СЕМЬ ИСКУССТВ

Его особой научной заслугой стало создание первой полной механической теории кометных хвостов и классификация их, прежде всего, по форме на три типа. В различии их изогнутости явно просматривалось отталкивательное действие Солнца, причем с существенно различающейся силой. Природа этой силы оставалась неизвестной.

Алина Еремеева

П.Н. ЛЕБЕДЕВ (1866–1912).

НА ПЕРЕСЕЧЕНИИ ФИЗИКИ И АСТРОФИЗИКИ

Самая чистая, высокая любовь, свойственная только человеку, —
любовь к науке, искусству и родине.
Запись П.Н. Лебедева в дневнике в день 17-летия [5, с. 99]

Физик или астрофизик?

Петр Николаевич Лебедев — уникальный физик-экспериментатор, впервые сумевший обнаружить в лабораторных опытах и измерить механическое давление света — исчезающе малый эффект в земных условиях, но оказавшийся существенным в условиях Космоса. Это открытие принесло ему всемирную славу среди физиков и не меньшую среди астрономов. Выдающийся советский астрофизик Г.А. Шайн (1892–1956) в своих воспоминаниях о нем [1] даже посчитал, что в физику П.Н. Лебедев пришел из астрономии, начав с интереса к загадочным кометным хвостам, отбрасываемым всегда прочь от Солнца.

Однако вся биография великого ученого, его работы убедительно свидетельствуют, что П.Н. Лебедев был прирожденным физиком, пришедшим в астрофизику, как и многие известные физики, с рождением этой новой науки, открывшей перед исследователями новую, Космическую Лабораторию Природы. Так оценивали роль физических исследований Лебедева по световому давлению и его ближайшие ученики Т.П. Кравец и П.П. Лазарев. «…Не менее значительна роль этих работ и в физике космической, где световое давление часто является наиболее простой и естественной гипотезой для объяснения целого ряда явлений» [2, Предисловие]. И если Шайн полагал, что на опыты со световым давлением Лебедева навел его интерес к кометам, то Лазарев отмечал [3, с. XIII], что новые проблемы физики привели его к проблеме комет, стимулом для его опытов стало изучение общей проблемы пондеромоторного (механического) воздействия волновых процессов, наглядное осуществление которых Лебедев увидел в явлении кометных хвостов. В целом же, можно сказать, весь научный путь П.Н. Лебедева показывает, что исходным пунктом главного дела его жизни был ранний интерес к еще более общей проблеме — лектромагнетизму как проявлению глубинных свойств материального мира.

Несколько штрихов из биографии

П.Н. Лебедев родился 24.02(8.03).1866 г. в Москве в семье служащего Московской чаеторговой фирмы Боткиных[1] Николая Всеволодовича Лебедева (1840–1887), имевшего в этой фирме и свое небольшое дело (коммерческое предприятие), и был единственным (средним) сыном из троих его детей. После начального, как было принято, домашнего образования он для подготовки к той же «основательной» карьере (мечта его отца) был в 10 лет отдан в коммерческую немецкоязычную школу Петра и Павла в Москве, которая дала ему блестящее знание немецкого языка. Однако рано увлекавшийся техникой и приходивший в ужас от предстоявшей карьеры конторского служащего Петя Лебедев, преодолев сопротивление отца, не окончив школу[2], поступает сначала в частное реальное училище, а затем (1883) становится студентом Московского Высшего Технического Училища[3]. Но спустя три года, на 4-м курсе покидает его: обучение в нем было слишком узконаправленным, а Лебедев все более ощущал себя физиком-исследователем. Вместе с тем он выносит из Училища опыт в области практического технического мастерства, в совершенстве изучив токарное и слесарное ремесла, освоив черчение и научившись проектировать сложные приборы. Это в дальнейшем сыграло немалую роль в поразительных успехах его как физика-экспериментатора и конструктора. Еще в подростковом возрасте П.Н. Лебедев заинтересовался электротехникой. Но в первых своих электротехнических опытах, в попытках изобретать новые приборы, он, наряду с успехами, остро ощутил нехватку у него физических знаний. Обуреваемый юношескими грандиозными планами и стремлением решать мировые проблемы науки — не менее чем происхождение электричества и магнетизма, П.Н. Лебедев в 1887 г., после внезапной кончины отца (в 47 лет от сердечного приступа), получив полную свободу выбора дальнейшего пути[4], уезжает в Германию и поступает в Страсбургский университет. Здесь благодаря свободному владению немецким языком (в дальнейшем он делал сообщения и на французском) он быстро вписывается в университетскую среду и, не раз возвращаясь сюда и в последующие годы, навсегда становится «своим человеком» в кругу европейских ученых.

В Германии научные интересы П.Н. Лебедева определились более точно. Его захватила сравнительно новая тогда электромагнитная теория Максвелла и ее удивительные следствия-прогнозы, открывавшие небывалые горизонты и для приложения его таланта экспериментатора. Другим глубоким увлечением Лебедева тогда же стала спектроскопия, а позднее еще и проблема магнетизма. На этот выбор повлиял и круг его друзей — знакомство в Москве с военным инженером, другом семьи А.Н. Бекневым, который поразил воображение 12-летнего Пети Лебедева своей самодельной электрофорной машиной, а затем первым смог оценить и технический талант своего ученика; ранняя (и на всю жизнь) дружба с будущим известным физиком (вначале инженером) А.А. Эйхенвальдом, а уже в Германии с будущим геофизиком Б.Б. Голицыным. Небольшой университетский (тогда немецкий) город Страсбург Лебедев выбрал по совету одного из своих московских профессоров-физиков. Именно в Германии — прежде всего в Страсбурге и в Берлине — разворачивалась в эти годы огромная работа по освоению и развитию новой физической картины мира (провозглашенной Фарадеем и Максвеллом и обогатившей ньютоновскую, гравитационную), по обоснованию, доказательству и развитию теории электромагнитной основы строения вещества. В эпицентре этих событий и оказался Лебедев. Сначала он слушает лекции в Страсбургском университете (1887–1888) и занимается в физической лаборатории А. Кундта, затем вслед за ним переходит в Берлинский университет (1889–1890). Выдающийся ученый, виртуозный физик-экспериментатор, глава немецкой физической научной школы и директор Физического института в Страсбурге, а затем профессор в Берлине и академик Прусской АН А.А. Кундт (1839–1894) стал первым и главным его учителем.

