Страница 4 из 25
А человек, бросавший когда-нибудь мяч, без всяких формул знает; чем больше масса мяча и скорость, тем сильнее ударит — надавит — мяч на того, в кого попадет. Иначе говоря,
давление p = масса · скорость
(читатель, знакомый с физикой, легко уточнит это равенство словами «на единицу площади за единицу времени»).
Учитывая это, слегка перепишем знаменитую формулу:
E = mc2 = mc·c = pc.
Ну а если E = pc, то, значит,
p = E/c.
И значит, чтобы подсчитать световое давление p, надо энергию света разделить на скорость света — огромную величину, около 300 000 км в секунду. Поскольку делить надо на огромное число, то давление света получается очень маленьким. В этом был корень всех трудностей экспериментаторов вплоть до Лебедева.
А трудности теоретиков состояли в том, что новые идеи не укладывались в рамки тогдашних научных представлений. Британская идея электромагнитного поля, или распределенной по пространству силы, была чужой для континентальной — прежде всего германской физики, в которой были только электрические частицы и силы между ними. В течение нескольких десятилетий царила Растерянность: не было оснований отвергнуть идеи Фарадея—Максвелла и не хватало духу поверить в них.
В физике имеется надежный путь к вере — эксперимент. Первую поддержку теория Максвелла получила в опытах немецкого физика Генриха Герца (1857—1894). Сначала Герц скептически смотрел на британскую теорию, но в 1888 году он сумел материализовать максвелловские формулы: в результате он убедился сам и убедил других, что электромагнитные колебания могут путешествовать без проводов и действительно со скоростью света.
Что касается светового давления, предсказания Максвелла оставались под вопросом. Не верил даже его соотечественник, лорд Кельвин (1824—1907), хотя он получил дворянство за научные заслуги в области электричества (за участие в проекте трансатлантического телеграфного кабеля).
Обнаружить световое давление могла бы вертушка Крукса, если ее как следует усовершенствовать. Прежде всего физики старались удалить воздух из-под колпака — улучшить условия для своих измерений. К тому времени когда Лебедев познакомился с проблемой, его опытные коллеги научились откачивать воздух из сосуда, оставляя там лишь одну стотысячную часть. Однако и этого остатка было слишком много — воздушные веяния все еще во много раз превышали силу светового давления.
И вот за дело, начатое англичанами, взялся русский, получивший отличное германское образование в весьма французском Страсбурге. Тогда, на рубеже XX века, в своей московской лаборатории тридцатилетний Лебедев был в расцвете сил, и они все ему понадобились: приобретенный опыт, увлеченность и упорство молодого исследователя, не лишенного здорового честолюбия.
И Лебедеву удалось то, что не давалось многоопытному Круксу. Он придумал, как уменьшить долю остающегося под колпаком воздуха еще в сто раз, и добился наконец, чтобы помехи стали меньше светового давления. Несколько лет потребовалось на измерение величины, сравнимой разве что с весом блохи. Это, конечно, удивительно, но… кому нужно такое легковесное дело?
В предыдущих абзацах есть искусные англичане, русский умелец и блоха — все необходимое, чтобы вспомнить знаменитый сказ Лескова о Левше. Там, однако, русские мастера подковали «аглицкую блоху», чтобы себя показать и англичан посрамить. При таких намерениях немудрено, что заводная блоха, получив подковки, утратила способность прыгать.
Лебедев свою блоху подковал, чтобы она лучше прыгала. И он бы так не старался, если бы эта прыгучесть не была важна для науки, для мировой науки. Результат его опытов, несмотря на малость измеренной им величины, отвечал на большой вопрос науки того времени.
Вот почему доклад Лебедева о своих экспериментах на Первом международном конгрессе физиков в Париже в августе 1900 года и его публикации в центральных научных журналах очень быстро сделали ему имя.[1] Кроме прочего опыты Лебедева заставили именитого Кельвина сдаться перед максвелловской теорией.
Нам не дано предугадать, как слово наше отзовется… Это наблюдение поэта относится и к истории науки. Герц не верил, что открытые им электромагнитные волны можно использовать для дальней связи. Лебедев думал, что его опыты объяснят силы между молекулами.
