В последующие годы усилия ученого были направлены на создание собственной физической лаборатории при университете; до этого для проведения экспериментальных исследований физики были вынуждены уезжать за границу. Этот период жизни ученого ознаменовался и созданием физического кружка – прообраза знаменитой школы Столетова.
В 1871 году ученый начал работу над докторской диссертацией, посвященной изучению магнитных свойств железа. Надо сказать, что в то время электротехники как науки еще не существовало. Вот почему очень важно было разработать теорию работы электрических машин, и, в частности, установить закономерности в намагничивании железа и его сплавов. Для проведения исследований Столетов снова уехал за границу (усилия по созданию отечественной лаборатории пока не увенчались успехом). В лаборатории Кирхгофа ему удалось установить, что в слабых магнитных полях с ростом магнитной индукции магнитная проницаемость не постоянна, а быстро возрастает, достигает максимума при некотором значении и медленно убывает. Оказалось также, что максимальное значение магнитной проницаемости было в несколько раз выше, чем известные к тому времени ее значения, определенные другими исследователями.
Сам Столетов так охарактеризовал практическое значение своих исследований: «Изучение функции намагничения железа может иметь практическую важность при устройстве и употреблении как электромагнитных двигателей, так и тех магнитоэлектрических машин нового рода, в которых временное намагничение железа играет главную роль. Знание свойств железа… также необходимо здесь, как необходимо знакомство со свойствами пара для теории паровых машин. Только при таком знании мы получим возможность обсудить a priori наивыгоднейшую конструкцию подобного снаряда и наперед рассчитать его полезное действие».
Трудолюбие и талант ученого не пропали даром: в 1872 году он успешно защитил докторскую диссертацию «Исследование о функции намагничения мягкого железа», а в следующем году был утвержден в должности ординарного профессора Московского университета.
1872 год стал не только годом успешной защиты докторской диссертации, он ознаменовался также открытием физической лаборатории, на организацию которой Столетов потратил много сил и средств. С тех пор русским ученым уже не надо было ездить за границу для проведения научных исследований. Александр Григорьевич также вел большую популяризаторскую работу в Обществе любителей естествознания, читал публичные лекции в Политехническом музее, писал научно-популярные статьи, много времени уделял и физическому кружку.
После защиты докторской диссертации Столетов вполне заслуженно считался всемирно известным ученым. В 1874 году его пригласили на торжества по поводу открытия физической лаборатории при Кембриджском университете, а в 1881 году он представлял российскую науку на I Всемирном конгрессе электриков в Париже. На конгрессе ученый сделал доклад о результатах своих исследований по определению коэффициентов пропорциональности между электростатическими и электромагнитными единицами. По его предложению была утверждена единица электрического сопротивления – ом, а также эталон сопротивления.
В 1888 году Александр Григорьевич начал исследование фотоэффекта, открытого за год до этого Герцем. В рукописях ученого сохранилась схема установки, на которой он проводил свои эксперименты. Основная часть ее – сетчатый конденсатор, состоящий из металлической сетки – анода, и плоского металлического диска – катода. Сетчатый конденсатор включался последовательно с гальванометром в цепь с батареей. При освещении катода светом вольтовой дуги гальванометр фиксировал наличие тока в цепи. На основании своих многочисленных опытов Столетов сделал следующие выводы: необходимым условием фотоэффекта является поглощение света материалом катода; каждый элемент поверхности катода участвует в явлении независимо от других; явление фотоэффекта практически безынерционно.
Поместив прибор в стеклянный цилиндр, из которого можно было откачивать воздух, Александр Григорьевич обнаружил, что при уменьшении давления фототок возрастает, достигает максимума, а затем убывает. Оказалось также, что величина фототока пропорциональна световому потоку, падающему на катод. После серии многочисленных кропотливых экспериментов ученый вывел закон, связывающий критическое давление, электродвижущую силу батареи и расстояние между электродом и сеткой. Выяснилось, что отношение произведения критического давления и расстояния (между электродом и сеткой) к электродвижущей силе есть величина постоянная, названная позднее константой Столетова.