С ранних лет П.Н. Лебедева отличали не только увлеченность наукой, но и романтическое, эмоциональное отношение к ней. Талант Кундта как экспериментатора сразу захватил юного Лебедева. В письмах домой он писал: «С каждым днем я влюбляюсь в физику все более и более. …Я уже теперь перестал понимать, как можно существовать без физики» [3, с. IX]. А знаменитого профессора, в свою очередь, не меньше поражали и экспериментаторский талант молодого русского студента, и его неиссякаемый фонтан новых идей и планов (последнее отразилось даже в шуточном стихотворении Кундта, посвященном Лебедеву [там же]). В Германских университетах Лебедев получил и глубокие теоретические познания, прежде всего из лекций Г. Гельмгольца в Берлине. В письмах к матери Лебедев называл Кундта «художником и поэтом эксперимента», который «расшевеливает и поддерживает возбужденное настроение духа». В лекциях же Гельмгольца о колебательных процессах, как писал Лебедев, «ясно и просто» раскрывалась «предвечная истина и бесконечная красота» физики, поскольку все многообразие колебаний, — учил Гельмгольц, — «управляется одним общим законом гармонического движения» [там же]. Однако, несмотря на стремление решать и на этом поприще сразу универсальные проблемы, переполненный еще далекими от реализации планами, Лебедев по совету Кундта возвращается в 1890 г. в Страсбург для работы над завершающей его обучение более конкретной докторской диссертацией по экспериментальной физике (которую успешно защищает в 1891 г. на степень «доктора натуральной философии». Но одновременно он все более углубляется в общие проблемы, теоретически поставленные Максвеллом — о механическом давлении света на вещество (с предупреждением, однако, о его неуловимо малой величине для макроскопических тел и о полной неизвестности его проявления на уровне молекул как элементов вещества с неизученными еще собственными электромагнитными свойствами). Эти проблемы становятся главными для Лебедева-физика. Знакомство в конце 80-х гг. в Страсбурге и дружба с немецким астрономом М. Вольфом, одним из пионеров астрофотографии, открывшим незадолго до того (1883) короткопериодическую комету, привлекает внимание Лебедева к этому особому объекту, в котором световое давление могло бы проявиться воочию. Лебедев обращает внимание на работы о кометах физиков и астрономов (С. Аррениуса, Ф.Н. Шведова, Дж. Фитцджеральда), но главным образом на работу Ф.А. Бредихина (1885). В своем дневнике (31.03.1890) он впервые записал: «Отталкивание хвостов комет, наблюденное Бредихиным у перигелия, может быть частично лежит в … оптическом отталкивании» [4, с. 88]. На последнем перед возвращением в Россию коллоквиуме в Страсбурге (1891) он делает сообщение по своей единственной теоретической работе с первыми расчетами, показавшими, что силы светового отталкивания могут противодействовать ньютоновскому всемирному тяготению и даже превосходить его в космосе.

В 1891 г. П.Н. Лебедев вернулся в Москву и по приглашению известного московского физика А.Г. Столетова стал его ассистентом в небольшой физической лаборатории Московского университета. Но уже вскоре он создал свою собственную физическую лабораторию и даже проектировал создание отдельного Физического института.

В том же 1891 г. Лебедев познакомился с В.К. Цераским, директором университетской обсерватории. Через него началась его переписка, а затем произошла и личная встреча с первым русским астрофизиком Ф.А. Бредихиным, тогда уже академиком и директором главной, Пулковской обсерватории. Их творческая дружба продолжалась до кончины Бредихина. В 90-е годы Лебедев знакомится и с учеником Бредихина А.А. Белопольским, возглавившим организованный Бредихиными астрофизический отдел в Пулкове; с 1910 г. началось их сотрудничество. В Москве Лебедев тесно общался с астрономической обсерваторией университета на Пресне и, по существу, принимал творческое участие в ее деятельности.

В 1894–1897 гг. Лебедев проделал и опубликовал сначала тремя частями, а затем отдельной брошюрой (1899) большую работу о пондеромоторном (механическом) действии волн на резонаторы для электромагнитных, гидродинамических и акустических колебаний и доказал, что оно не зависит от природы колебаний [5, с. 68–121]. В отношении первых он писал: «Я обратился к тому случаю, где условия … этого действия … доступны непосредтвенному наблюдению: в таких условиях находится разреженный газ кометных хвостов, пронизываемых лучами солнца» [там же, с. 69]. Таким образом, самого начала проблемы физики оказываются тесно связанными у Лебедева с астрофизикой, точнее с космофизикой.

Представив эту работу тогда же в Московский университет в качестве магистерской диссертации (что требовалось в России, несмотря на защиту за рубежом докторской), Лебедев при ее защите (1900) сразу получил российскую степень доктора по физике. В 1901 г. П.Н. Лебедев уже ординарный профессор университета. В 1904 г. при университете по его инициативе был создан в отдельном двухэтажном здании Физический институт, где для его физической лаборатории было выделено две комнаты и полуподвальное помещение (знаменитый «Лебедевский подвал» с целым набором необычного оборудования, вплоть до токарного станка[5]).

Здесь под руководством Петра Николаевича стали проводить по единому плану научные исследования и симпозиумы его ученики (первый научный коллектив, выросший к 1910 г. до 35 человек), вдохновляемые его энтузиазмом, беззаветно преданные науке и своему учителю (хотя он не отличался мягкостью и был требователен к своим воспитанникам, стимулируя их на самостоятельную деятельность и инициативу). Как вспоминал Т.П. Кравец, Петр Николаевич Лебедев поражал всех и своей внешностью: «громадного роста, столь же громадной физической силы, тренированною в юношестве спортом…, с прекрасным лицом — он являл образ мужественной красоты в самом высоком понимании этого слова» [5, c. 405], с «огромным темпераментом» и «пламенем, горевшим в глазах» [6, с. 170].

