Лебедев Петр Николаевич. Фундаментальный вклад в понимание природы света
Выдающийся русский физик-экспериментатор, первым подтвердивший на опыте вывод Максвелла о наличии светового давления, создатель первой в России научной физической школы, профессор Московского университета
Создатель первой в России научной физической школы, профессор Московского университета (1900-1911). Был уволен в результате действий министра просвещения, известных как «дело Кассо».
Биография
Родился в Москве 8 марта 1866 года. В юношеские годы увлекся физикой, но доступ в университет для него, выпускника реального училища, был закрыт, поэтому он поступил в Императорское Московское техническое училище. Впоследствии П. Н. Лебедев говорил, что знакомство с техникой оказалось ему очень полезным при конструировании экспериментальных установок.
Образование
В 1887 году, не закончив ИМТУ, Лебедев направился в Германию, в лабораторию известного физика Августа Кундта, у которого работал вначале в Страсбурге, а затем в Берлине. В 1891 году написал диссертацию «Об измерении диэлектрических постоянных паров и о теории диэлектриков Моссотти - Клаузиуса» и сдал экзамен на первую ученую степень. По возвращении в Россию получил в 1892 году в Московском университете место ассистента в лаборатории профессора А. Г. Столетова.
Цикл выполненных у Кундта работ вошел в представленную Лебедевым в 1900 году магистерскую диссертацию «О пондеромоторном действии волн на резонаторы», за которую ему сразу (случай исключительный!) была присуждена степень доктора физики. Вскоре он был утвержден профессором Московского университета.
Научная деятельность
Не без некоторого противодействия со стороны отдельных его коллег Лебедев начинает активно проводить экспериментальную работу. К тому времени он уже успел приобрести известность и опыт как один из первых исследователей, опирающихся на теорию Максвелла. Ещё в 1895 году он создал установку для генерирования и приема электромагнитного излучения с длиной волны в 6 мм и 4 мм, исследовал отражение, преломление, поляризацию, интерференцию и др.
В 1899 году П. Н. Лебедев при помощи виртуозных, хотя и выполненных скромными средствами опытов подтвердил теоретическое предсказание Максвелла о давлении света на твердые тела, а в 1907 году - и на газы (открытие эффекта давления света). Это исследование явилось важной вехой в науке об электромагнитных явлениях. Одному из видных физиков того времени Уильяму Томсону принадлежат слова: «Я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления, и вот < … > Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами».
П. Н. Лебедев занимался также вопросами действия электромагнитных волн на резонаторы и выдвинул в связи с этими исследованиями глубокие соображения, касающиеся межмолекулярных взаимодействий, уделял внимание вопросам акустики, в частности гидроакустики.
Изучение давления света на газы побудило Лебедева заинтересоваться происхождением хвостов комет.
Не ограничиваясь научно-исследовательской деятельностью, П. Н. Лебедев уделяет много сил созданию научной школы, которая по существу была первой в России и появление которой продолжает ощущаться до наших дней. К 1905 году в лаборатории работало уже около двадцати молодых его учеников, которым суждено было сыграть впоследствии видную роль в развитии физики в России. Из них уместно назвать в первую очередь П. П. Лазарева, который в 1905 году начал работать с Лебедевым, стал вскоре его ассистентом и ближайшим помощником, после смерти Лебедева - руководителем его лаборатории, а в 1916 году - директором первого Научно-исследовательского института физики в Москве, института из которого вышли такие ученые как С. И. Вавилов, Г. А. Гамбурцев, А. Л. Минц, П. А. Ребиндер, В. В. Шулейкин, Э. В. Шпольский.
Эксперименты Лебедева требовали применения тщательно продуманной, порой довольно сложной «механики». Это иногда порождало нелепые упреки, что у Лебедева «наука сведена до уровня техники». Уместно заметить, что сам П. Н. Лебедев считал заслуживающими самого серьёзного внимания вопросы связи науки и техники.