В 1893 году трое академиков – Чебышев, Бредихин и Бекетов – рекомендовали Столетова на выдвижение в члены Российской академии наук. Но великий князь Константин, президент Академии, не допустил кандидатуру не отличавшегося верноподданическим характером и принципиального в своих высказываниях Столетова. На законный вопрос о причинах отказа брат Александра Григорьевича, Николай, генерал и герой сражения при Шипке, получил ответ раздраженного князя: «У вашего брата невозможный характер». Многие ученые России и других стран выразили свое сочувствие Столетову в связи с проявленной по отношению к нему несправедливостью. Например, профессор Ф. Н. Шведов писал ему из Одессы: «То, что Вы сообщаете мне в последнем письме, меня нисколько не поразило… Ведь забаллотировали же некогда Менделеева… Я бы утешался тем, что лучшие современные русские ученые – Менделеев, Мечников – не в богадельне. Быть в их компании совсем не стыдно».
Несмотря на сочувствие друзей, Александр Григорьевич тяжело переживал эти события. Да и университетское начальство все больше и больше начинало выказывать недовольство его независимыми суждениями. Все это отразилось на ослабленном с детских лет здоровье ученого. 15 (27) мая 1896 года Александр Григорьевич Столетов умер от воспаления легких.
СТРЕТТ ДЖОН УИЛЬЯМ, ЛОРД РЭЛЕЙ
(1842 г. – 1919 г.)
Знаменитый английский физик Джон Уильям Стретт, третий барон Рэлей, родился 12 ноября 1842 года в Ленгфорд-Гроув (Мелдон, графство Эссекс, Англия) в знатной семье английских аристократов. Его отец был вторым бароном Рэлей. Мать будущего ученого была старшей дочерью известного капитана Ричарда Викерса.
Джон Уильям Стретт стал первым представителем высшего английского дворянства, прославившимся как выдающийся ученый, получивший Нобелевскую премию по физике.
В детстве мальчик был физически очень слаб. Из-за преследовавших его многочисленных болезней обучение Джона Уильяма часто прерывалось. В возрасте десяти лет мальчик поступил в Итон-колледж, но большую часть времени в Итоне он провел в санатории колледжа. После этого будущий ученый три года проучился в частной школе в Уимблдоне, а потом недолгое время посещал школу в Харроу. Следующие четыре года Джон Уильям занимался у Джорджа Уорнера, который преподавал в Торки (графство Девоншир).
В 1861 году Джон Уильям Стретт поступил в Тринити-колледж в Кембридже, где изучал математику и физику. Одним из преподавателей Джона Уильяма был известный математик Э. Дж. Роус, прививший мальчику любовь к точным наукам. Через некоторое время открылись блестящие математические способности Стретта, и будущий лорд Рэлей стал одним из лучших учеников колледжа. В 1865 году он с отличием сдал типичный кембриджский экзамен по математике и занял первое место по его результатам. Также Джон Уильям был награжден премией Смита.
В 1866 году Рэлей вошел в научный совет Тринити-колледжа, членом которого был вплоть до своей женитьбы в 1871 году.
В 1867 году Джон Уильям Стретт начал работы по созданию лаборатории в своем родовом особняке в Терлинг-Плейсе в Уитхеме. Когда в следующем году лаборатория была готова, ученый сразу же приступил к опытам в области оптики и акустики.
Уже самые ранние исследования Рэлея в этих направлениях физики принесли ему всемирное признание авторитетного ученого и прекрасного специалиста. В 1871 году Рэлей объявил о своем открытии причин проявления синего цвета неба, красного заката и т. д. Долгое время никто из ученых не мог добиться внятного объяснения цвета неба. Этой проблемой интересовался даже великий Ньютон, но не нашел ответов на свои вопросы. Рэлей вывел знаменитое соотношение между интенсивностью рассеяния света очень малыми частицами и длиной его волны, известное теперь как закон рассеяния света Рэлея.