Но в самый разгар напряженной творческой работы, едва завершив главное дело своей жизни — обнаружение и измерение светового давления на газы, П.Н. Лебедев, тем не менее, счел своим долгом уйти в феврале 1911 г. в отставку, вместе с другими (21) профессорами в знак протеста против притеснений студенчества и подавления автономии университета со стороны правительства в лице министра просвещения Кассо[6]. В числе ушедших был и В.К. Цераский (1849–1925). Но Витольд Карлович оставался директором Московской обсерватории, где находилась и его квартира, его инструменты, и даже продолжал читать лекции в университете. Для П.Н. Лебедева уход из университета был полным разрывом с ним и стал тяжелейшим, по сути, смертельным ударом. Университет был для него не только местом работы, где находилась созданная им Физическая лаборатория, перед коллективом которой — своими учениками, ушедшими вместе с ним — он нес ответственность, но также местом проживания и единственным источником материального обеспечения его семьи (а у него на руках в эти годы были не только малолетний сын его жены от первого брака[7], но и двое детей его умершей младшей сестры).

Поскольку П.Н. Лебедев пользовался мировой известностью, ему сразу стали поступать приглашения в зарубежные научные учреждения с самыми лестными условиями деятельности. Но, несмотря на полное понимание преимуществ научной деятельности в Европе и малоутешительные перспективы в России (о чем он с горечью писал П.П. Лазареву [7, с. 31]), он предпочел остаться на родине, чтобы быть вместе со своими учениками, откликнувшись на предложение места в московской Палате мер и весов (куда был приглашен и П.П. Лазарев). Но и научная «семья» Петра Николаевича не оставила его. Благодаря заботам его друзей и учеников уже в сентябре 1911 г. П.Н. Лебедев получил возможность работать в новой небольшой (устроенной в подвале жилого дома в Мертвом переулке, д. 20 [там же])[8] Физической лаборатории, созданной на средства Леденцовского фонда[9] и Городского народного университета им. А.Л. Шанявского[10] [7, с. 20]. Но было поздно. Не выдержало больное сердце[11]. Петр Николаевич Лебедев скончался 1 (14) марта 1912 г.[12], едва достигнув 46-ти лет (болезнь, унаследованная от отца). Он был похоронен в Москве на Алексеевском кладбище. В 1935 г., в связи с ликвидацией кладбища, прах великого русского физика и гражданина был перенесен на территорию Новодевичьего монастыря (ныне Новодевичье кладбище — место захоронения выдающихся деятелей нашей страны. Его Физическую лабораторию возглавил тогда будущий академик П.П. Лазарев, став затем и первым директором созданного по замыслу П.Н. Лебедева Физического института (ныне ФИАН им. П.Н. Лебедева), который был достроен только в 1916 г. [13].

На пересечении физики и астрофизики, или новая эпоха космофизики

Родоначальником физики — букв. всеобщей науки о природе был Аристотель (IV в. до н.э.) — не только великий философ, логик, но по существу первый физик-наблюдатель и физик-мыслитель в истории человечества. Он первым призвал опираться на наблюдения и претендовал на объяснение на этом основании как законов явлений на Земле и в ближайшем ее окружении (в «подлунном мире»), так и особых законов явлений в Космосе. Таким образом, физику Аристотеля можно назвать в целом космофизикой. Первым реальным успехом физики на Земле стало рождение и развитие механики; первым «возвращением» к космическим масштабам — рождение и развитие небесной механики, где наука о движении и механическом взаимодействии получила новую опору в открытии закона всемирного тяготения. Ее триумфальные успехи привели к формированию ньютонианской физической гравитационной картины мира (XVII–XVIII вв.), которая и ныне служит опорой не только в исследовании, но и в использовании механики Вселенной — при изучении окружающего Космоса с помощью искусственных космических аппаратов и станций. Дальнейшие успехи физики в изучении — теперь уже строения вещества и процессов в нем, — рождение и первые успехи наук об электричестве и магнетизме (XVII в.), объединившихся в XVIII в. в электромагнетизм, о теплоте (термодинамика, XIX в.) открыли перед физиками новую великую Лабораторию Природы и в Космосе. В итоге в середине XIX в. окончательно сформировалась зарождавшаяся еще в XVIII в. главная ветвь современной астрономии — астрофизика[14], а по существу космофизика.

Участие специалистов физиков (но главным образом теоретиков!) в формировании и развитии астрофизики стало характерным со второй половины XIX в. Таков был путь К. Шварцшильда, Дж. Джинса, А.С. Эддингтона, его ученика Ж. Леметра, как и многих наших отечественных физиков (начало чему, опережая свое время, положил еще М.В. Ломоносов). И это продолжается до сих пор. Но первым среди них (после Г. Кирхгофа) физиком-экспериментатором, причем уникальным, мирового уровня, был П.Н. Лебедев.

К синтезу физики и астрофизики в работах П.Н. Лебедева

П.Н. Лебедев рано осознал себя прирожденным физиком-исследователем, но особого склада: ему (как и его учителю Кундту) были чужды и увлечение сложными математическими формулами, и разработка теории. Главными областями его интересов в физике стали — экспериментальное исследование молекулярных сил и взаимодействий с точки зрения электромагнетизма и экспериментальное доказательство теоретического вывода Максвелла (1873) о существовании механического давления света на вещество. Независимо к выводу о существовании светового давления, но исходя из термодинамики, пришел итальянский физик А. Бартоли (1876). Поэтому в физику эффект вошел сначала под именем эффекта проявления Максвелло-Бартолиевых сил (так его называет во всех работах и П.Н. Лебедев). Вместе с тем, в Лебедеве счастливо сочетались талант экспериментатора с философским складом ума и поистине декартовским подходом к решению конкретных научных проблем. Каждую он рассматривал как проявление универсальных законов природы, исходя из общей физической картины мира. С самого начала он стремился выяснить, не распространяется ли вывод Максвелла и на другие колебательные процессы. Лекции Гельмгольца сыграли в этом свою роль. Еще в Германии настольной книгой П.Н. Лебедева стало и сочинение одного из пионеров астрофизики А. Секки «Единство физических сил» [4, с. 24]. Среди многих прочитанных им книг были и «Космос» А. Гумбольдта, и «История философии» Льюиса, и труды (тогда еще не полностью опубликованные) М.В. Ломоносова [9, с. 120].