Последний цикл исследований П. Н. Лебедева незаслуженно недооценен и поныне. Эти исследования имели целью проверить гипотезу английского физика Сазерленда о том, что действие гравитации вызывает перераспределение зарядов в проводниках. В небесных телах, в планетах и звездах, по мысли Сазерленда, происходит «выдавливание» электронов из внутренних областей, где давления велики, на поверхность; благодаря этому внутренние области заряжаются положительно, а поверхность тел - отрицательно. Вращение же тел вместе с перераспределившимися в них зарядами должно порождать магнитные поля. Таким образом, предлагалось физическое объяснение происхождения магнитных полей Солнца, Земли и других небесных тел.
Гипотеза Сазерленда не имела тогда надежного теоретического обоснования, и потому особую важность приобретал задуманный Лебедевым опыт по ее проверке. Поняв, что центробежные силы должны, как и гравитационные, вызывать перераспределение зарядов, Лебедев выдвинул простую, но, как всегда, блестяще остроумную идею: при быстром вращении электрически нейтральных тел должно возникать, если верна гипотеза Сазерленда, магнитное поле. Именно такое «намагничивание вращением» и делалась попытка обнаружить на опыте.
Нужно заметить, что работа проходила в очень трудных условиях. В 1911 году П. Н. Лебедев принял решение оставить Московский университет вместе со многими прогрессивными преподавателями, в знак протеста против реакционных действий министра Кассо. Это решение отрицательно повлияло на развитие московской школы физики. Историки науки считают, что это привело к упадку преподавания физики в МГУ, который продолжался вплоть до конца 1920-х годов, когда в университет пришёл Л. И. Мандельштам. К тому же очень тонкий опыт, который он проводил в подвале физического факультета, был в известной мере скомкан. Искомого эффекта обнаружить не удалось. Как теперь стало понятно, причина заключалась не в отсутствии эффекта, а в недостаточной чувствительности установки: те оценки для магнитных полей, на которые ориентировался Лебедев и которые основывались на работах Сазерленда, оказались значительно завышенными.
В Городском университете имени Шанявского, где на частные средства П. Н. Лебедев создал новую физическую лабораторию, продолжить исследования он уже не успел. Всегда у него было больное сердце, и даже один раз, когда он был ещё сравнительно молодым, оно вдруг остановилось, когда он греб на лодке. Тогда удалось вернуть его к жизни, но прожил он всего 46 лет.
Публикации
Память
Имя учёного носят:
- Кратер на обратной стороне Луны
- Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук
- Улица Лебедева в Москве близ территории МГУ на Воробьёво-Ленинских горах. Названа в 1956 году.
В 1991 году была выпущена памятная монета СССР, посвященная Петру Николаевичу Лебедеву.
Петр Николаевич Лебедев родился в Москве 24 февраля (8 марта) 1866 года. Еще в юношеские годы увлекся физикой, поэтому для обучения выбрал Императорское Московское техническое училище. Не окончив его, в 1887-м Лебедев отбыл в Германию, где работал в лаборатории известного физика Августа Кундта. В 1891 году написал диссертацию и сдал экзамен на первую ученую степень. Вернувшись обратно в Россию, Лебедев получил место ассистента в лаборатории физики профессора А. Г. Столетова. Результаты работы, выполненной в лаборатории Кундта, легли в основу магистерской диссертации, за которую ему присудили степень доктора физики. Вскоре Лебедев стал профессором Императорского Московского университета. Он не ограничивался только исследовательской деятельностью, а прилагал немало сил для создания научной школы, ученики которой в будущем достигли успехов на ниве физики. В 1911 году Лебедев покинул Императорский Московский университет вместе со многими прогрессивными преподавателями в знак протеста против реакционных действий министра просвещения Кассо. На частные средства Лебедев создал новую физическую лабораторию, но закончить исследования было не суждено - ученый скончался 1 (14) марта 1912 года из-за болезни сердца.
Один из видных физиков XIX века Уильям Томсон как-то написал: «Я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления, и вот… Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами».
