Александр Григорьевич Столетов | ТМ 1940-01

И. ФАЙНБОЙМ

Летом 1889 г. в Париже был созван Международный конгресс по электротехнике. Учёные, съехавшиеся из различных стран, избрали первым вице-президентом конгресса профессора Московского университета Александра Григорьевича Столетова. В те годы уже были завершены важнейшие исследовательские работы Столетова в области электромагнетизма, создавшие ему громкую славу среди учёных всех стран.

Исключением явилась лишь царская Россия. Выдающийся физик, почётный член многих иностранных научных обществ и институтов, Столетов, так же, как и Менделеев, не был признан русскими официальными научными кругами. Интриги президента Российской академии наук, которым был в то время один из князей Романовых, привели к тому, что Столетов не был даже избран и академию. Вместо него в академики попал князь Голицын, диссертацию которого незадолго до этого Столетов отказался допустить к защите.

Всю жизнь Александр Григорьевич должен был расходовать свои силы в тяжёлой борьбе за существование. Он с трудом находил время и средства для своей творческой работы. Но, несмотря на это, Столетов создал замечательные научные труды, обессмертившие его имя.

*

А. Г. Столетов родился в 1839 г. во Владимире-на-Клязьме. Уже в раннем возрасте он проявлял блестящие способности к занятиям. В старших классах гимназии началось увлечение Столетова естествознанием: он собирает коллекции растений, устраивает различные химические и физические опыты. В 1856 г. Столетов кончает гимназию с золотой медалью и поступает на физико-математический факультет Московского университета. После окончания университета Столетова оставляют при кафедре физики для подготовки к профессорскому званию. Вскоре молодой учёный уехал в заграничную командировку. Спустя три с половиной года из-за границы на родину возвращается уже сформировавшийся учёный крупного масштаба. В мае 1869 г. Столетов защищает диссертацию на учёную степень магистра. Молодой учёный утверждается доцентом физики в Московском университете и приступает к большому и важному исследованию в области электромагнетизма.

*

В царской России XIX в. физик не имел возможности производить экспериментальные исследования. Даже в наиболее благоустроенных университетах не было физических лабораторий. Кое-где существовали физические кабинеты — это были убогие хранилища различных демонстрационных приборов. Лучший из них, находившийся в Московском университете, представлял собой большую комнату, центральная часть которой была отгорожена четырёхугольной решёткой. Внутри решётки помещались громоздкие приборы и машины. Вдоль трёх стен стояли шкафы с приборами, среди которых было много поломанных и негодных. Между шкафами и решёткой оставался лишь узкий проход. В тесноте физического кабинета едва умещался стол для подготовки демонстрационных опытов.

В такой обстановке трудно было мечтать о серьёзной экспериментальной работе. Столетову пришлось вторично уехать за границу. В лаборатории Гейдельбергского университета Столетов заканчивает своё исследование «О функции намагничивания железа». Столетов показал, что магнитная восприимчивость, или, как он называл, «функция намагничивания железа», сначала возрастает, доходя до определённого предела, а затем начинает падать, приближаясь при этом к нулю, которого, однако, никогда не достигает. Эта работа освещала совершенно новый тогда вопрос, о важности которого сам Столетов писал:

«С одной стороны, изучение его может внести свет в наши догадки о сущности молекулярного процесса, который мы называем магнитным состоянием тела... С другой стороны, изучение функции намагничивания железа может иметь практическую важность при устройстве и употреблении как электромагнитных двигателей, так и тех магнитоэлектрических машин нового рода, в которых временное намагничивание железа играет главную роль. Знание свойств железа относительно временного намагничивания так же необходимо, как необходимо знакомство со свойствами пара для теории паровых машин».

Законченное исследование, получившее впоследствии высокую оценку со стороны Гельмгольца, было представлено Столетовым на соискание степени доктора физических наук. Год спустя после защиты докторской диссертации Александр Григорьевич избирается профессором Московского университета. С этой поры начинается крутой перелом в развитии русской физики и физического образования.

Первые годы после получения кафедры Столетов всецело отдаёт себя педагогической и организационной деятельности. Прежде всего он основывает первую в России физическую лабораторию. После больших трудов и усилий Столетову удаётся получить для этой цели весьма скромные ассигнования и квартиру, освободившуюся в одном из старых флигелей университета.