Наряду с этим Лебедев в своих статьях на тему светового давления все более погружается и в историю проблемы. Впервые в 1901 г. он называет ее очень старой, старше самой идеи тяготения Ньютона и отмечает, что идея давления света родилась именно в астрономии для объяснения причин направления кометных хвостов, а родоначальником ее является Кеплер, который «триста лет назад указал на такое решение их, лучше которого мы и в настоящее время не можем найти». Лебедев продолжает: «Кеплер (1608) высказал предположение, что кометные хвосты суть газообразные испарения кометного ядра, которые движутся независимо от этого последнего и в отличие от него не притягиваются, а отталкиваются Солнцем» [7, с. 240]. Он добавляет, что идея Кеплера была поддержана тогда же Лонгомонтаном в сочинении «Датская астрономия» (1622)[15] и подчеркивает, что для эпохи господства корпускулярной теории света («теории истечения») такое объяснение было естественным. Лебедев ссылается на сочинение о северном сиянии французского астронома Де Мерана (1754), который (вместе с известным физиком Дюфэ) впервые попытался обнаружить давление света экспериментально[16]. Теоретическим обоснованием наличия эффекта давления света, уже как электромагнитной волны, в 80-е гг. XIX в. занимались многие физики и астрофизики — Дж. Ф. Фитцджеральд, Л. Больцман, И. Цёлльнер, К. Шварцшильд, в начале 90-х Б.Б. Голицын и др. Но все попытки обнаружить его экспериментально оставались тщетными — исчезающе малую величину эффекта полностью «забивали» посторонние «шумы», в 10⁵ раз превышавшие его: конвекционные потоки и открытый в 1870 г. У. Круксом радиометрический эффект, возникавшие в экспериментальных установках за счет нагревания падающим светом.

Проблема экспериментального обнаружения светового давления стала одной из основных в научной программе П.Н. Лебедева, составленной им уже в январе 1891 г. Общим направлением и содержанием его научной жизни физика с самого начала пребывания в Германии становится проблема взаимодействия света как электромагнитных колебаний с веществом во всех агрегатных состояниях и масштабах и связанная с нею еще более фундаментальная проблема природы молекулярных сил с точки зрения электромагнитной теории материи. Особенно Лебедева вдохновили опыты Г. Герца, который впервые показал (1887–1888) существование взаимодействия электромагнитного излучения с придуманными им приемниками (резонаторами) в виде внушительных размеров многопудовых смоляных линз и металлических зеркал и при этом впервые экспериментально обнаружил сами электромагнитные волны (названные им «лучами электрической силы», длиной в 60 см, в сущности дециметровые радиоволны). Герц доказал, что они обладают теми же оптическими свойствами, что и лучи света. Продолжив его работы, Лебедев добился (1895) получения ультракоротких (в 100 раз меньших, чем у Герца) электромагнитных волн в 6 и даже в 4 мм [5, с. 398], которые можно было наблюдать уже в его ювелирно миниатюрных установках-резонаторах. Рассматривая их как макроскопическую модель молекул, Лебедев доказал, что и молекулы ведут себя в электромагнитном поле как микро-резонаторы. Таким образом, через ультракороткие электромагнитные волны он сблизил оптический, тепловой и электромагнитный спектры, подтверждая основной вывод Герца о единой физической, электромагнитной природе этих волновых процессов [17]. В Германии Лебедев приступает к изучению эффекта механического (или, как говорили в его время, пондеромоторного) давления света на вещество, которое стало делом его жизни.

Максвелл ограничил справедливость своей формулы для светового давления (P=E/v, где E — энергия светового пучка, а v — скорость света в среде, в которой находится тело) двумя граничными условиями: она справедлива для тел с размерами (r) много больше падающей на них волны света (λ), отметив, однако, что эффект должен иметь ничтожную величину, а при соизмеримости r и λ, то есть на уровне молекул, формула, как он подозревал, неприменима из-за вмешательства совершенно не изученных тогда взаимодействия волны с молекулой вещества и молекулярных и межмолекулярных сил в целом.

В своей первой и единственной теоретической работе 1891 г. Лебедев проводит расчет давления солнечных лучей на пылевые частицы (моделируя их в виде абсолютно черных шариков) в зависимости от их размера и плотности [5, с. 31–35]. На основе теории Максвелла он выводит формулу для силы (F), представляющей долю лучевого отталкивания тела Солнцем (H) по отношению к его ньютоновскому притяжению (G): F = (G–H)/ G в зависимости от размеров (r) и плотности (δ) тела [F =1–(10^-4/rδ)]. В поисках условий проявления в природе светового давления Лебедев обращается к космическому объекту, где световое давление становится наглядным — это предельно разреженные хвосты комет. Он знакомится с работами Дж. Фитцджеральда, также делавшего безуспешные попытки обнаружить давление света и тоже обратившего внимание на проблему кометных хвостов, материю которых считали разреженной до молекул. Но учитывая неизученность межмолекулярных сил, Лебедев пока ограничивает свою задачу: «Поэтому для интересных вопросов относительно отталкивания кометных хвостов солнцем, а также и взаимодействия двух соседних молекул в телах может быть намечен только путь к решению» (там же).