Согласно теории британского физика Максвелла световой луч, падающий на поглощающее тело, производит на него давление. Сегодня человеку, далекому от физики, это утверждение может показаться спорным, а уж подтвердить теорию на практике - и вообще почти невозможным. А в XIX веке доказательство этого утверждения тем более представляло большую техническую проблему, но талант и одаренность помогли Лебедеву с успехом решить задачу. Трудность эксперимента заключалась в том, что величина давления света, если оно и существовало, очень мала. Для ее обнаружения требовалось провести почти филигранный по исполнению эксперимент. Для этого Лебедев изобрел систему легких и тонких дисков на закручивающемся подвесе. Можно только удивляться, как ученому удалось создать крутильные весы с такой высокой точностью показаний. Однако помимо малых значений давления еще одна сложность заключалась в том, что его измерению мешали другие явления. Например, при падении света на тонкие диски, которые Лебедев использовал в своих опытах, они нагреваются. В результате разности температур освещенной и теневой сторон возникают конвекционные эффекты. Ученый преодолел все эти трудности, продемонстрировав непревзойденное мастерство.
На первый взгляд прибор, который сконструировал физик, кажется очень простым - свет падал на легкое крылышко, подвешенное на тонкой нити в стеклянном баллоне, из которого выкачан воздух. Закручивание нити свидетельствовало о световом давлении. Однако за внешней простотой легко не заметить упорного труда, потраченного на его создание. Крылышко представляло собой две пары платиновых кружков, один из которых был блестящим с обеих сторон, другой - покрыт платиновой чернью.
Толщина платиновых крылышек была максимально тонкой, что приводило к мгновенному выравниванию температур и отсутствию «побочных» эффектов. Дополнительно для исключения движения газа из-за разницы температур свет направлялся поочередно на обе стороны крылышка. Кроме этого, всю установку поместили в максимально возможный для того времени вакуум - в стеклянный баллон с прибором Лебедев добавлял каплю ртути и подогревал ее, в итоге воздух под воздействием ртутных паров вытеснялся с дополнительным использованием насоса. Затем температура в баллоне понижалась, что приводило к конденсации ртутных паров и резкому снижению давления. Кропотливый труд ученого был вознагражден, и Лебедев сообщил, что теория Максвелла подтверждена его опытами. «Таким образом, существование максвелло- бартолиевых сил давления опытным путем установлено для лучей света», - такой фразой Лебедев закончил доклад об открытии. Стоит добавить, что доказанный факт имел огромное значение для того времени. А все потому, что реальность существования давления электромагнитных волн говорит о том, что они обладают механическим импульсом, а значит, и массой. Это в свою очередь свидетельствует о том, что электромагнитное поле материально. Таким образом, ученым было доказано, что материя существует не только в форме вещества, но даже в форме поля.
Следующая задача, которую поставил перед собой физик, - определить давление света на газы. Эта задача была еще труднее, чем предыдущая, поскольку световое давление на газы во много раз меньше, чем давление на твердые тела. Требовалось провести более тонкий по исполнению эксперимент. На подготовку опыта ушло немало времени. Из-за трудностей Лебедев много раз бросал эту затею, но потом принимался снова. В итоге было создано около двух десятков приборов, потрачено десять лет, но когда работа была закончена, удивлению научного сообщества не было предела, а Британский Королевский институт избрал Петра Николаевича своим почетным членом. Трудности, с которыми столкнулся Лебедев во время проведения эксперимента, были такими же, как при опытах с твердыми телами. Чтобы температура газа была равномерной, следовало обеспечить строгую параллельность лучей, что получить невозможно в принципе. Однако смекалка ученого не знала границ - он придумал ввести в исследуемый газ водород, который обладает большой теплопроводностью, что в итоге способствовало быстрому выравниванию разности температур. Все результаты экспериментов Петра Лебедева и других исследований совпадали с величиной давления света, которую рассчитал Максвелл, что явилось дополнительным подтверждением его электромагнитной теории света. За уникальные опыты и общий вклад в науку Лебедева в 1912 году выдвинули на соискание Нобелевской премии. Среди других кандидатов фигурировал и Эйнштейн. Однако по иронии судьбы ни один из великих ученых не получил ее в том году: Эйнштейн - из-за отсутствия опытного и практического подтверждения своей теории относительности (премию получил лишь в 1921 году), а Лебедев - из-за того, что премию не присуждают посмертно.
