Александр Григорьевич Столетов (1839-1896)

Столетов А. Г.

Александр Григорьевич Столетов является одним из основоположников русской физики. Ему принадлежат капитальные исследования в области магнетизма и фотоэлектрических явлений, в которых он вскрыл важнейшие закономерности этих явлений, создал методику экспериментального исследования магнитных свойств материалов и электрического разряда в газах. Его исследования магнитных свойств железа легли в основу рациональных методов расчёта электрических машин. Благодаря этому А. Г. Столетов является также и одним из основателей современной электротехники.

Александр Григорьевич Столетов родился во Владимире на Клязьме 10 августа 1839 года в небогатой семье. Он был одним из шести детей, общительным, жизнерадостным ребёнком слабого здоровья. В воспитании детей исключительную роль играла его мать, очень умная женщина. Большая одарённость и любовь к умственным занятиям обнаружились в нём очень рано. Без посторонней помощи он сам научился читать и писать; пятилетним ребёнком он свободно читал; в девятилетнем возрасте стал вести дневник, писал стихи. Склонность к самостоятельной литературной работе получила дальнейшее развитие в период его обучения в средней школе - во Владимирской гимназии, в которую А. Г. Столетов поступил десяти лет. Вместе с двумя товарищами он участвовал в составлении рукописного журнала "Сборник", где помещал свои стихи, переводы и рассказы под названием "Мои воспоминания". Он почти наизусть выучил многие произведения великих русских мастеров слова.

В школьные годы А. Г. Столетов интересовался многими предметами. Он занимался ботаникой, собирал растения, систематизировал их и составлял гербарий. Заинтересовавшись физикой, он воспроизводил дома, среди своих родных, физические опыты, виденные им в классе. В 1856 г. он окончил гимназию с золотой медалью.

В том же году А. Г. Столетов поступил в Московский университет на математическое отделение физико-математического факультета. Здесь, в студенческие годы, у него развилась настоящая любовь к физике, хотя условия университетского преподавания этому способствовали весьма мало. Лекции по экспериментальной физике были бедны по содержанию и плохо обставлены демонстрациями. Физической лаборатории Тогда не существовало. Курс теоретической или математической физики, как тогда она называлась, не читался.

Способности А. Г. Столетова и его интерес к физике были замечены профессором физики Н. А. Любимовым, который в 1860 г., по окончании А. Г. Столетовым курса, оставил его при университете для подготовки к профессорскому званию.

В 1862 г. А. Г. Столетов получил заграничную командировку и уехал в Гейдельберг, куда его привлекли имена знаменитых учёных - Кирхгофа, Гельмгольца и Бунзена. Во время заграничной командировки, длившейся три с половиной года, А. Г. Столетов работал в Геттингене, Гейдельберге у физика Кирхгофа и в Берлине, где слушал лекции учёных Магнуса и Квинке. Он побывал в Париже, где ознакомился с постановкой преподавания в Сорбонне (Парижском университете).

Вернувшись в Москву, А. Г. Столетов сразу принял активное участие в улучшении постановки преподавания физики в университете. Подготовляя свою магистерскую диссертацию, он объявил два курса - математической физики и физической географии, отсутствие которых в учебных планах того времени снижало уровень преподавания физики.

Из-за отсутствия исследовательской лаборатории А. Г. Столетов для магистерской диссертации избрал себе тему теоретического характера: "Общая задача электростатики и приведение её к простейшему виду". Задача эта состояла в том, чтобы найти распределение электричества на произвольном числе проводников, помещённых в пространство, где действуют электрические силы, созданные любым числом произвольно расположенных неподвижных электрических зарядов. Для двух проводников задача была решена знаменитым английским физиком В. Томсоном и геометром Морфи. А. Г. Столетов обобщил эти результаты на произвольное число проводников. В этой работе А. Г. Столетов показал свои исключительные математические способности.

