Столетов продолжает жить

Тимирязев был глубоко прав: жизнь, полная мысли и труда, не может оставить по себе одну пустоту. Многое из содеянного Столетовым еще при его жизни дало замечательные плоды.

Современники ученого были свидетелями того, как быстро пошла вперед электротехника, вооружившись теорией Столетова о намагничении железа и созданными им методами испытаний магнитных свойств этого главного металла электриков.

Огромную помощь оказали электротехнике и труды Столетова, посвященные разработке системы единиц для электрических измерений — этого международного языка электриков.

Крупнейшим вкладом в науку явились работы Столетова по измерению коэфициента v. Они были первым аргументом в пользу гипотезы о единстве света и электричества, первым подтверждением электромагнитной теории.

Восторженную оценку у современников получили и удивительные путешествия Столетова в страну фотоэффекта и электрических явлений в разреженных газах.

Прекрасные результаты уже при жизни Столетова принесла и благородная деятельность ученого как борца за процветание отечественной науки. Создав первую в России учебно-исследовательскую лабораторию, основав школу русских физиков, воспитав многих выдающихся ученых, пропагандируя материалистическую науку, Столетов помог росту и расцвету физики в нашей стране.

Физическая лаборатория Московского университета, физическое отделение Общества любителей естествознания, антропологии и этнографии, отделение прикладной физики Политехнического музея, руководимые Столетовым, съезды русских естествоиспытателей и врачей, одним из деятельных организаторов которых был ученый, стали центрами русской науки. Когорта выращенных им ученых распространила во всех краях родины столетовские методы учебной и научной работы, повсюду повела борьбу за процветание русской физики.

Великий ученый, борец за честь русской науки, Столетов был любим и высоко уважаем всеми передовыми его современниками. Но, разумеется, никто из них не мог тогда в полной мере оценить величия того, что сделал Столетов.

Никто тогда не мог понять, что маленькая комната, где Столетов вместе с Усагиным вел свои опыты по фотоэффекту, — это то место, где началась одна из величайших революций в науке, что опыты Столетова— начало нового великого пути, приведшего к громадному перевороту в науке и технике.

Правда, уже при жизни Столетова изучение электрических явлений в пустотных трубках привело к открытию рентгеновских лучей. Но открытие этих чудесных всепронизывающих лучей было только началом, только первой ласточкой весны новой физики, к созданию которой привел путь, указанный Столетовым.

Далеко в будущее шагнул Столетов. И чем дальше шла наука, тем явственнее, тем ощутимее вырастало величие дел Столетова.

В 1898 году метод исследования электрических явлений в разреженных газах с помощью гальванометра, созданный Столетовым, помогает молодым физикам Марии и Пьеру Кюри выследить содержащиеся в урановой руде какие-то новые замечательные элементы.

Поднося к установке, сходной с установкой Столетова, куски урановой руды, исследователи обнаружили, что стрелка гальванометра начинает сильно отклоняться! В руде есть «что-то», делающее своим присутствием воздушный зазор между электродами проводником электричества! Установка Столетова помогла открыть радий и полоний, открыть явления радиоактивности.

В 1899 году изучение явлений в пустотных трубках привело к открытию электронов — мельчайших частиц материи, носителей отрицательного заряда.

Незримое «что-то», переносящее заряд с одного электрода на другой, существование которого предугадал Столетов, было электронами.

В установке Столетова луч света выбивал из металлической пластинки электроны. Образующееся возле катода облачко электронов попадало под действие притяжения сетки, заряженной положительно. Электроны устремлялись к сетке! А на смену убывающим из катода электронам по проволоке устремлялись другие электроны.

Вот в чем состояла сущность явления, открытого Столетовым.

Совершенно ясно, почему ток не возникал, как установил Столетов, при освещении положительного электрода. Выбитые из пластинки электроны отталкивались отрицательным электродом. Своим действием этот электрод заставлял электроны вернуться в металл, из которого они вылетели.

Получил истолкование открытый Столетовым закон, устанавливающий зависимость между величиной фототока и степенью разреженности газа, находящегося между электродами. Летящие электроны сталкиваются с молекулами газа, при этих соударениях от молекул газа отщепляются новые электроны. Эти электроны также начинают принимать участие в полете электронного роя, в создании электрического тока. При некотором давлении, величину которого устанавливает закон Столетова, электроны разбивают наибольшее количество молекул, фотоэлектрический ток достигает максимума. Явление усиления фототока, открытое Столетовым, широко используется в современных фотоэлементах.