(к 150-летию со дня рождения)
В 2016 году исполнилось 150 лет со дня рождения выдающегося русского физика Петра Николаевича Лебедева. Он обладал исключительно широкими научными интересами: природа молекулярного взаимодействия, пондеромоторное действие волн на резонаторы, световое давление, астрофизика, Х-лучи, радиоактивность и многое другое. Мировую известность П.Н. Лебедеву принесли исследования по определению светового давления на твердые тела и газы.
|
Не менее важной областью деятельности П.Н. Лебедева явилась подготовка учеников (в количестве, не виданном до этого не только в Московском университете, но и в России), которые обеспечили преемственность его исследований. Поэтому его называют основателем научной школы физиков, которая оказала большое влияние на развитие этой науки в России. Многие из учеников П.Н. Лебедева работали в Московском университете и в дальнейшем определили ведущие позиции университета в данной области. Ряд из них стал в свою очередь, следуя своему учителю, также основателями собственных научных школ. Многие аспекты деятельности П.Н. Лебедева были обусловлены коренными изменениями, которые произошли в Московском университете во второй половине ХIХ века. |
Кроме того, П.Н. Лебедев работал в тесном контакте сначала с А.Г. Столетовым, а затем с Н.А. Умовым. Большое влияние оказали и внешние факторы, обстановка в университете и стране, которые сложились в конце ХIХ - начале ХХ века.
Во второй половине ХIХ века в Московском университете происходят радикальные изменения в преподавании физики. М.Ф. Спасский (заведовал кафедрой в 1839–1859 годах) установил следующий порядок в преподавании физики: для студентов первого курса читалась опытная физика, а для студентов третьего и четвертого курсов - математическая физика. После того, как Фуко поставил свой опыт с маятником в 1851 году, М.Ф. Спасский в том же году повторил этот опыт в Московском университете, что вызвало широкий не только научный, но и общественный интерес.
Что касается Н.А. Любимова (заведовал кафедрой в 1859–1882 годах), то, как писал впоследствии Н.А. Умов, «он сразу поднял преподавание физики в Московском университете своим талантливым изложением, популяризацией науки и стремлением довести преподавание до уровня, с которым он познакомился в своей заграничной поездке». В 1871 году Н.А. Любимов и А.Г. Столетов направили мотивированное представление Совету университета о необходимости открытия лаборатории. В 1872 году физическая лаборатория была создана.
Во время заведования кафедрой А.Г. Столетовым (1882–1893) проводятся регулярные научные исследования в лаборатории. На кафедре в 1884 году появляется еще один профессор - А.П. Соколов, ученик А.Г. Столетова.
С приходом на кафедру Н.А. Умова (заведовал кафедрой в 1893–1911 годах) на кафедре (до смерти А.Г. Столетова в 1896 году) работали уже три профессора.
В результате возможности кафедры по преподаванию физики и проведению научных исследований расширяются. Расширяется и тематика научных исследований.
В 1891 году П.Н. Лебедев защищает докторскую диссертацию «Об измерении диэлектрических постоянных паров и о теории диэлектриков Моссоти-Клаузиуса» в Страссбургском университете и в том же году возвращается в Москву. Через своего друга по Страсбургу Б.Б. Голицына П.Н. Лебедев связался с А.Г. Столетовым, и тот пообещал принять его на работу в качестве внештатного ассистента. Зачисление состоялось 18 марта 1892 года.
А.Г. Столетов предоставил П.Н. Лебедеву возможность устроить для своих исследований маленькую лабораторию. В то время физическая лаборатория помещалась на втором этаже двухэтажного здания во дворе университета на Моховой улице, 11 (ректорский дом, бывший дом Волконских).
П.Н. Лебедев сразу же приступил к созданию лаборатории и исследованиям. В 1895 году он впервые создал комплекс устройств для генерирования и приема миллиметровых электромагнитных волн с длиной 6 и 4 мм, установил их отражение, двойное преломление, интерференцию и т.д. В 1896 году им создается рентгеновская установка и проводятся исследования с Х-лучами.
С 1894 по 1897 годы, с перерывами, П.Н. Лебедев исследует механическое действие волн на резонаторы.
В 1897 году Н.А. Умов, А.П. Соколов, П.Н. Лебедев совместно с архитектором Е.М.Быковским подготовили проект Физического института. Здание института было официально открыто в 1903 году.
Успешно прочитав несколько обязательных публичных лекций, в 1896 году П.Н. Лебедев становится приват-доцентом.
