. Эксперименты свидетельствовали о том, что Лебедев поставил своеобразный рекорд сближения электромагнитных и оптических волн по частоте их колебаний и длине.
Работа Лебедева вызвала бурю восторгов. Аугусто Риги, постоянный оппонент Столетова, демонстрировал прибор Лебедева на Международном съезде физиков в Болонье. Получение Лебедевым сверхкоротких электромагнитных волн стало, как классические опыты, помещаться во всех учебниках физики.
Еще в 1891 году Лебедеву удалось с помощью световых лучей разогнать космическую пыль между звездами и отклонить кометные хвосты прочь от Солнца, по крайней мере теоретически. Тогда он писал матери: «Я, кажется, сделал очень важное открытие в теории движения светил, специально комет. Работа теоретическая, я набрасываю конспект, чтобы на днях подать профессору математики… Теперь, когда закон доказан и остается только облечь его в красную форму, я ничуть не волнуюсь, частью, может быть, от того, этого я не скрою, что озадачен, даже ошеломлен его общностью, которую я сначала не почувствовал».
За этой работой, считал Лебедев, неизбежно должна была идти другая, связанная с экспериментальным анализом давления света на твердые тела. Доказательство реального существования этого эффекта могло прояснить природу света и окончательно доказать правильность максвелловой теории.
Что такое свет? Если луч света — это поток частиц, тогда давление пучка понятно и естественно. Если же луч света — это всего лишь направление распространения колебаний, то давления
быть не должно, поскольку в этом случае оно пульсирует вокруг нулевой точки и в целом, интегрально, должно равняться нулю. Лишь одна из теорий — теория Максвелла — объясняла существование светового давления, но в нее мало кто тогда верил. Единственным доказательством ее были пока опыты Герца и убедительное их развитие Лебедевым. Только прямое обнаружение следующего из максвелловой теории светового давления могло бы стать последним, решающим доказательством. Интерес к этому решающему доказательству вновь возбудила неожиданная находка В. Крукса.В 1873 году английский химик Крукс решил определить атомный вес вновь открытого им элемента таллия и взвесить его очень точно. Чтобы случайные воздушные потоки не исказили картины, Крукс решил подвесить коромысла в вакууме. Подвесил и поразился. Его тончайшие весы были чувствительны к теплу. Если источник тепла находился под предметом, он уменьшал его вес, если над — увеличивал.
Усовершенствуя этот свой нечаянный опыт, Крукс придумал забавную игрушку, которую называли то радиометром, то световой мельничкой. И уже в названии сквозило, казалось, объяснение принципа работы этого нехитрого устройства, состоящего из невесомых лопастей, или крылышек, сделанных из фольги и подвешенных на тонкой нити в вакууме, или, точнее сказать, в очень разреженном газе. Одна сторона лопастей была отполирована, другая — зачернена. Если теперь к устройству поднести какой-нибудь теплый предмет или осветить его солнечным светом, мельничка, составленная из лопастей, начинала крутиться вокруг оси. Отсюда и название — радиометр, так сказать, измеритель излучения или, еще конкретней — «световая мельничка», мельничка, движущаяся под действием света.
Прямое подтверждение теории светового давления Максвелла? Триумф?
Радиометр вызвал в научных кругах сенсацию, и прежде всего потому, что, казалось, непосредственно и убедительно доказывал существование предсказанного Максвеллом давления света. И когда в 1873 году радиометр впервые был продемонстрирован на заседании Королевского общества, вряд ли кто-нибудь был иного мнения. Движущей силой радиометра, несомненно, являлось механическое давление света.
Но были и скептики, которые забавлялись доверчивостью членов Королевского общества, еще раз поверивших «этому Круксу», только что оскандалившемуся со своими спиритуалистическими занятиями. Аналогия между демонстрировавшимся во время спиритических сеансов Крукса падением веса предметов при переходе их в «четвертое измерение» и падением веса предметов в вакууме под воздействием излучения была настолько прозрачна, что Круксу и другим членам Королевского общества, по крайней мере в то время, следовало ее иметь в виду.
Максвелл, присутствовавший на демонстрации радиометра в Королевском обществе, был очень взволнован.
Он описывает это событие в письме Вильяму Томсону следующим образом: «…трехдюймовая свеча действует на внутренний диск так же быстро, как магнит действует на стрелку компаса. Нет времени для воздушных потоков, а сила гораздо больше веса всего воздуха, оставшегося в сосуде. Очень живое, сильное притяжение куском льда. Все это — в лучшем доступном вакууме…»
Как все это прекрасно согласуется со строками только что вышедшего его «Трактата»! Там было прямо сказано, что сконцентрированный свет электрической лампы, «падающий на тонкий металлический диск, деликатно подвешенный в вакууме, возможно, сможет произвести ощутимый механический эффект, доступный для наблюдения». Он высчитал даже, что давление солнечных лучей на перпендикулярно расположенную пластину будет в 10 раз слабее горизонтальной составляющей магнитной силы в Англии. Разумеется, Максвелл был весьма подготовлен к положительному восприятию «радиационного» объяснения работы радиометра.
И поэтому, когда редакция «Философских трудов» прислала ему на рецензирование статью Крукса с таким объяснением действия радиометра, он написал на нее 24 февраля 1874 года положительную рецензию. Он, нечно, вполне согласен с тем, что «отталкивание от лоизлучающего тела… обязано своим происхождением излучению».
Но что-то все-таки мучит Максвелла, омрачает его радость, не дает полностью почувствовать вкус победы.
И это — то, что эффект слишком уж велик, слишком уж показателен, он не похож на то слабенькое давление, которого ожидал Максвелл. Поэтому он пишет в рецензии на статью Крукса, что хотя он и предсказал в своем «Трактате» «возможное отталкивающее действие излучения», «эффект, обнаруженный м-ром Круксом, как будто бы обнаруживает силы значительно большей величины». Максвелл рекомендовал статью к опубликованию.