Стал ясным смысл и основного закона фотоэффекта, также установленного Столетовым, закона прямой пропорциональности между интенсивностью света и силой фототока. Естественно, что чем сильнее свет, тем больше электронов выбьет он, падая на поверхность металла.

Нашло объяснение и явление насыщения фотоэлектрического тока, впервые обнаруженное Столетовым. По мере увеличения напряжения между электродами от катода к аноду переносится все больше и больше электронов. Ток с увеличением напряжения растет. Но он не может расти беспредельно. После того как все вылетевшие под действием света электроны включаются в движение, фототок не может возрасти даже и при увеличении напряжения между электродами. Наступает «насыщение» фототока. Ток теперь можно увеличить, лишь увеличив силу света, увеличив число выбиваемых электронов.

Объяснить все эти закономерности, найденные Столетовым, смогла и волновая теория света.

Но явление фотоэффекта, так подробно, так глубоко изученное Столетовым, поставило перед физикой и целый ряд загадок, которые волновая теория оказалась не способна разрешить.

Электронам, чтобы вырваться из металла, нужно совершить некоторую работу, нужно иметь некоторый запас энергии. Эту энергию им сообщает свет. Свет сообщает энергию электронам постепенно, говорит волновая теория. Волна за волной набегает на освещаемую пластинку. Световые волны постепенно расшатывают электроны, сидящие в пластинке. Когда электроны накопят достаточно энергии, они станут покидать пластинку. Возникнет электрический ток.

Когда же он возникнет?

Расчеты, основанные на предположении, что свет имеет волновую природу, говорят, что даже очень сильный свет породит фототок лишь после того, как электрод освещался в продолжение нескольких часов. Но опыт показывает иное. Столетов установил, что фототок возникает мгновенно. Луч света действует, как выстрел. Тотчас же после удара в пластинку светового луча из нее вылетает рой электронов. Волновая теория бессильна объяснить это явление.

Есть и еще одна необъяснимая с точки зрения волновой теории загадка фотоэффекта.

Почему даже очень сильный, но длинноволновый свет не может вырвать электроны из металла, не порождает фотоэлектрического тока, в то время как фототок мгновенно возникает при освещении фотокатода светом коротковолновым? Как бы ни была мала интенсивность луча коротковолнового света, фототок возникает. Пусть очень слабый, почти неуловимый, но он все же возникает, электроны вырываются из металла.

Существует как бы некий порог фотоэффекта. Ток возникает, как установил Столетов, лишь тогда, когда длина волны света достаточно коротка. Этот порог для разных веществ различен. Одни металлы отзываются рождением фотоэлектрического тока уже на зеленый свет, для других нужен свет более коротковолновый, скажем — синий. Некоторые металлы, как, например, цинк, которым чаще всего пользовался Столетов, выбрасывают свои электроны только под ударами ультрафиолетовых лучей.

С точки зрения волновой теории явление порога фотоэффекта совершенно необъяснимо. Сильный свет, вне зависимости от длины его волны, должен был бы и действовать сильнее. Ведь он несет большую энергию, говорит эта теория. Был бы свет только необходимой мощности, и этого достаточно, чтобы вызвать фототок, утверждает теория. Но опыт говорит обратное.

А вот и еще одна загадка. Измерив скорость электронов, выбитых светом из металла, физики убедились, что эта скорость совершенно не зависит от силы света. Этот факт тоже находится в разительном противоречии с теми следствиями, которые вытекают из волновой теории света. Чем сильнее свет, говорит волновая теория, тем, очевидно, и больше энергия, сообщаемая каждому электрону металла, а следовательно, тем с большей скоростью они должны вылетать. Но опыт показывает другое: скорость электронов зависит только от длины волны света, мощность же, сила света на скорость электронов совершенно не влияют. Если этот свет имеет небольшую интенсивность, то электронов вылетит мало, но все эти электроны будут лететь с большой скоростью. Длинноволновый же свет, даже очень сильный, породить быстрых электронов не может. Этот свет выбьет из металла мириады электронов, но каждый электрон будет лететь медленно.

Осмысление наблюдаемых при фотоэффекте явлений привело к колоссальным последствиям. Оно помогло утвердиться совершенно новым воззрениям на природу света. В физике произошел революционный переворот.

Объяснить эти закономерности фотоэффекта можно, только если рассматривать свет как поток неких особых частиц. Этим частицам света физики дали названия квантов света, или фотонов. Свет различной светности состоит из различных фотонов. Более коротковолновому свету соответствуют более крупные, более мощные фотоны. Чем длиннее волна света, тем меньшие частицы, тем меньшие фотоны соответствуют этому свету.