После защиты диссертации в 1869 г. он получил звание доцента по кафедре физики и приступил к чтению лекций по теоретической физике. Вместе с тем А. Г. Столетов стал хлопотать об организации физической лаборатории и вести подготовительную работу по подбору задач для физического практикума.

А. Г. Столетов организовал физический кружок, который работал у него на квартире. На кружке читались рефераты, велись оживлённые споры, обсуждались исследовательские работы. А. Г. Столетов объединил вокруг себя молодых физиков; первыми его учениками были знаменитые впоследствии русские учёные Н. А. Умов, Н. Е. Жуковский и многие другие. Его кружок посещали знаменитый астроном Ф. А. Бредихин, профессор В. Я. Цингер, механик Ф. А. Слудский.

Состав кружка А. Г. Столетова вскоре пополнился математиками; программа его дополнилась математическими вопросами. Этот кружок в 1881 г. слился с физическим отделением Общества любителей естествознания по предложению самого А. Г. Столетова, который тогда был избран его председателем.

Деятельность А. Г. Столетова развернулась ещё шире после защиты им в 1872 г. докторской диссертации "Исследование функции намагничения мягкого железа", явившейся результатом экспериментальной работы А. Г. Столетова. Экспериментальную часть диссертации он выполнил во время шестимесячной командировки в 1871 г. в Гейдельберг в лабораторию Кирхгофа, который высоко ценил дарования А. Г. Столетова и охотно предоставил ему место в своей лаборатории. В 1873 г. А. Г. Столетов был утверждён ординарным профессором.

Настойчивые хлопоты А. Г. Столетова, наконец, увенчались успехом: в Московском университете создалась физическая лаборатория, где не только выполнялись учебные работы студентов, но и велась экспериментальная научно-исследовательская работа. В ней работали и студенты, и профессор с его помощниками, и молодые учёные. В этой лаборатории А. Г. Столетов осуществил свои замечательные исследования, прославившие его имя.

Благодаря созданию физической лаборатории была устранена необходимость заграничных командировок для выполнения экспериментальных научных работ. В последние годы жизни А. Г. Столетова в созданной им лаборатории работал впоследствии прославленный физик П. Н. Лебедев.

Научная деятельность А. Г. Столетова касалась многих отделов физики. Он работал по электростатике, магнетизму, электромагнетизму, по критическому состоянию тел, по фотоэлектрическим или, как он называл, актино-электрическим явлениям. В каждой из названных областей физики он оставил глубокий след.

Огромную ценность представляли не только добытые А. Г. Столетовым фактические результаты и вскрытые им закономерности, но и разработанные им методы экспериментального исследования.

Давно уже было известно, что если поместить железо в соседстве с магнитом или проводником, по которому течёт электрический ток, т. е. поместить железо в магнитное поле, то железо намагнитится. Величину, показывающую, как изменяется намагниченность с изменением магнитного поля, А. Г. Столетов назвал функцией намагничения (теперь она называется магнитной восприимчивостью). Чем больше магнитная восприимчивость, тем, при данной величине магнитного поля, будет больше намагничение.

В своём замечательном "Исследовании функции намагничения мягкого железа" А. Г. Столетов поставил себе целью установить зависимость магнитной восприимчивости от величины намагничивающего поля. Он показал, что магнитная восприимчивость непостоянна. С возрастанием магнитного поля она сначала медленно возрастает; потом растёт всё быстрее и быстрее. При некоторой величине магнитного поля она достигает своей наибольшей величины, а затем, несмотря на увеличение намагничивающего поля, начинает убывать. Наличие максимума магнитной восприимчивости, впервые установленного А. Г. Столетовым, оказалось основным свойством сильно магнитных материалов (ферромагнетиков). При исследовании "функции намагничения" А. Г. Столетов применил особый, разработанный им, метод. Испытуемому образцу железа он придал форму кольца (тороида). Железо намагничивалось пропусканием тока по катушке, намотанной на это кольцо. Величина намагниченности железа определялась по силе индукционного тока, возникавшего в другой катушке, намотанной на то же кольцо, и измерявшегося особым (баллистическим) гальванометром.