Спектральный анализ позволил к этому времени приоткрыть и состав вещества кометных хвостов. Лебедев пишет: «В кометных хвостах, которые, как известно, состоят преимущественно из газообразных углеводородов, мы имеем дело с отдельными молекулами» и отмечает, что его формула, строго говоря, к ним неприменима. Как истинный физик-практик он претендует сначала на решение проблемы в первом приближении. Лебедев выявляет тенденцию в изменении эффекта светового давления и делает предварительный приближенный вывод: «Для кометных хвостов, разреженных до молекул: r < 10^-8 см и δ < 10 (по отношению к воде) отталкивание хвостов, во много раз превышающее притяжение их, притом различное для различных веществ хвоста и ~ 1/R² [расстоянию от Солнца][18] не противоречит нашей формуле».

Эти расчеты Лебедев провел в период 1889–1891 гг. и был поражен открывшейся перспективой: в Космосе с всемирным ньютоновским притяжением между телами может соперничать противодействующая ему отталкивательная сила их излучения!

«Я, кажется, сделал очень важное открытие в теории движения светил, специально комет, — записывает он. — Найденный закон распространяется на все небесные тела… Выведенный мною закон не есть дело минутного наития: около двух лет ношу я его зачатки».

Поделившись этим с Винером, тогда лаборантом Кундта, и услышав сначала от него оценку: «Ты с ума сошел!», а на следующий день — поздравления, Лебедев признается (совсем в духе и с искренностью… самого Кеплера, который именно так воспринял свое открытие третьего закона — великой гармонии планетных движений):

«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 предчувствовал» [3, с. XIII].

Главную роль для Лебедева на этом пути сыграло знакомство с работами Ф.А. Бредихина. Из них он узнает о его классификации кометных хвостов и об открытой им различной относительной силе отталкивания в них, полученной по наблюдениям различной кривизны хвостов у 40 комет: 17; 1,1; 0,2 (см. ниже рис. 12)[19].

Эти расчеты и выводы Лебедева стали содержанием его первого сообщения «Об отталкивательной силе лучеиспускающих тел», с которым он выступил летом 1891 г. на последнем перед возвращением в Россию коллоковиуме у нового директора Физического института в Страсбурге Ф. Кольрауша (сменившего Кундта)[20]. В нем он делает обоснованный вывод о возможной существенной космической роли светового давления, теоретически открытого Максвеллом и Бартоли [5, с. 31–35] [21] и в связи с этим заключает:

«Эти величины могут быть без натяжки объяснены вышеуказанным механическим действием солнечных лучей, чем устраняется гипотеза электростатического заряда Солнца, разработанная Цёлльнером (1872)».

Лебедев критикует в этом сообщении общепринятую в XIX в. предложенную Ольберсом (не принявшим идею Кеплера как не доказанную) и поддержанную Бесселем и Цёлльнером теорию кометных хвостов. В ней предполагалось, что их направление определяется взаимодействием якобы электростатически заряженного Солнца и наэлектризованных частиц хвоста кометы. В этом объяснении Лебедев усматривал как отсутствие подтверждений о таком состоянии Солнца и вещества комет, так и нарушение закона сохранения энергии (электростатический заряд Солнца должен был бы расходоваться и уменьшаться!) и напоминал: «Нужно заметить, что уже Фэй (Faye, … 1881) [22] выразил предположение, что отталкивательную силу Солнца надо искать в его лучеиспускании, но не наметил, однако, пути к решению вопроса» [там же, с. 34]. Далее он рассматривает проблему в общем виде как взаимодействие ньютоновского притяжения и светового отталкивания между двумя абсолютно черными шариками-пылинками, температура которых равна 0^о С (т.е. не равна абсолютному нулю и, следовательно, они излучают). Найдя условие равенства для них притяжения и светового отталкивания (r = 4 мм, δ=10 [относительно плотности воды], он делает вывод, что с дальнейшим уменьшением r отталкивание начнет превышать притяжение:

«…Так, пылинки, радиус которых не превышает одной тысячной миллиметра, будут отталкиваться при 0^оС в мировом пространстве с силой, порядок которой в миллион раз превышает порядок силы их ньютоновского притяжения». [Там же, с. 35].

Возвращаясь в конце сообщения к проблеме молекулярных сил, Лебедев высказывает свое (оправдавшееся впоследствии) мнение, что, во всяком случае, и «при изучении сущности так называемых молекулярных сил мы не можем пренебрегать силами, возникающими от лучеиспускания».

Эта статья, опубликованная в разных изданиях в Европе и в России, вошла в качестве его первой классической работы, в числе трех его главных работ, в первое русское специализированное издание трудов П.Н. Лебедева под общим названием «Давление света» в серии «Классики естествознания» (1922) [2].

В 1899 г. П.Н. Лебедев впервые в истории науки экспериментально прямым методом обнаружил и измерил давление света на твердые тела. Об этом он тогда же сообщил в Лозанне и более полно, с демонстрацией опытов, в своем двухчасовом (!) докладе на Международном конгрессе физиков в Париже (1900, на французском языке). Наряду с краткими публикациями его на разных языках полный текст был в 1901 г. опубликован на немецком языке, а также и в русском переводе [5, с. 187–212]. Эта работа П.Н. Лебедева сразу сделала его всемирно знаменитым и была удостоена в России премии академии наук[23].

П.Н. Лебедев и Ф.А. Бредихин

В России еще до рождения П.Н. Лебедева физикой комет занялся Ф.А. Бредихин (1831–1904), основатель московской астрофизической школы, а в 1873–1889 гг. директор университетской астрономической обсерватории.

Его особой научной заслугой стало создание первой полной механической теории кометных хвостов и классификация их, прежде всего, по форме на три типа. В различии их изогнутости явно просматривалось отталкивательное действие Солнца, причем с существенно различающейся силой. Природа этой силы оставалась неизвестной. Впервые детально изучив особенности не только общей формы, но и внутренней структуры кометных хвостов, Бредихин, в духе Ломоносова, считал все это проявлением в космосе электрической силы (но почему-то проявлявшейся по-разному…).

Возвратившись в 1891 г. в Москву, П.Н. Лебедев в том же году с огромным успехом повторил свой Страсбургский доклад 1890 года в Политехническом Музее. По настоянию присутствовавшего на докладе В.К. Цераского (только что вступившего в должность директора Московской университетской обсерватории, сменив на этом посту Ф.А. Бредихина, приглашенного возглавить Пулковскую обсерваторию) П.Н. Лебедев отправил статью Ф.А. Бредихину в С.-Петербург.