Фотоны красного и инфракрасного света по сравнению с фотонами ультрафиолетовых и рентгеновских лучей находятся примерно в таком же соотношении, как мелкая дробь с артиллерийскими снарядами.

Квантовая теория света, родившаяся в начале XX века, великолепно объясняет все особенности фотоэффекта.

Освещение пластинки металла светом напоминает, если стоять на точке зрения этой теории, обстрел этой пластинки стремительно летящими фотонами. Сталкиваясь с электроном, фотон мгновенно передает ему свою энергию, мгновенно выбивает электрон из металла. Ясно, что если обстрел идет мелкими фотонами, пластинка освещается длинноволновым светом, то может статься, что энергии фотона и нехватит для того, чтобы выбить из металла электрон, в который он попадает. Такой свет не может породить тока, хотя бы его интенсивность и была очень велика, то-есть в обстреле участвовали бы мириады фотонов. Чтобы ток возник, фотоны должны быть достаточно крупными — длина волны света достаточно короткой. При соблюдении этого условия ток возникнет и тогда, когда свет будет слабым. Фотонов будет в этом случае немного, но каждый из них все же выбьет по электрону, и ток появится.

Так просто с точки зрения квантовой теории объясняется явление порога фотоэффекта и то, почему фототок возникает мгновенно.

Квантовая теория дает объяснение и тому, отчего электроны, выбитые различным светом, имеют и различную скорость. Чем крупнее фотон, тем с большей скоростью вылетит выбитый им из металла электрон.

Наглядно объясняет квантовая теория и главный закон фотоэффекта, установленный Столетовым: чем больше интенсивность света, тем больше фотонов падает на электрод.

Залп большего числа фотонов выбьет и больше электронов, ток будет пропорционален интенсивности света.

Квантовая теория открыла в физике новую замечательную эпоху, завоевала себе широкий мир применения. Но свет обладает двойственной природой — и корпускулярной и волновой. Поэтому квантовая теория не упразднила волновую теорию, она сосуществует рядом с нею. Целый ряд физических явлений может быть объяснен только с точки зрения волновой теории, в частности такие явления, как спектральное разложение света, преломление света, интерференция и т. д.

Но есть обширный круг явлений, куда волновая теория не вхожа, — это фотоэффект, это явление излучения энергии нагретыми телами и т. д.

Квантовая теория распространила свое влияние и на атомную физику. Она стала вместе с электронной теорией, также во многом обязанной своим рождением освоению наследства Столетова, тончайшим орудием исследования мира сверхмельчайшего, мира атомов, электронов, протонов, фотонов и т. д.

Новая физика, когда-то носившая отвлеченный теоретический характер, на наших глазах воплотилась во многие удивительные приборы.

Исследование фотоэлектрических явлений привело к созданию замечательных чувствительных электрических глаз — фотоэлементов, родоначальником которых явился первый в мире фотоэлемент Столетова.

Изучение электрических явлений в разреженных газах привело к изобретению электронной лампы — младшей сестры фотоэлемента. Вакуумная установка. Столетова явилась прообразом этой поистине волшебной лампы. Ведь и в этой лампе трудятся электроны, летящие через пустоту. Но только эти электроны покидают металл электрода не под действием света, а под действием высокой температуры. Источником электронов в этой лампе служит электрод, нагреваемый током. Электронная лампа удесятерила могущество великого русского изобретения — радио, открыла в радиотехнике новую главу. Она стала сердцевиной и радиопередатчиков и радиоприемников. С приходом этой лампы в радиовещание сразу же неслыханно возросла дальность радиопередач. Эта лампа сделала возможным передачу по радио не только сухого треска точек и тире телеграфной азбуки, но и человеческого голоса и музыки.

Столетов! Только теперь, с расстояния в несколько десятилетий, мы можем разглядеть титаническую фигуру этого провозвестника новой эпохи в науке и технике. Дела его живут в наших днях — они бессмертны.

Рентгеновские аппараты, фотоэлементы, радиолампы, газоразрядные трубки положили начало новой области техники — электронике. В развитии этого нового высшего раздела электротехники огромная заслуга принадлежит отечественной науке. Современная техника находит все новую и новую работу электронным приборам — приборам, в которых трудятся мириады летящих электронов.

Поворот регулятора настройки — и начинает светиться экран телевизора. И вот на экране вырисовывается сцена театра. Мы смотрим спектакль, который идет в студии телецентра, находящейся от нас за десятки километров. Точно волшебное зеркало, телевизор наделяет нас сверхъестественным зрением. Пользуясь телевизором, мы вспоминаем Столетова. Без фотоэлементов, этих чудесных «электрических глаз», не было бы телевидения, не было бы сказочных аппаратов, с помощью которых можно по радио не только слушать, но и видеть артистов, сидя дома, быть зрителем физкультурного парада, присутствовать при событиях, происходящих в далеких местах.