В 1896 году А.А. Беккерель открывает естественную радиоактивность. А уже в 1897–1898 годах П.Н. Лебедев занимается исследованием лучей Беккереля.
Свою диссертацию «Экспериментальные исследования пондеромоторного действия волн на резонаторы» он представил в 1899 году на соискание ученой степени магистра физики. Н.А. Умов и А.П. Соколов рекомендовали Совету университета присудить Лебедеву ученую степень доктора наук, минуя степень магистра. 28 февраля 1900 года П.Н. Лебедева утвердили экстраординарным профессором Московского университета.
Здание, открытое в 1903 году как Физический институт при Московском университете. Октябрь 2016 года.
В 1899 году П.Н. Лебедев проводит эксперименты по определению давления света на твердые тела. 17 мая 1899 года он сделал доклад об экспериментальном доказательстве существования светового давления Обществу естествоиспытателей в Лозанне (Швейцария).
На Международном конгрессе физиков в Париже в 1901 году им также был сделан доклад. В том же году в «ЖРФХО» вышла статья П.Н. Лебедева «Опытное исследование светового давления».
Работы П.Н. Лебедева по световому давлению вызвали широкий международный резонанс. Его статья была перепечатана во многих журналах. П.Н. Лебедев получил известность и признание. С.И. Вавилов писал: «…работы Лебедева по световому давлению - это не отдельный эпизод, но важнейший экспериментальный узел, определивший развитие теории относительности, теории квантов и современной астрофизики… . Не только историк, но исследователь-физик еще долго будут прибегать к работам П.Н. Лебедева как к живому источнику».
Когда было построено новое здание, предназначенное специально для физического института Московского университета, Н.А. Умов, А.П. Соколов и П.Н. Лебедев согласились учредить при институте три отделения и разделить на равные части ассигнованные на лабораторные исследования средства. Но собрание заведующих учебно-вспомогательными учреждениями университета отклонило этот проект и выделило на оборудование отделения П.Н. Лебедева всего 583 рубля.
В 1904 году П.Н. Лебедеву дана была премия Академии наук, которая давалась российским ученым за наилучшие достижения, и одновременно его избрали членом-корреспондентом Российской Академии наук.
21 июня 1906 года П.Н. Лебедев получил звание ординарного профессора Московского университета. К концу 1907 года, преодолев большие сложности, он осуществил серию экспериментов по измерению сил светового давления на газы.
В знак протеста против действия министра просвещения, уволившего ректора университета и его помощника, которые фактически отказались выполнять циркуляр, обязывающий администрацию российских университетов незамедлительно сообщать в органы полиции о политических сходках студентов в стенах учебных заведений, из Московского университета ушел ряд профессоров и сотрудников. После долгих и мучительных раздумий ушел и П.Н. Лебедев.
В 1911 году отмечалось двухсотлетие со дня рождения М.В. Ломоносова. В связи с этим П.Н. Лебедев опубликовал статью «Памяти первого русского ученого». В завершении статьи он писал: «Заботясь об успехах науки, общество будет заботиться о себе самом...».
Петр Николаевич принял предложение Городского университета имени А.Л. Шанявского и на частные средства организовал новую физическую лабораторию. В подвале частного дома (Мертвый переулок) были продолжены исследования, начатые еще в Московском университете, в том числе по изучению природы геомагнетизма. Но состояние здоровья ученого ухудшилось. он отправляется на лечение в Гейдельберг, оставив лабораторию на попечение своего помощника П.П. Лазарева.
Могила П.Н. Лебедева на Новодевичьем кладбище. Октябрь 2016 года
Возвратившись в Москву, П.Н. Лебедев начинает активно пропагандировать идею о создании Московского научного института по типу «Клинического городка», построенного в Москве на частные пожертвования. План нового здания был разработан П.Н. Лебедевым при участии архитектора А.Н. Соколова. Его воздвигли на Миусской площади уже после смерти ученого.
Первыми учениками П.Н. Лебедева были П.Б. Лейберг, В.Я. Альтберг, В.Д. Зернов, Н.П. Неклепаев, Н.А. Капцов, Т.П. Кравец, А.Р. Колли, В.И. Романов. Н.А. Капцов писал: «П.Н. Лебедев принадлежал к тем людям, которые не только сами двигают науку вперед, но и вовлекают в эту работу молодое поколение». В начале ХХ века их число значительно возрастает.