Лебедеву было 25, Бредихину — 60. Академик Бредихин живо заинтересовался статьей молодого физика, началась переписка, а в 1892 г. произошла и личная их встреча. Бредихин произвел глубокое впечатление на Петра Николаевича: «…Сразу видно, что гениальный человек», — записал тогда Лебедев в дневнике 2.06.1892 г. [4, с. 90]. Бредихин же сразу оценил значение работы Лебедева и не замедлил использовать его статью в своей речи в Академии наук «О физических переменах в небесных телах» (1893); оттиск речи он отправил Петру Николаевичу в Москву, и Лебедев в своей первой большой обобщающей работе «Экспериментальное исследование пондеромоторного действия волн на резонаторы» (1899), ставшей его докторской диссертацией по физике, с благодарностью сослался на эту оценку академиком Ф.А. Бредихиным его объяснения отталкивания кометных хвостов Солнцем [5, с. 70].

Тогда же началась их углубленная дискуссия о природе отталкивательных сил в кометных хвостах (о соотношении действия в них сил электричества и светового давления) — взаимоуважительная, но и полностью принципиальная при обсуждении возникавших разногласий.

П.Н. Лебедев и его физическая теория хвостов комет

П.Н. Лебедев занимает особое место в разработке Бредихиным теории комет, прежде всего, в выяснении природы отталкивательного действия Солнца. В опытной установке для последнего, третьего этапа своих исследований светового давления — давления света на газы — в баллоне для его измерения Лебедев использовал в качестве среды уже открытые в хвостах комет газообразные углеводороды СН₄ и др., а также СО₂ и Н. Именно введение в баллон примесей единственного теплопроводного газа водорода (из которого, по Бредихину, состояли прямые хвосты I-го типа) приводило к быстрому выравниванию температуры в баллоне, подавляя конвекцию газов, и обеспечило успех завершающих опытов Лебедева [4, с. 87, 88]. Кстати, долгое время впоследствии считали, что световое давление играет существенную роль именно в наиболее скоростных плазменных хвостах I-го типа. Однако, для хвостов этого типа силы, отбрасывающие вещество хвоста от Солнца, оказались слишком велики и для светового давления, как отмечал уже Шайн в 1959 г. [1], здесь начинают играть существенную роль такие силы, как солнечный ветер и его действие на ионизированные молекулы хвостов. Но для хвостов II и III типов световое давление оказалось существенным, к такому выводу пришел, в конце концов, и Лебедев.

В то время еще не было четкого представления и об агрегатном состоянии вещества в хвостах комет. Многие видные физики (в том числе Аррениус) отрицали наличие в них газов, допуская только их пылевой состав. (Аррениус допускал еще и капельное состояние вещества, якобы возникающее в результате конденсации выделяющихся из кометы паров [4, с. 95]). Лебедев же, как и Бредихин, был убежден в газопылевом составе хвостов комет, причем главным для него был давно установленный факт крайней разреженности их вещества.

Еще в ходе подготовки к физическим опытам по обнаружению и измерению светового давления на твердые тела П.Н. Лебедев выдвинул и опубликовал собственную теорию (вернее, как он предпочитал называть ее, «рабочую гипотезу») о физике кометных хвостов. За исходные он принял допущения: 1) всякое тело с температурой больше абсолютного нуля излучает и оказывает лучевое давление на окружающие тела [по Максвеллу]; 2) лучевое давление обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца [Ольберс, Бессель]. Для пылевых хвостов — по выведенной им формуле для модели пыли в виде абсолютно черных шариков — Лебедев смог оценить порядок величины солнечного отталкивания и нашел, что оно не пренебрежимо мало, т.е. может быть обнаружено измерением [там же, с. 92]. Это дополнительно стимулировало его главные лабораторные эксперименты по доказательству светового давления на твердые тела (1899). Проверив к 1900 г. свои результаты дополнительно, Лебедев отправил оттиск своего парижского доклада «Опытное исследование светового давления» [5, с. 187–210] Бредихину.

П.Н. Лебедев о механизме свечения хвостов комет

Над этой астрофизической проблемой П.Н. Лебедев думал еще с 1896 г. Новая идея была высказана им при анализе истории гипотез о причине направления кометных хвостов в докладе на съезде AG [24] в Геттингене в 1902 г. «Физические причины, обусловливающие отступления от гравитационного закона Ньютона», полностью опубликованном в 1903 г.[5, с. 240–245]). Свое сообщение он закончил критикой принимавшейся в его время некоторыми физиками гипотезы об электрическом механизме свечения хвостов, которое (в свете общепринятой тогда электростатической теории образования хвостов) сравнивали со свечением гейслеровских трубок [25]. Но Лебедев, раскритиковав, как уже говорилось выше, эту электростатическую гипотезу, высказал свою. Опорой для него стала разработанная им физическая теория «о взаимодействии молекул-резонаторов с полем излучения Солнца». Он приводит новые (из измерения Бредихиным «многих хвостов комет») величины относительной силы отталкивания их вещества по сравнению с притяжением к Солнцу: 17,5; 1,1; 0,2 (для хвостов I, II и III типов, соответственно)[26] и делает вывод: «…Причину свечения кометных хвостов следует искать во флуоресценции, которую непосредственно опытным путем исследовали Ломмель (1883) и Видеман и Шмидт (1895, 1896)». К слову флуоресценция Лебедев делает примечание:

«Кроме флуоресценции, в сильно разреженных газах при освещении возможны излучения в связи с резонансом; для электромагнитных резонаторов, находящихся в поле электромагнитных волн, такие излучения предсказываются теорией и обнаружены также на опыте» [там же, с. 243].