Оба приёма - метод тороида и баллистическое измерение намагниченности - с тех пор стали основными приёмами исследования магнитных свойств сильно магнитных веществ. Они широко распространены и в современной технике, где ими пользуются для исследования железа, чугуна, стали, из которых строятся динамомашины, электромоторы и трансформаторы. Эта работа А. Г. Столетова имела огромное значение для электротехники, так как она дала рациональные основы для расчёта электродвигателей и динамомашин, которые прежде строились только на эмпирических данных. Благодаря этому А. Г. Столетов по праву занял почётное место среди основателей современной электротехники.

А. Г. Столетов прекрасно понимал практическое значение этой своей работы. В конце её он писал: "...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 (снаряды Н. Уайльда, Сименса, Ладда и др.). Знание свойств железа относительно временного намагничения так же 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 наперёд рассчитать его полезное действие".

Работа по измерению отношения электромагнитной единицы количества электричества к электростатической, которое по теории знаменитого английского физика Максвелла должно быть равно скорости света, была проведена по особому, предложенному А. Г. Столетовым, методу; этот метод был одобрен Максвеллом как один из самых надёжных для определения этой величины. На электрической выставке в Париже в 1881 г. за эту очень трудную и тонкую работу лаборатория А. Г. Столетова удостоилась "Диплома сотрудничества".

Самой выдающейся работой А. Г. Столетова является его ислледование влияния света на электрические разряды в газах (актино-электрические явления). В нём была выяснена экспериментальная сторона и установлены основные законы этого явления. А. Г. Столетов открыл ток насыщения в газах; он построил первый фотоэлемент, который назвал воздушным элементом, он установил важный закон разряда в газах, получивший название "закона Столетова".

Опыт, произведённый А. Г. Столетовым, был очень прост. А. Г. Столетов поставил друг перед другом тщательно очищенную цинковую пластинку и металлическую сетку. Пластинку он соединил с отрицательным полюсом электрической батареи, а сетку - с положительным, включив в цепь прибор для измерения электрического тока - чувствительный гальванометр. Всё это представляло собой разомкнутую электрическую цепь, через которую ток не мог идти: между пластинкой и сеткой был непроводящий воздушный промежуток. Однако, когда через сетку на цинковую пластинку направлялся свет мощного источника (вольтова дуга), гальванометр показывал наличие тока. Это явление было названо А. Г. Столетовым актино-электрическим. Теперь его называют фотоэлектрическим.

В этом исследовании А. Г. Столетов впервые применил гальванометр для изучения тока через газ (воздух). Ныне этот приём широко используется во всех исследованиях прохождения электричества через газы.

А. Г. Столетов впервые установил следующий, чрезвычайно важный факт. Если при одном и том же освещении пластинки постепенно увеличивать число элементов, соединённых с пластинкой и сеткой, т. е. если увеличивать напряжение, вызывающее ток, то электрический ток сначала будет быстро возрастать, затем его величина будет изменяться всё медленнее и медленнее, пока не примет некоторое максимальное значение, называемое "током насыщения". Причина этого явления теперь стала совершенно ясной: свет, падающий на металлическую пластинку, вырывает из неё электроны. При одной и той же силе света число вырываемых электронов будет одним и тем же. При увеличении напряжения электроны всё быстрее отгоняются к сетке, и ток становится больше. Но если напряжение стало таким, что в каждую секунду к сетке будет отлетать столько электронов, сколько их вылетает из пластинки, то дальнейшее увеличение напряжения силу тока не увеличит, - мы достигнем тока насыщения. Таким образом, по величине тока насыщения можно судить о том, сколько электронов ежесекундно вырывается из пластинки. Тем самым мы получаем возможность исследовать внутренний механизм электрического разряда в газах.