В 1905 году в лабораторию к П.Н. Лебедеву приходит П.П. Лазарев, выпускник медицинского факультета Московского университета (1901). В 1903 году он сдал экстерном экзамены за физико-математический факультет.
|
|
П.П. Лазарев становится помощником и сподвижником П.Н. Лебедева. После смерти П.Н. Лебедева он сохранил его Московскую школу физиков. Х.А. Лоренц, лауреат Нобелевской премии по физике за 1902 год, писал: «Я считал его одним из первых и лучших физиков нашего времени и восхищался тем, как он в последний год при неблагоприятных условиях сумел поддержать в целости основанную им Московскую школу и нашел возможность продолжить общую работу…». В дальнейшем целый ряд учеников П.Н. Лебедева, а также учеников «во втором поколении», работали в Московском университете и во многом определили здесь характер развития физики. Профессор П.Н. Николаев |
ЛЕБЕДЕВ, ПЕТР НИКОЛАЕВИЧ (1866–1912), русский физик. Родился в 8 (21) марта 1866 в Москве в купеческой семье. В 1884 поступил в Московское высшее техническое училище, однако вскоре, в 1887, отправился учиться в Страсбургский университет в Германии, где была одна из лучших в то время физических школ. Здесь его учителем стал глава этой школы А.Кундт, под руководством которого Лебедев выполнил первые физические исследования. В 1888 Кундт перешел в Берлинский университет, куда Лебедев не смог перевестись, не имея аттестата об окончании классической гимназии. Свои дальнейшие исследования он проводил совместно с Ф.Кольраушем и по его предложению в 1891 написал работу об измерении диэлектрической постоянной паров, за которую получил степень доктора философии.
В том же 1891 Лебедев по приглашению А.Г.Столетова возвратился в Москву и стал внештатным лаборантом в физической лаборатории Московского университета. В тесном, плохо приспособленном помещении он развернул свои уникальные работы по исследованию влияния электромагнитных, гидродинамических и акустических волн на резонаторы. За эти работы Лебедеву в 1899 была присуждена (без защиты магистерской диссертации) степень доктора физико-математических наук, а в 1900 он стал профессором МГУ.
Работая у Кундта и Кольрауша, Лебедев заинтересовался воздействием на вещество световых волн. В Москве в 1895 он создал уникальную установку для получения рекордно коротких световых волн с длиной 6 мм и 4 мм и экспериментально подтвердил наличие у электромагнитных волн в этом спектральном диапазоне тех же свойств, что и у волн в видимой части спектра, – дифракции, интерференции, двойного лучепреломления. В 1899 экспериментально доказал наличие светового давления на твердые тела, а в 1907 – на газы, введя в практику научного эксперимента измерение лучистой энергии вакуумными термопарами.
Опыты по световому давлению получили мировое признание как недвусмысленное подтверждение электромагнитной природы света. У.Томсон говорил: «Я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления, и вот... Лебедев заставил меня сдаться». Одновременно Лебедев начал цикл исследований земного магнетизма, но окончить эти работы ему не было суждено.
В 1904 было завершено строительство здания Физического института при Московском университете, и лишь тогда Лебедев получил настоящую научно-исследовательскую лабораторию. Если в «старой» лаборатории велось шесть научных работ, то уже вскоре после перехода в новое здание число учеников Лебедева удвоилось, а в 1911 достигло 28. Из школы Лебедева вышли такие выдающиеся физики, как П.П.Лазарев, С.И.Вавилов, Н.Н.Андреев, В.К.Аркадьев, Д.Д.Галанин, А.Р.Колли, Т.П.Кравец, А.Б.Млодзеевский, К.П.Яковлев и другие.
В 1911 Лебедев, как и многие другие профессора Московского университета, оставил его в знак протеста против действий царского министра просвещения Л.А.Кассо, направленных на ограничение автономии университета. При Московском городском университете им. Шанявского на частные пожертвования была организована новая физическая лаборатория, куда и перешел Лебедев со своими учениками.
Загрузка...