В конце сообщения Лебедев приводит интересный теоретический результат К. Шварцшильда (1901): световое давление, растущее с уменьшением размеров пылинок в хвостах комет, достигнет максимума при их размерах в тысячные доли миллиметра, но при дальнейшем уменьшении их резко упадет [там же, с. 245]. В связи с этим Лебедев напоминает, что еще в 1897 г. он показал, что при падении света на отдельные молекулы газа в них «имеет место явление резонанса, сопровождаемое давлением падающих на них лучей». В заключительных словах своего сообщения Лебедев выступает уже как астрофизик:

«В этой области, которая представляет собой наибольший интерес для астрофизики, необходимо ожидать еще появления соответствующих непосредственных экспериментальных исследований».

Он подчеркивает, что снова «объяснение Кеплера выступает на передний план». Учитывая мнение Бредихина, сторонника главной роли в физике кометных хвостов электрической силы, Лебедев, тем не менее, настаивает:

«О роли электрических сил можно будет судить лишь после учета светового давления, явного уже, или же мы согласимся с Кеплером — что все объяснено им» [там же].

Выводы П.Н. Лебедева о свечении кометных хвостов как резонансной флуоресценции подтвердились в наше время. Но уже тогда их высоко оценил Ф.А. Бредихин. По его указанию они сразу были внесены в книгу с наиболее полным изложением его работ о кометах, которую под его руководством готовил к печати Р.О. Егерман[27], сопроводивший это словами: «как очень важная опора для физической кометной теории Бредихина» [4, с. 94–95].

Резонансное излучение вскоре было независимо обнаружено (в 1904, по другим источникам в 1905 г.) выдающимся американским физиком-экспериментатором Р. Вудом, но о более ранних идеях и выводах П. Н. Лебедева было забыто[28].

Защита приоритета П.Н. Лебедева

В своей монографии, посвященной Ф.А. Бредихину (1964) Н.И. Невская писала: «Таким образом, становится совершенно ясно, что идея о резонансно-флюоресцентном свечении кометных хвостов была впервые выдвинута П.Н. Лебедевым» [4, с. 96]. Его приоритет в этом признавали все его современники, даже прежние противники С. Аррениус и К. Шварцшильд, ранее вообще не допускавшие газового состава хвостов комет. Но в 1964 г. Нине Ивановне Невской пришлось защищать приоритет П.Н. Лебедева в определении физики свечения хвостов комет не только от зарубежных, но и от некоторых отечественных авторов. И лишь известный советский специалист в области кометной астрономии О.В. Добровольский (1914–1989), тогда директор Душанбинской (Сталинабадской) обсерватории, в 1957 г. правильно расставил приоритеты (там же).

А истина — посередине… [29]

В представлениях и П.Н. Лебедева, и Ф.А. Бредихина о механизме отталкивания и свечения хвостов комет была своя доля истины. Это подтвердилось в середине ХХ в. Бредихин допускал также оправдавшееся воздействие на хвосты еще и корпускулярного излучения Солнца (ныне известного как солнечный ветер). В 1902 г. Лебедев согласился с выводами Бредихина об одновременном действии в хвостах нескольких отталкивательных сил, что соответствует современным представлениям [4, с. 98]. Оценивая роль П.Н. Лебедева в развитии кометной теории Бредихина, Невская писала [там же, с. 94]:

«…Его работы наметили принципиальное решение вопроса, и, самое главное, заложили экспериментальную базу дальнейших исследований в этом направлении»

(окончание)

Примечания

[1] Из этой знаменитой семьи был врач Евгений Сергеевич Боткин (1865–1918) лейб-медик семьи Николая II, дворянин, не покинувший при аресте его семью и расстрелянный вместе с нею; Боткин Василий Петрович (1811–1869) — писатель и выдающийся меценат, сын крупного чаеторговца (с 1853 глава фирмы); его братья Боткин Михаил Петрович (1839–1914) — художник, академик исторической живописи и Боткин Сергей Петрович (1832–1889) — врач-терапевт и общественный деятель, одним из пяти сыновей которого и был Е. С. Боткин, имя которого носит ныне известная больница в Москве.

[2] Ее окончание не давало права получения дальнейшего высшего технического образования в России.

[3] Сильно преобразованное в дальнейшем оно известно ныне как МГТУ им. Баумана.

[4] Заметим, что «свобода» эта была все же ограниченной: П.Н. Лебедев не мог поступить в России и в университет, так как не имел «классического» образования, то есть не прошел через гимназию, с обязательным изучением древних языков, прежде всего, латыни. Этого не требовалось в Страсбурге, но с тем же он столкнулся в Берлине и потому вернулся в Страсбург для завершения учебы и защиты докторской диссертации. Та же пресловутая проблема латыни в дальнейшем даже несколько затормозила получение им профессорской кафедры в Московском университете.

[5] Нежелание оплачивать его начальством, не понимавшим, зачем это нужно физику (!), Лебедев остроумно преодолел, заменив в заявке слова о нем на «приобретение точной дребанки» (от немецкого Drehbank — токарный станок). И счет был подписан.

[6] По приказу министра просвещения Л. Кассо (1911) профессорам Университета вменялось в обязанность доносить о проявлении студентами антиправительственных настроений (реакция на революцию 1905 года). За отказ от этого три руководящих деятеля университета были уволены, на что откликнулись коллективной отставкой прогрессивные профессора (тогда как другие… поспешили занять освободившиеся кафедры, о чем П.Н. Лебедев с горечью и презрением к ним писал в своем последнем письме из Германии в 1911 г., где был на лечении, к П.П. Лазареву [7, с. 31]).

[7] В дальнейшем известный советский физико-химик, чл.-корр. АН СССР Б.В. Дерягин (1902–1994). (П.Н. Лебедев в 1908 г. женился на овдовевшей сестре своего ближайшего друга А.А. Эйхенвальда, в замужестве В.А. Дерягиной [8, с. 166].)

[8] В том же доме семья П.Н. Лебедева снимала квартиру — такого условия требовало чрезвычайно ухудшившееся его здоровье.

