Ю.О. Беличенко. Исследование света

Обзорная лекция преподавателя физики и математики Юлии Олеговны Беличенко

Здесь вновь вспомним имя русского ученого-самородка, изобретателя трансформатора, и непревзойдённого демонстратора физических опытов Ивана Филипповича Усагина, который усовершенствовал ряд физических приборов. Он работал под руководством Александра Григорьевича Столетова и  принимал непосредственное участие в исследованиях Столетова по фотоэффекту, изготавливал для его опытов приборы и приспособления.

 
Так, для получения вакуума в исследованиях Столетова Усагин усовершенствовал ртутный насос. За ценные советы о наибольшей эффективности опытов А. Г. Столетов в своей статье «Актиноэлектрические исследования» — выразил ему «…вполне заслуженную им благодарность».  

Александр Григорьевич Столетов (1839-1896 г.)  Основные работы в области электромагнетизма, оптики, молекулярной физики. Первым Получил кривую намагничивания железа (1872) (кривая Столетова), исследовал внешний фотоэффект (1888-1890), открыл зависимость силы фототока от интенсивности падающего на фотокатод света (первый закон внешнего фотоэффекта, закон Столетова). Создал первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте.

Исследовал несамостоятельный газовый разряд. Провёл цикл работ по исследованию критического состояния вещества (1892-1894 гг.). Основал физическую лабораторию в Московском университете.

Купеческую семью Столетовых из Владимира прославили в России и за её пределами два её представителя – Александр Григорьевич и Николай Григорьевич Столетовы. Столетов Николай Григорьевич — брат Александра Григорьевича — ушёл из университета добровольцем с началом Крымской войны 1853-1856 гг, участвовал в боях с турками на Дунае и оборонял Севастополь, отличился и был произведён в офицеры. Во время русско-турецкой воины 1877-1878 гг. в чине генерал-майора Николай Григорьевич, герой Шипки, возглавил болгарское ополчение, воевавшее на Балканах совместно с русскими войсками, принимал участие в руководстве обороной Шипки, и командовал авангардом колонны генерала М.Д. Скобелева.

Имя великого русского учёного Александра Григорьевича Столетова с 2009 г. носит Владимирский Государственный Университет (ВлГУ). Именем А.Г.Столетова названа московская улица в районе Мичуринского проспекта. В Волгограде в Красноармейском районе есть проспект Столетова. Имя Столетова носит лунный кратер.

В Московском университете в 1892 году место ассистента в лаборатории профессора А. Г. Столетова  получил Пётр Николаевич Лебедев (1866-1912 Москва) — русский физик-экспериментатор, П. Н. Лебедев занимался вопросами действия электромагнитных волн, и впервые установил общие для волн различной природы (звуковых, гидравлических, электромагнитных) закономерности, уделял внимание вопросам акустики, в частности гидроакустики.

Стремясь экспериментально подтвердить электромагнитную природу света, в 1895 создал тончайшую установку, с помощью которой впервые получил миллиметровые электромагнитные волны, а затем установил их отражение, двойное лучепреломление, интерференцию и другие явления, присущие световым волнам. Исследовал также роль вращения Земли в возникновении земного магнетизма.

В 1899 году П. Н. Лебедев при помощи виртуозных, хотя и выполненных скромными средствами опытов впервые в науке экспериментально подтвердил теоретическое предсказание Максвелла о наличии светового давления на твёрдые тела, (открытие эффекта давления света),  подтвердив количественно теорию Максвелла. Позже Лебедеву удалось решить труднейшую экспериментальную задачу — установить и измерить давление света на газы. 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».

Изучение давления света на газы побудило Лебедева заинтересоваться происхождением хвостов комет.

За представленную Лебедевым в 1900 году магистерскую диссертацию «О пондеромоторном действии волн на резонаторы» ему сразу (случай исключительный!) была присуждена степень доктора физики.

Вскоре он был утверждён профессором Московского университета. П. Н. Лебедев создал первую в России физическую школу,
его именем назван Физический институт РАН.