В создании телевидения решающее слово принадлежит нашим изобретателям. Еще в 1907 году русский инженер Б. Л. Розинг сконструировал первый катодный телевизор — родоначальник телевизионной аппаратуры. Современное высококачественное телевидение основано на использовании передающих трубок экрана, представляющих собой мозаику из множества миниатюрных фотоэлементов. Первую такую трубку построил в 1931 году советский изобретатель С. И. Катаев.

Фотоэлементы работают и в фототелеграфических устройствах. По фототелеграфу мы можем с молниеносной скоростью передать копии фотографий, чертежей, документов в город, отдаленный от нас на сотни километров.

Сидя в кино, мы не только видим, но и слышим артистов. Это сделали возможным фотоэлементы. Не будь их, кино, может быть, и сейчас оставалось бы «великим немым». Ведь это фотоэлемент читает вслух слова, записанные в виде пилообразной полоски на киноленте. Записать звук, кстати сказать, помогли тоже электронные приборы.

Все большее и большее применение находит современная техника фотоэлементам.

На наших заводах и фабриках работают тысячи этих электрических глаз, сортируя продукцию, следя за прокатными станами, управляя плавкой металла в могучих печах. Советские инженеры создали замечательные автоматические станки, которые изготовляют изделия без всякой помощи человека, сами «читают» чертежи. Глазами в этих станках служат фотоэлементы.

Советские астрономы поручают фотоэлементам дежурить у телескопов, засекать прохождение звезд.

Мастером на все руки стала и электронная лампа. Используя эту поистине волшебную лампу — сердце радиоприемников и передатчиков, сердце радиолокаторов, звукозаписывающих аппаратов, чувствительнейших измерительных приборов, — советские инженеры и техники добиваются все новых и новых замечательных успехов. Бурно развивается советская радиотехника.

Советские ученые Н. Д. Папалекси, Л. И. Мандельштам, А. И. Берг, Б. А. Введенский явились пионерами коротковолновой радиотехники. Развитие ее привело к созданию новой отрасли радиотехники — радиолокации. Использование отражения радиоволн позволило сказочно расширить чувства человека. С помощью радиолокаторов, «ощупывающих» окружающее пространство радиолучом, можно мгновение обнаружить находящиеся вдали самолеты и корабли, увидеть горы, скрытые темнотой и туманом, увидеть землю с самолета, летящего над облаками. Первый радиолокатор был построен в Советском Союзе. Советская техника горда приоритетом в изобретении этого чудесного прибора.

Радиолокаторы находят все большее применение в технике. Кораблям и самолетам, оснащенным радиолокаторами, не угрожает опасность налететь на берег или айсберг, столкнуться с другим судном или самолетом. Радиолокаторами оборудуются аэродромы — это помогает значительно увеличить безопасность воздушных перелетов. Заблудившийся самолет всегда, в любую погоду и в любое время суток, может узнать свое точное местонахождение, наведя справку у той станции, на экране которой он виден. Самолет с установленным на нем радиолокатором всегда найдет дорогу на аэродром.

Радиолокация служит уже и астрономам. С помощью этих всевидящих приборов астрономы «засекают» метеоры. Недавно удалось даже радиолокировать луну, добросить до нее радиосигнал и уловить радиоэхо, пришедшее от нашей спутницы.

Советские инженеры используют радиотехнику и в промышленности. Наши инженеры и ученые В. П. Вилогдин, Г. И. Бабат, М. И. Лозинский явились пионерами нового применения электромагнитных колебаний, источником которых служит электронная лампа. Они заставили радиоволны служить источником тепла. На наших заводах уже работают высокочастотные печи для закалки и плавки металла. Нашим деревообделочникам служат установки, использующие электромагнитные колебания для быстрой просушки древесины.

Все шире и шире растет электроника, все новые и новые завоевания совершает она.

Ученые с помощью электронного микроскопа заглядывают в мир сверхмельчайшего. Электронный микроскоп позволил открыть мельчайшие возбудители болезней — ультравирусы. В этот микроскоп видны даже скопления, состоящие всего лишь из нескольких молекул.

Советские ученые создали люминесцентные лампы. Эти экономичные и долговечные новые лампы дают свет, подобный по своему составу дневному свету.