Лаборатория Столетова с каждым годом расширялась и совершенствовалась, приобретая все более благоустроенный вид, как описывает её ученик Столетова Д. А. Гольдгаммер: «Это были пять малых комнат; из них одна маленькая — библиотека, а бывшая, вероятно, кухня есть теперь передней и «химической». В других комнатах помещались весы, магниты Гаусса, воздушный насос Гейслера, гальванометр Мейерштейна и т. д. Небольшой угол в первой комнате мог быть отгораживаем чёрной драпировкой для опытов на спектроскопе Мейерштейна... Вот обстановка первой физической лаборатории в Москве... Здесь было приборов немного, но все же они давали возможность делать точные исследования, как это требуется наукой. Были поставлены, по указаниям Александра Григорьевича, неподвижные каменные столбы, вделаны в стены каменные купели, был, куда нужно, проведён газ и т. д.

В обстановке косности и реакции, царящей в семидесятых годах прошлого столетия, создание такой лаборатории было громадным вкладом в русскую науку. Много сил пришлось затратить Столетову, чтобы осуществить эту идею. Только там московские студенты смогли получить подлинное физическое образование. Отвлечённые лекции по физике стали сопровождаться опытами, исследованиями, которые были раньше недоступны студентам без заграничных командировок. Столетов ввёл в практику также коллоквиумы — своего рода семинары, на которых проверялись знания студентов и более подробно обсуждался пройдённый лекционный материал. И недаром из числа первых учеников Столетова вышли такие выдающиеся русские учёные как Н. Е. Жуковский, Н. А. Умов, П. А. Зилов, В. А. Михельсон и другие.

*

Первая «экспериментальная работа, которую предпринял Столетов в своей лаборатории, относилась к электромагнитной теории света. Великий английский физик Максвелл выдвинул теоретическое утверждение, что электромагнитный процесс распространяется со скоростью света. Это являлось одним из важнейших аргументов его предположения о том, что природа обоих явлений одинакова. Утверждение Максвелла нуждалось в экспериментальных доказательствах.

В 1871 г. у Столетова возникла мысль о точном измерении \(V\) — так условно обозначалась искомая скорость распространения электромагнитного процесса. Измерения \( V\) были очень сложны и недоступны даже всем заграничным лабораториям. Но трудности не остановили Столетова. Впоследствии он говорил: «Наша физическая лаборатория выросла из определений \(V\)». Действительно, благодаря этому исследованию лаборатория непрерывно обогащалась. Из-за границы выписывали новые и редкие приборы — квадрант-электрометр, гальванометр Томсона, спектрометр и др. Кропотливые исследования продолжались десять(?) лет и отличались большой точностью. Уже после смерти Столетова, когда его ассистент П. Н. Лебедев читал доклад о научной деятельности своего профессора, он не мог воспроизвести сложнейшие опыты по измерению \(V\). Лебедев ограничился лишь тем, что продемонстрировал приборы, расположив их по схеме Столетова, и на словах рассказал о весьма сложных операциях, «доступных только очень чуткому и настойчивому наблюдателю в зале лаборатории».

Столетову удалось определить скорость распространения электромагнитного процесса в пределах от 298 тыс. до 300 тыс. километров в секунду. Случайная поломка прибора не позволила получить окончательные, более точные, результаты. Однако и полученные итоги были достаточны для блестящего подтверждения теоретических взглядов Максвелла. Метод Столетова для измерения \(V\) был признан во всём мире как наиболее точный и надёжный. Он был отмечен самим Максвеллом и применён впоследствии многими иностранными учёными.

*

Самое важное открытие было сделано Столетовым в период 1888—1889 гг. Это были его знаменитые актиноэлектрические исследования, положившие начало новой обширной главе современной физики.

Известный немецкий физик Генрих Герц в 1887 г., производя опыты с электромагнитными волнами, обнаружил интересное явление: проскакивание искры между двумя противоположно заряженными шариками заметно облегчается, если отрицательно заряженный шарик осветить ультрафиолетовыми лучами. Это открытие привлекло особое внимание Столетова. Знаменитый русский физик первый дал исчерпывающее объяснение этому явлению, которое он назвал «актино-электричеством» (от греческого слова «актинос», что значит «луч»).

Произведя целый ряд исследований, Столетов пришёл к следующим основным выводам: под действием света разряжается только отрицательный заряд; разряжающим действием обладают лучи самой высокой преломляемости; чувствительность к разряжающему действию обнаруживается даже при весьма кратковременном освещении, причём актино-электрический ток возникает мгновенно (запаздывание не превышает одной тысячной секунды); актино-электрическое действие усиливается с повышением температуры; происходит оно исключительно в газах и парах.