Продолжая свои исследования, А. Г. Столетов пластинку и сетку поместил в стеклянный сосуд, из которого можно было выкачивать воздух. Так он построил первый в мире фотоэлемент. А. Г. Столетов произвёл измерения при различных давлениях газа в сосуде, различных расстояниях между сеткой и пластинкой и при различных напряжениях. Он нашёл чрезвычайно важную закономерность: сила тока достигает наибольшего значения при вполне определённом давлении газа; это давление будет различным при различном напряжении (числе элементов в батарее) и разных расстояниях между сеткой и пластинкой. Если, однако, умножить давление газа, при котором наблюдается наибольший ток, на расстояние между пластинкой и сеткой и разделить полученный результат на напряжение, то получится постоянная величина. Это положение было названо "законом Столетова", а постоянная величина получила наименование "константы Столетова". Теоретический смысл этой константы был вскрыт уже после смерти А. Г. Столетова учеником знаменитого английского физика Дж. Дж. Томсона - Таунсендом. Электроны, летящие от пластинки к сетке, на своём пути разбивают молекулы (ионизируют их) на положительные остатки и электроны. Движение тех и других под влиянием электрического напряжения входит как составная часть в общий ток, измеряемый гальванометром. Но оказывается, что при некотором вполне определённом давлении электроны разбивают наибольшее число молекул. В силу этого при данном давлении и получается наиболее сильный ток из возможных при данном напряжении и данном расстоянии между пластинкой и сеткой, так как в сосуде в этом случае будет наибольшее число электронов. Закономерности, открытые А. Г. Столетовым, легли в основу современных теорий электрического разряда в газах.

А. Г. Столетов был выдающимся лектором. Лекции по опытной физике, которые он читал, по своему изложению стояли на большой высоте. Они отличались обилием материала, строгой системой, ясностью и необыкновенной увлекательностью изложения. Их охотно посещали студенты других курсов и даже других факультетов. Демонстрационная обстановка лекций всегда была безупречна. В свои лекции А. Г. Столетов вводил последние научные новости. Иногда он излагал новый материал на особых вечерних лекциях. Так было с лекциями о фонографе, с демонстрацией этого прибора (1890 г.), о цветной фотографии - на лекции демонстрировались усовершенствованные цветные фотографии, высланные ему по его просьбе автором этих работ Лип-маном.

Много внимания уделял А. Г. Столетов студентам. Он стремился облегчить студентам правильное усвоение читаемых лекций; с этой целью он редактировал переводы учебников; составил подробный конспект по акустике, оптике, электричеству и магнетизму. А. Г. Столетов редактировал и снабдил многочисленными примечаниями перевод известного учебника Жубера "Основы учения об электричестве", получившего широкое распространение в России.

Большим вниманием А. Г. Столетова пользовались молодые люди, выделявшиеся своими способностями и любовью к научным занятиям. А. Г. Столетов оказывал им большую научную помощь, заботился об их командировках за границу.

Несмотря на большую научную, педагогическую и организационную работу, которую вёл А. Г. Столетов в университете, он всё же находил время и силы для большой научно-общественной работы вне стен университета. После избрания его председателем физического отделения Общества любителей естествознания он реорганизовал это отделение, расширив его задачи включением ряда вопросов теоретической физики, механики, астрономии и математики; он внёс большое оживление в деятельность физического отделения Общества. А. Г. Столетов стремился развить общественную деятельность отделения устройством научно-популярных лекций, привлекая для этой цели лучшие научные силы и сам участвуя в них. Физик А. П. Соколов так описывает успех лекций А. Г. Столетова: "Публика всякий раз стекалась в изобилии на такие публичные чтения Столетова и приходила в восторг от его изящных и увлекательных лекций, обставленных всегда интересными опытами, которые выполнялись с безукоризненной отчётливостью".