[9] Христофор Семенович Леденцов (1842–1907) — вологодский купец, личный почетный гражданин, крупный землевладелец и прогрессивный промышленник, миллионер, основатель «Общества содействия успехам опытных наук и их практических применений» (в его Совет входил и П.Н. Лебедев). В 1909 г. по его завещанию был создан для этих целей фонд его имени (Леденцов завещал ему все свое имущество — 1 млн. руб.). Его вице-президентом был известный московский физик Н. А. Умов. Девизом фонда было: «Наука, труд, любовь, довольство». Общество просуществовало девять лет (1909–1918).

[10] Альфонс Леонович Шанявский (1837–1905) российский офицер из древнего польского дворянского рода, в России жил с 7 лет; генерал, золотопромышленник и меценат. По его завещанию и на его средства в его доме на Арбате в 1908 г. был открыт Московский городской народный университет его имени. Просуществовав также лишь до 1918 г., он, тем не менее, (как и Леденцовский фонд) оставил глубокий след в развитии образования в России.

[11] Даже в молодости (когда он много занимался спортом, в том числе, греблей и альпинизмом) как-то во время гребли его сердце вдруг остановилось, но тогда Лебедева удалось спасти. Советами П.Н. Лебедева по альпинизму пользовался П.К. Штернберг (в те годы приват-доцент университета) [5, c. 15].

[12] В биографическом очерке о нем [5, с .405] ошибочно указана дата 1 (14) апреля.

[13] Он располагался сначала на Миусской площади, как пишет об этом П.П. Лазарев [7, с. 31], ныне на Ленинском проспекте.

[14] Термин предложен немецким астрономом И. Цёлльнером (1834–1882).

[15] С.К. Лонгомонтан (1562–1647) — датский астроном, помощник и ученик Т. Браге, с 1607 — профессор Копенгагенского университета.

[16] Видимо, из него Лебедев приводит со ссылкой на «Гартзокера (1696 г.)» забавное преувеличение эффекта — рассказы путешественников о том, что давлением солнечного света якобы даже замедлялось (встречное) течение Дуная по утрам и, напротив, ускорялось близ заката. (Н. Гартсокье (Hartsoeker N. 1656–1725) — известный голландский физик и математик, член Парижской и Берлинской АН [10, с. 54, 766])

[17] В дальнейшем диапазоны сомкнулись благодаря работам известных русских и советских физиков А.А. Глаголевой-Аркадьевой (1884–1945) (В.К. Аркадьев, 1884–1953, чл.-корр. АН СССР, был учеником П.Н. Лебедева) и независимо М.А. Левитской (1883–1963).

[18] Этот универсальный закон для центральных сил тяготения, электричества, магнетизма был естественно принят Г.В. Ольберсом, а за ним Ф.В. Бесселем и И. Цёлльнером для электростатического отталкивания кометных хвостов.

[19] В дальнейших статьях Лебедев приводит уточненные оценки Бредихина, полученные уже по 50 кометам, и в своей последней итоговой статье 1911 г. называет относительные силы отталкивания в хвостах I, II и III-го типов: 18; 2,2–0,5; 0,3.

[20] Датой выступления называют в литературе о Лебедеве 30 июля по н. ст., но в биографическом очерке о нем П.П. Лазарева в 1913 г. названа дата 20 июля ст. ст. В таком случае, оно должно было состояться 1 августа 1891 г.

[21] Первая публикация в Трудах Отделения физических наук Общества Любителей естествознания, антропологии и этнографии, т. 4, вып. 2, 1891, с. 1–3 и в Ann. d. Phys. Bd. 45, S. 292–297.

[22] Очевидно, имеется в виду французский астроном Эрве Фай (1814–1902), наиболее известный своей планетной космогонической гипотезой. Лебедев в своем замечании открывает т. о. еще одну, причем малоизвестную, астрофизическую область интересов Фая.

[23] В литературе, в т. ч. в [9], ошибочно указано, что его избрали в России в член-корреспонденты Академии наук. В академическом справочнике «Академия наук СССР. Персональный состав. М.: Наука, 1974» таких сведений нет.

[24] Astronomische Gesellschaft — немецкое Астрономическое общество, основанное в 1863 г. в Гейдельберге, до создания МАС (1919) игравшее роль международного.

[25] Газоразрядные трубки с впаянными электродами, наполненные разреженным газом. При пропускании тока он начинает светиться (цвет свечения зависит от химической природы газа, что нашло широкое использование явления в наше время в рекламе и в световых уличных наименованиях учреждений).

[26] Дальнейшие уточнения будут внесены им в статью 1911 г.

[27] Jaegermann R.O. Prof. Th. Bredichin’s mechanische Untersuchungen über Cometenformen in systematischer Darstellung. St.-Petersb., 1903, 490 SS. Работы Бредихина о кометах были разбросаны по разным журналам и для их собрания в одной книге, причем доступной для зарубежных читателей (написание ее, поэтому предполагалось на французском или немецком языках), Бредихин объявил конкурс на премию в 2000 р. имени своей скончавшейся жены. По предложению В.К. Цераского составителем ее стал выпускник Московского университета Рихард Оскарович Егерман, прибалтийский немец, хорошо знакомый с работами Ф.А. Бредихина и писавший текст прямо на немецком языке [4, с. 131–132]). Включение в нее на последнем этапе перед выходом книги новых идей Лебедева свидетельствовало об их высокой оценке Бредихиным.

[28] Даже в статье в БСЭ рассказано о резонансном излучении как об открытии Р. Вуда (1905) и нет ни слова о П.Н. Лебедеве! Более аккуратно, и на этот раз правильнее, сказано в Интернете о роли Вуда со ссылкой на «Физическую энциклопедию» и опорой на большое число других литературных источников: «Р. и. впервые обнаружено в 1904 Р. Вудом (R. Wood) в парах натрия». Но о более ранних идеях П.Н. Лебедева вновь ничего нет.

[29] Строка из стихотворного эпиграфа П.Н. Холопова к его книге о звездных скоплениях [11]:
И вновь летят бессонные часы…
Прозрения иль миражи в пустыне?
И вновь и вновь качаются весы,
А истина таится посредине…