Пользуясь завоеваниями электроники, мы с гордостью вспоминаем имя Столетова, наследие которого помогло ее рождению.

Советские ученые ценнейшими вкладами обогащают и теоретическое развитие наследства Столетова — квантовую и электронную теории. Эти теории наряду с периодическим законом Менделеева помогают нашим ученым штурмовать недра атома, все полнее овладевать колоссальной энергией, скрывающейся в них.

Широко применяет советская техника открытия Столетова в области ферромагнетизма. На советских заводах работает множество установок, с помощью которых инженеры испытывают магнитные свойства электротехнических материалов. Эти испытания кладутся в основу создания новых, еще более совершенных динамомашин, электромоторов, трансформаторов, рапе и электромагнитов.

Пользуясь всеми этими методами испытаний и расчетами, мы с гордостью вспоминаем, что они стали возможны только после того, как свыше полувека тому назад опубликовал свою великую работу по исследованию намагничения мягкого железа Александр Григорьевич Столетов.

Этот труд Столетова стал для советских ученых исходной позицией для новых замечательных теоретических исследований в области ферромагнетизма. Советская школа магнитологов во главе с действительным членом Академии наук БССР Н. С. Акуловым по праву занимает первое место среди магнитологов всего мира. Представители этой школы открыли много новых законов, которым подчиняются явления ферромагнетизма.

Имя Столетова, одного из творцов современной физики и электротехники, так же бессмертно, как бессмертно человечество, бессмертна наука.

В нашей стране, стране, в которой жил, работал и боролся великий ученый и передовой мыслитель, имя Столетова особенно дорого. Советский народ чтит Столетова не только за его гениальные открытия.

Наука нашей родины всегда будет помнить Столетова как создателя первой в России учебно-исследовательской физической лаборатории, как основателя русской физической школы, как пламенного борца за развитие отечественной науки. Столетовские традиции в науке развили и углубили его преемники и соратники.

Друзья Столетова Н. А. Умов и А. П. Соколов добились осуществления его мечты — постройки в 1901 году физического института при Московском университете, превратившегося ныне в известный Научно-исследовательский институт физики. Ученик Столетова гениальный ученый П. Н. Лебедев создал еще более многочисленную школу физиков.

Из ученых, воспитанных Столетовым, его преемниками и соратниками, образовались первые кадры советских физиков.

Чтит в Столетове советская наука и замечательного философа-материалиста, отстаивавшего это передовое мировоззрение и боровшегося с различными идеалистическими учениями в мрачную эпоху самодержавия.

В Советской стране возникла наука нового типа, социалистическая, неразрывно связанная с народом, работающая для него и черпающая в нем свои силы, наука плановая, тесно связанная с запросами народного хозяйства, вооруженная могучим орудием познания — методом диалектического материализма, борющаяся с идеализмом, насаждаемым в западной науке.

Советская наука, наука во имя жизни, противостоит растленной человеконенавистнической науке буржуазного Запада.

Пользуясь всемерной поддержкой партии и правительства, советская наука одерживает замечательные победы.

Много блистательных побед и на счету советских физиков, в распоряжении которых прекрасно оборудованные научно-исследовательские институты. Советская наука, унаследовавшая все лучшее от передовой дореволюционной науки, обогащает и развивает это наследство. В нашей стране сбылись заветные мечты Столетова о «дворцах науки», о широком размахе научно-исследовательской работы, о тесной связи между учеными и практиками, о повсеместном распространении знаний. «Дворцом науки» в советское время стал выросший из столетовской лаборатории физический институт.

В Московском университете и сейчас многое живо напоминает о Столетове. В нем и в наши дни работают и учат ученики людей, воспитанных Столетовым. Как реликвии, в физическом кабинете сохраняются некоторые из приборов, сделанных для Столетова его верным другом и помощником И. Ф. Усагиным. На лекциях в университете выходит показывать опыты сын И. Ф. Усагина, умершего в 1919 году. Товарищ Столетова умер членом Коммунистической партии.

Имя Столетова в нашей Советской стране увековечено в названии многих научных учреждений. В его родном городе Владимире именем ученого названа одна из улиц. В советское время было впервые издано собрание сочинений А. Г. Столетова. Замечательные труды ученого, память о котором царская Россия старалась похоронить, стали достоянием народа.

Советским людям дорог образ Столетова — благородного, непримиримого борца за передовые идеи, за честь русской национальной науки, борца с силами мракобесия, реакции, с поборниками раболепия перед всем иностранным, с врагами русского народа и его культуры.

Затравленный, гонимый самодержавием, великий ученый Столетов получил в нашей свободной стране всенародное признание!