Столетов

«Мой конденсатор, — догадывается ученый, — и есть как раз такой, в полном смысле сухой, элемент. Цинковый диск — анод, он заряжен положительно. И вот ею-то я и освещаю, я, знающий отлично нечувствительность положительного заряда к свету».

Причина неудачи первого опыта понята.

Опыт сразу же видоизменяется. На этот раз диском служит посеребренная латунь. Сетку нужно взять цинковую — из материала более электроположительного, чем серебро.

Но цинковой сетки под рукой нет. И Усагин наскоро делает подобие сетки из цинкового листа, просверлив в нем множество отверстий.

Новый конденсатор поставлен перед фонарем. Открыта заслонка, и «зайчик» пополз по шкале. Впервые свет сам, без помощи батареи, создал ток.

Огромное число открытий, сделанных всего лишь за четыре месяца, Столетов осветил в двух сообщениях. Одно из них увидело свет 16 апреля, другое — 9 июня.

Позднее Столетов в большой статье еще раз подвел итоги славной весны 1888 года.

В двенадцати ясных и лаконичных тезисах ученый объединил главные результаты своих опытов.

Вот эти двенадцать тезисов — скрижали славы русского ученого:

«1. Лучи вольтовой дуги, падая на поверхность отрицательно заряженного тела, уносят с него заряд. Смотря по тому, пополняется ли заряд и насколько быстро, это удаление заряда может сопровождаться заметным падением потенциала или нет.

2. Это действие лучей есть строго униполярное; положительный заряд лучами не уносится.

3. По всей вероятности, кажущееся заряжение нейтральных тел лучами объясняется той же причиной.

4. Разряжающим действием обладают — если не исключительно, то с громадным превосходством перед прочими — лучи самой высокой преломляемости, недостающие в солнечном спектре (λ<295×10^-6 м/м). Чем спектр обильнее такими лучами, тем сильнее действие.

5. Для разряда лучами необходимо, чтобы лучи поглощались поверхностью тела. Чем больше поглощение активных лучей, тем поверхность чувствительнее к их разряжающему действию.

6. Такой чувствительностью, без значительных различий, обладают все металлы, но особенно высока она у некоторых красящих веществ (анилиновых красок). Вода, хорошо пропускающая активные лучи, лишена чувствительности.

7. Разряжающее действие лучей обнаруживается даже при весьма кратковременном освещении, причем между моментом освещения и моментом соответственного разряда не протекает заметного времени.

8. Разряжающее действие ceteris paribus [22] пропорционально энергии активных лучей, падающих на разряжаемую поверхность.

9. Действие обнаруживается даже при ничтожных отрицательных плотностях заряда; величина его зависит от этой плотности; с возрастанием плотности до некоторого предела оно растет быстрее, чем плотность, а потом медленнее и медленнее.

10. Две пластинки разнородных в ряду Вольты металлов, помещенные в воздухе, представляют род гальванического элемента, как скоро электроотрицательная пластинка освещена активными лучами.

11. Каков бы ни был механизм актино-электрического разряда, мы вправе рассматривать его как некоторый ток электричества, причем воздух (сам ли по себе или благодаря присутствию в нем посторонних частиц) играет роль дурного проводника. Кажущееся сопротивление этому току не подчиняется закону Ома, но в определенных условиях имеет определенную величину.

12. Актино-электрическое действие усиливается с повышением температуры».

Столетова занимал вопрос и о том, как можно использовать открытое им явление для практики. Замечательную идею высказывает он: «Едва ли есть другой способ так зорко следить за постоянством электрического света (или вернее напряженности лучистой категорий радиации), как эти актино-электрические наблюдения». Этим предложением использовать фотоэффект для целей фотометрии Столетов намного опередил западную науку. Только через три года Эльстер и Гейтель высказали мысль о возможности воспользоваться фотоэлементом для измерения освещенности.

В этой же статье Столетов излагает несколько предположений о природе фотоэффекта.

«Закончу одним замечанием, — писал Столетов. — Как бы ни пришлось окончательно сформулировать объяснение актино-электрических разрядов, нельзя не признать некоторой своеобразной аналогии между этими явлениями и давно знакомыми, но до сих пор мало понятыми, разрядами гейслеровых и круксовых трубок. Желая при моих первых опытах ориентироваться среди явлений, представляемых моим сетчатым конденсатором, я невольно говорил себе (понимая всю странность этих слов), что предо мною — гейслерова трубка [23], могущая действовать и без разрежения воздуха, трубка не с собственным, а с посторонним светом. Там и здесь явления электрические тесно связаны со световыми, там и здесь катод играет особенную роль и, повидимому, распыляется. Изучение актино-электрических разрядов обещает пролить свет на процессы распространения электричества в газах вообще».

В этой мысли Столетова кроется замечательная догадка о родстве между электрическими явлениями в пустотных трубках и фотоэффектом.

Поражаешься прозорливости русского ученого, уловившего это сходство в годы, когда не была известна ни природа явлений в пустотных трубках, ни природа фотоэффекта.

Теперь мы знаем — такое родство есть. И там и тут работают электроны. Так же пророчески прозвучали в те времена слова Столетова о том, что изучение фотоэффекта поможет познать процессы распространения электричества в газах. И этому познанию положил начало он сам — основоположник исследования фотоэффекта.

Столетов знал, что фотоэлектрический ток не возникает, если пластины конденсатора и сетка разделены не газовой средой, а жидкостью или твердым телом. Он делал, например, такой опыт: серебрил пластинку кварца с обеих сторон, прочерчивал на одной из них полосы, то-есть превращал серебряный слой в своеобразную сетку.

Затем эту пластинку он ставил в качестве конденсатора в свою установку.

Свой обычный конденсатор Столетов погружал в изолирующие жидкости — керосин, спирт, сернистый углерод.

Во всех этих случаях «следы электрических течений можно, правда, заметить, — писал Столетов, — но они иного характера, появляются и исчезают не мгновенно вместе с освещением, а исподволь».

Эти опыты, в которых Столетов близко подошел к исследованию так называемого внутреннего фотоэффекта (отвлекаться на изучение этого явления Столетов не стал), помогли ученому еще глубже осмыслить природу изучавшихся им актино-электрических явлений внешнего фотоэффекта, как мы теперь говорим.

Размышляя над особенностями фотоэффекта, Столетов приходит к гениальным заключениям.

Ему ясно, что исследуемое им явление состоит, по сути дела, из двух явлений. Свет отрывает с поверхности электрода что-то, имеющее отрицательный заряд. Это первое явление. Затем это «что-то» переносится к аноду через промежуток, разделяющий катод от анода.

Чтобы этот перенос был возможен, «нужна газовая среда, то-есть нужен простор и полная удобоподвижность частиц», — писал Столетов. Замечательными словами он продолжает этот вывод, гениально проникая в суть явления: «Одно это уже внушает мысль, что в разрядах, происходящих под действием лучей, необходимую роль играет механическая конвекция (перенос) электричества…»

«Здесь есть нечто вроде электрического ветра», — говорит исследователь.

В этих определениях, чтобы они стали современными определениями фотоэффекта, надо только вместо слова «частица» поставить слово «электрон». А ведь эти заключения Столетов высказал задолго до того, как физика открыла мельчайшие частицы вещества — электроны, носители отрицательного заряда.

— Что же это за конвекция? Какие же частицы переносят электрический заряд? — задает себе вопрос Столетов.

Может быть, это просто-напросто мельчайшие пылинки металла, отрываемые от катода светом, может быть, свет «распыляет» катод?