Никола́й Алексе́евич У́мов (1846-1915) — Заслуженный профессор Московского Университета (1897), в Университете преподавал физику студентам-медикам и теоретическую физику студентам-математикам. Николай Алексеевич Умов после смерти профессора А. Г. Столетова в 1896 году возглавил кафедру физики. Вместе с П.Н. Лебедевым он принял участие в организации Физического института при Московском университете.

“Высокий, полный, седой, с огромным челом, с развевающимися “саваофовыми” власами, с прекрасной седой бородой и мечтательными голубыми глазами, воздетыми горе”, торжественный и величественный, всем существом своим словно настроенный на позывные большого космоса — таким, как свидетельствует поэт-символист А. Белый, запечатлелся Н. А. Умов, физик-теоретик, в памяти сослуживцев и учеников. По словам А. Белого, было в нем что-то пророческое, ведь не раз в самой обычной, почти банальной его фразе вдруг слышались глухие отзвуки пульса мироздания, что-нибудь типа: “Бьют часы Вселенной первым часом!”

В своих лекциях он чудно одушевлял дыханием живой, образной речи даже наискучнейшие, уныло-специальные вопросы физики и, как маг и волшебник, разворачивал перед восторженными слушателями, студентами Новороссийского (Одесского), а затем Московского университетов, великую “драму-мистерию” естествознания.

Среди студентов Умова был Борис Николаевич Бугаев (Андрей Белый), писавший о нём в поэме «Первое свидание»:

И было: много, много дум;
И метафизики, и шумов...
И строгой физикой мой ум
Переполнял: профессор Умов.
Над мглой космической он пел,
Развив власы и выгнув выю,
Что парадоксами Максвелл
Уничтожает энтропию,
Что взрывы, полные игры,
Таят томсоновские вихри,
И что огромные миры
В атомных силах не утихли...

Н.А. Умов решил задачу о распределении пространственных токов на поверхности любого типа (1875), предсказал сложность атомов и их эволюцию (1888), экспериментально исследовал диффузию веществ в водных растворах, поляризацию света в мутных средах, открыл эффект хроматической деполяризации лучей света, падающих на матовую поверхность (1888-1891).

В своей речи "Эволюция атома" Умов, опираясь на открытия радиоактивных явлений, решительно выступил против теории тепловой смерти мира. Энергии действительно рассеиваются, но не ими одними обусловливается жизнь мира, его энергия. Они составляют лишь ничтожную крупицу той неисчерпаемой энергии, которая запасена в движениях и силах частей атомов, иначе говоря, в эфире..." Да, так думал и говорил профессор Умов.

Умов впервые ввёл в науку такие основополагающие понятия, как скорость и направление движения энергии т.е. понятие вектора как потока энергии в разных веществах, плотность энергии в данной точке среды, пространственная локализация потока энергии.

Однако, Умов не обобщил эти понятия на другие виды энергии, кроме энергии в упругих телах. В 1884 году математическое выражение потока электромагнитной энергии получено Д. Пойнтингом, используя для описания распространения энергии вектор Умова.  Вектор потока электромагнитной энергии в российской научной традиции этот вектор называется «вектором Умова — Пойнтинга» Этот вектор определяет количество энергии, переносимое волной

Задолго до А. Эйнштейна профессор Умов  обсуждал в своих работах формулу E=kmс2, которая, по его предположению, связывала плотность массы и энергии гипотетического светоносного эфира. Впоследствии эта зависимость была строго выведена, без какого-либо коэффициента k Эйнштейном и для всех видов материи в специальной теории относительности (СТО 1905г). Одним из первых русских учёных оценил значение СТО. В своей докторской диссертационной работе "Уравнения движения энергии в телах" Умов писал (1874): "Эта энергия является эквивалентной массе, как теплота и механическая энергия, и коэффициент эквивалентности представляется квадратом скорости света."

Николай Алексеевич Умов похоронен в Москве на Ваганьковском кладбище.