По инициативе А. Г. Столетова и с его участием состоялись чествование двухсотлетия памяти Ньютона и ряд лекций по электротехнике, которая, вследствие её быстрого развития в те годы, пробудила к себе общий интерес, чему отчасти способствовало повсеместное применение свечи Яблочкова.

Будучи директором отдела прикладной физики при Политехническом музее, А. Г. Столетов развивал работу и в этом учреждении. Эту деятельность А. Г. Столетова Общество любителей естествознания высоко ценило: в 1884 г. оно присудило ему золотую медаль и в 1886 г. избрало его своим почётным членом. Признание заслуг А. Г. Столетова выразилось в учреждении ежегодной премии, выдаваемой начинающим учёным за лучшие работы по физике и химии (премия имени Мошнина).

Свои публичные выступления А. Г. Столетов часто посвящал новейшим достижениям науки. На одном из общих собраний VIII съезда естествоиспытателей и врачей в 1889 г., по предложению распорядительного комитета съезда, он произнёс речь на тему, связанную с блестящими работами Герца: "О тождестве волн света и электричества".

Выступление А. Г. Столетова имело огромный успех. А. П. Соколов о нём писал: "С тех пор слава А. Г. Столетова как блестящего оратора и образцового популяризатора непоколебимо утвердилась во всей интеллигентной России".

А. Г. Столетов пользовался большим авторитетом у зарубежных учёных. Он принимал активное участие в трудах международных конгрессов электриков в Париже в 1881 и 1889 гг. На одном из них в 1889 г. он был избран вице-президентом конгресса. На первом конгрессе был принят ряд предложений А. Г. Столетова о сохранении для применения в теории и практике обеих систем единиц для электрических измерений - электромагнитной и электростатической; об установлении практической единицы сопротивления (ома), наиболее близко соответствующей теоретической; о точном определении отношения, которое существует между электромагнитными единицами и электростатическими. Плодами этого решения до сих пор пользуются в науке и технике во всех странах мира.

Научно-общественная деятельность А. Г. Столетова простиралась и на научные международные отношения. Он чутко отозвался на призыв международного комитета для чествования Гельмгольца в день его семидесятилетия в 1891 г. Для этой цели он организовал цикл публичных лекций о научных заслугах Гельмгольца с тем, чтобы сбор с этих лекций поступил в гельмгольцевский фонд. Намеченные А. Г. Столетовым лекции прошли с большим успехом. В них принимали участие видные профессора, научные работы которых имели близкое отношение к областям работ Гельмгольца. Эти лекции были потом опубликованы под редакцией А. Г. Столетова.

А. Г. Столетов с любовью, уменьем и воодушевлением отдавался научно-общественной деятельности, сопровождавшейся у него неизменным успехом.

С 1892 г. А. Г. Столетову пришлось перенести много неприятностей на почве столкновений с реакционной профессурой того времени. Они тяжело отозвались на его здоровье, настроении и на всей его последующей деятельности. К этому времени относятся печальные события, связанные с избранием А. Г. Столетова в Академию наук: назначенные в 1893 г. выборы А. Г. Столетова были отложены на неопределённый срок, после чего его кандидатура была снята совсем. В том же 1893 г. окончился срок тридцатилетней службы А. Г. Столетова в университете, о чём он получил официальное извещение.

Привыкший к постоянному труду и широкому размаху своей деятельности, А. Г. Столетов почувствовал себя больным. Целые дни проводил он дома, работая над своим учебником "Введение в акустику и оптику". Посещал он только физическую лабораторию, где подолгу засиживался, беседуя о всевозможных научных новостях, которыми так богаты были те годы.

Этот самый тяжёлый период жизни А. Г. Столетова несколько скрашен его публичными выступлениями. В 1894 г. он прочитал публичную лекцию о цветной фотографии в пользу комитета грамотности; в том же году он произнёс речь в Обществе любителей естествознания по поводу смерти Гельмгольца; в 1895 г. - речь о Леонардо да Винчи как естествоиспытателе.