Наука, однако, устроена так, что полученные результаты начинают жить самостоятельной жизнью, независимо от намерений и надежд авторов. Через семь лет после опытов Герца родилась радиосвязь. Через пять лет после опытов Лебедева теория относительности завершила максвелловскую революцию. Кратчайшим изложением теории относительности и главным ее результатом стала та самая формула
E = mc2,
с помощью которой мы прояснили опыты Лебедева. Однако фактический ход событий был противоположным: в самом начале XX века опыт Лебедева, окончательно убедив физиков в правильности максвелловской электродинамики, упрочил опытный фундамент для физики нового века, прежде всего для теории относительности. На этом фундаменте предстояло строить и не раз перестраивать здание науки.
Но не слишком ли это мало для научного достижения — проверка одной теории и фундамент для других? Помимо суда истории, в науке XX века начал действовать и авторитетный людской суд. Его решения называются Нобелевскими премиями и выносятся начиная с 1901 года.
Свой ежегодный отбор Нобелевский комитет начинает с того, что обращается к видным ученым с просьбой назвать имена кандидатов. Уже в 1902 году такую просьбу получил Лебедев.[2]
А в 1912 году самого Лебедева назвали кандидатом. Его имя предложил Вильгельм Вин, получивший Нобелевскую премию предыдущего, 1911 года, за открытие законов теплового излучения (в середине 1890-х годов). Кроме Лебедева Вин назвал кандидатом еще и Эйнштейна. У русского физика шансов на успех было, пожалуй, больше. Не потому что его вклад в науку значительнее, а из-за позиции Нобелевского комитета, который к теоретическим работам относился с большой осторожностью, ожидая их надежного опытного подтверждения. Осторожность эта была такова, что Эйнштейн получил Нобелевскую премию лишь в 1921 году, через полтора десятилетия после работ, обессмертивших его имя. А работа Лебедева была экспериментальной и к 1912 году уже общепризнанной.
Еще один довод — фактическое присуждение Нобелевской премии по физике 1912 года: ее получил шведский инженер Г. Дален за изобретение ацетиленовой горелки с автоматическим регулятором для освещения маяков. В историю физики это изобретение не вошло.
Почему же не Лебедев?
В марте 1912 года сорокашестилетний Петр Лебедев умер. А Нобелевские премии не присуждаются посмертно.
Обстоятельства, которые предшествовали этой смерти и стали одной из ее причин, сделали Лебедева участником социальной истории России, а не только истории науки. Сам Лебедев к этому вовсе не стремился. Ему не было тесно в мировой физике. К началу XX века физики уже вполне осознавали свою принадлежность к мировому научному сообществу. Работая в Москве, Лебедев своими исследованиями, перепиской, личными контактами участвовал в жизни этого международного сообщества и вместе с ним — в духе своего времени — надеялся, что наука способна улучшить жизнь людей. Никаких более определенных социальных интересов у него не было. Однако российские обстоятельства не позволили ему оставаться просто ученым.
Вот как он сам рассказал об этих обстоятельствах в письмах своим западным коллегам:
В январе сего [1911] года возникли студенческие беспорядки, и полицейское управление по собственной инициативе взяло на себя поддержание порядка в помещениях университета, не подчиняясь ректору. При этих условиях ректор не имел возможности нести принадлежащую ему по закону ответственность за нормальное течение академической жизни в университете, и ректор <> и его два помощника <> подали Совету университета прошения об отставке от занимаемых должностей. Совет согласился как с причинами этих прошений, так и с отставками. Министерство приняло отставки этих лиц как должностных лиц университета, но, кроме того, не указывая причины, уволило их из университета как профессоров и преподавателей. Тогда многие из коллег изгнанных профессоров сочли своим нравственным долгом также подать в отставку. <>
1
Лебедев П.Н. Опытное исследование светового давления // Журнал Русск. физ.-хим. о-ва. Ч. Физ., 1901, т. 33, вып. 7, отд. 1, с. 53—75; «A
2
Научная переписка П.Н. Лебедева. М.: Наука, 1990, с. 223.