Прибор, с помощью которого Столетов производил свои замечательные исследования, он описывает следующим образом: «Два металлических диска («арматуры», «электроды») диаметром в 22 сантиметра были установлены вертикально друг другу перед электрическим фонарём Дюбоска, из которого вынуты все стекла. В фонаре имелась лампа с вольтовой дугой, питаемая от динамо-машины. Один из дисков, ближайший к фонарю, сделан из тонкой металлической сетки, натянутой в круглом кольце; другой диск — сплошной (металлическая пластинка)... Благодаря передней сетчатой арматуре задняя арматура могла быть освещаема лучами вольтовой дуги с внутренней стороны, т. е. с той стороны, где преимущественно накопляется электрический заряд. Сама сетчатая арматура освещалась лишь с невыгодной (слабо заряженной) стороны прямыми лучами; с внутренней же стороны — лишь отражёнными от сплошного диска лучами. Такая комбинация казалась мне наиболее удобной, чтобы обнаружить разряжающее действие лучей, что оправдалось вполне... Этот сетчатый конденсатор составляет главную и существенную принадлежность почти всех моих опытов... Я назвал пару дисков «конденсатором». Мы можем, с другой стороны, назвать их парой электродов, погруженных в воздух».

Столетов называл свой прибор «воздушным конденсатором». Он показал, что при известных условиях освещения металлические диски превращаются в «настоящий гальванический элемент, в котором роль жидкости играет газовая среда».

Актино-электрические исследования Столетова дали возможность построить первый фотоэлемент, послуживший прототипом современного, и открыли новую гигантскую эпоху в физике. Современные фотоэлементы, которые «творят чудеса» в различных отраслях науки и техники, созданы по принципу актино-электрического прибора. Фотоэлементы лежат в основе бильдтелеграфии, телевидения, звукового кино. Особые комбинированные приборы — фотореле, — основной частью которых является фотоэлемент, могут автоматически контролировать освещение городов и производственных помещений, проверять температуру печей во время плавки, браковать окраску продукции, охранять склады и помещения, вести учёт различных изделий и т. д. Бесспорно, что фотоэлементы найдут ещё более широкое применение, и сейчас ещё трудно представить, какие огромные перспективы открываются перед этой отраслью науки, начало которой было положено полвека назад в скромной лаборатории знаменитого русского физика.

Бильдтелефон. Девушка, говорящая по телефону, видит изображение своей собеседницы.

Световой луч, направленный системой связи, падает на фотоэлемент. Как только посетитель прервёт этот луч, подходя к лифту, фотореле включает автоматический прибор, открывающий двери.

Фотореле контролирует освещение в конторе. Как только дневной свет становится недостаточный, прибор автоматически включает лампы.

Изучение актино-электрических, или, как их теперь называют, фотоэлектрических, явлений привело также к зарождению квантовой теории света, обобщённой гением Эйнштейна. Эта теория сыграла громадную роль в развитии учения о строении атома и легла в основу современной физики.

Научное наследие Столетова не ограничивается перечисленными выше фундаментальными работами; ему принадлежит также множество интересных и важных исследований в области электротехники, оптики и акустики.

Александр Григорьевич до конца жизни неутомимо работает над новыми проблемами, посвящая им решительно все время, свободное от служебных обязанностей. Работа в лаборатории не прерывается даже во время летних каникул. В жаркое и душное московское лето он занят с раннего утра до 5—6 часов вечера и, лишь до крайности утомлённый, уезжает проводить остаток вечера в тенистом парке Петровско-Разумовского.

В последние годы жизни Александр Григорьевич редко появляется среди друзей, почти не принимает участия в научных съездах. Большую часть времени он проводит дома в одиночестве, готовя к печати свой последний труд — курс введения в акустику и оптику. Могучий организм Столетова преждевременно ослабевает, он подолгу находится в постели. В мае 1896 г. Александр Григорьевич заболевает воспалением лёгких.

13 мая Столетова посещает его любимый ученик и друг П. Н. Лебедев. Знаменитый учёный, сломленный смертельным недугом, пытается протянуть дорогому гостю руки, но слабость мешает ему. Он просит своего ассистента рассказать о занятиях за последний день. Потом переводит разговор на любимую тему — об электрических разрядах в газах. Вначале он только слушает, но вскоре оживляется и слабым голосом начинает говорить о значении работ в этой области. Прощаясь с Лебедевым, Столетов говорит: «Советую заняться этим вопросом, он интересный и важный». В мыслях умирающего физика все ещё живёт наука, забота о продолжении дела, которому он посвятил всю свою жизнь.

В несколько дней болезнь неумолимо завершила своё дело. В ночь на 15 мая 1896 г. тихо, точно погрузившись в лёгкий сон, Столетов скончался.