Последней большой огранизационной работой А. Г. Столетова была его работа в качестве заведующего секцией физики IX съезда естествоиспытателей и врачей в 1894 г. в Москве. Организационный талант А. Г. Столетова и его желание показать на съезде во всём блеске последние достижения науки создали большой подъём в работе физической секции, выдвинувший работу этой секции на первое место. Этот успех был обязан, главным образом, таланту А. Г. Столетова, что было засвидетельствовано в заключительном слове председателя съезда К. А. Тимирязева на последнем заседании. Общее признание больших заслуг А. Г. Столетова было выражено грандиозной овацией всех присутствующих на съезде.

В последние два года жизни А. Г. Столетов под гнётом нравственных страданий много раз собирался покинуть Московский университет, которому он отдал всю свою жизнь. А. Г. Столетов хотел переехать в Киев, где он надеялся найти большее сочувствие среди окружающих; он предполагал там продолжать работу над своим курсом опытной физики. Однако предположения его не сбылись; здоровье быстро ухудшалось. 19 мая 1896 г. Александр Григорьевич Столетов заболел воспалением лёгких и ослаблением сердечной деятельности. В ночь с 26 на 27 мая 1896 года он скончался.

В последние дни, во время болезни, А. Г. Столетов завещал свою большую библиотеку физической лаборатории университета. Эта библиотека ныне находится в составе библиотеки Физического института Московского университета, носящей имя Столетова.

П. Н. Лебедев в своей речи, посвящённой памяти А. Г. Столетова, на заседании Общества любителей естествознания вспоминает о последней своей встрече с А. Г. Столетовым: "...он заставил меня рассказать о моих занятиях за последний день и навёл разговор на свою любимую тему о газовых разрядах... Прощаясь со мной, он слабо пожал мне руку и чуть слышно добавил: "Советую заняться этими вопросами, они очень интересны и очень важны". Это были последние слова, которые я от него слышал. Через день Александр Григорьевич тихо скончался".

Александр Григорьевич Столетов прошёл большой и славный жизненный путь. Он посвятил его созданию и развитию отечественной физики. Родина всегда будет чтить Александра Григорьевича Столетова как одного из основоположников русской физики, как создателя первой русской физической научно-исследовательской лаборатории, из которой вышла первая плеяда русских физиков.

Главнейшие труды А. Г. Столетова: Собрание сочинений, М.-Л., 1939, т. I содержит оригинальные научные исследования: Общая задача электростатики и её приведение к простейшему случаю; Исследование о функции намагничения мягкого железа (докторская диссертация); Об одном методе определения отношения электромагнитных и электростатических единиц; О критическом состоянии тел (статьи I-IV); Актино-электрические исследования; Об актино-электрических токах в разреженных газах, и др. труды, М. - Л., 1941; т. II содержит общедоступные лекции и речи: Г. Р. Кирхгоф; Очерк развития наших сведений о газах; Жизнь и личность Ньютона; Ньютон как физик; С. В. Ковалевская; Г. Гельмгольц; Леонардо да Винчи как естествоиспытатель, и другие статьи; т. III содержит курсы лекций: Введение в акустику и оптику и теорию теплоты.

Об А. Г. Столетове:Тимирязев К. А., Александр Григорьевич Столетов (биографический очерк), в "Собрании сочинений" А. Г. Столетова, т. II, М.-Л., 1941; Столетие со дня рождения А. Г. Столетова, "Успехи физических наук", М.-Л., 1939, т. XXII, вып. 4 (статьи К. А. Тимирязева и Н. С. Хлебникова); Тольдгаммер, Памяти проф. А. Г. Столетова, Казань, 1897; Соколов А. П., Александр Григорьевич Столетов. Биографический очерк, Спб., 1897; "Учёные записки Московского университета", юбилейная серия, в. LII, Физика, М., 1940 (статьи А. К. Тимирязева и Н. А. Капцова).