Петр Николаевич Лебедев, давление света и давление обстоятельств
(Глава из книги об Андрее Сахарове)
Когда-то Лебедев измерял давление света в тончайших, по тому времени, экспериментах тут (в физике термоядерного взрыва. Г.Г.), оно было огромным и определяющим.
Неужели наша интеллигенция так измельчала со времен Короленко и Лебедева? Ведь П.Н.Лебедев не меньше нынешних любил науку, не меньше был связан с университетом, когда ушел после решения министра просвещения Кассо о допущении жандармов на территорию университета (сколько гебистов в МГУ сейчас, известно, наверное, только Андропову).
Андрей Сахаров. «Воспоминания»
Пожалуй, этот рассказ следует начать с событий, происшедших за десять лет до рождения Андрея Сахарова, событий, эпицентром которых в физике стал Петр Николаевич Лебедев (1866 1912). Для такого начала есть несколько причин.
Лебедев первый российский физик мирового уровня. Получив европейское образование и признание в международном сообществе физиков, он вместе с тем был российским интеллигентом. Это он доказал своей жизнью и, можно сказать, смертью. Когда российская история поставила его перед выбором: наука или нравственность, он пожертвовал любимой профессией, и жертва оказалась непосильной для его больного сердца.
Полвека спустя российская история поставила подобный выбор перед Сахаровым.
И даже к сахаровской военной физике оказался причастен Лебедев. В институте его имени изобретена первая советская термоядерная бомба. А в следующей, уже подлинно супербомбе главное научное достижение Лебедева стало попросту элементом конструкции.
Свет оказывает давление
Лебедев впервые обнаружил его в эксперименте и измерил. Опыт был необычайно трудный.
В этом, правда, может усомниться тот, кто видел чудесную научную игрушку, похожую на лебедевский прибор. Маленький пропеллер, накрытый стеклянным колпаком, начинает безостановочно вращаться, как только включается стоящая рядом обычная настольная лампа. Когда подобная вертушка крутится под действием ветра, это вряд ли кого удивит, но тут стеклянный колпак, который не пропускает никакого дуновения воздуха. Пройти может только свет. Значит, он давит на лопасти не хуже воздушного потока? Игрушка, конечно, забавная, но неужели с такими вот штуками попадают в историю науки?
Интереснее, однако, сама история науки. Когда английский физик Крукс нечаянно, для других целей сделал первую световую вертушку, Лебедеву было всего семь лет, и физики без него успели понять, что причина ее вращения, действительно, свет, но не его давление. Не случайно, оказывается, попав под солнечные лучи, так легко ощущаешь их тепло, но совершенно не чувствуешь их давление. Как раз это ощутимое тепло и вращает вертушку, нагревая воздух, окружающий вертушку под колпаком. Теоретики подсчитали, что эти слабенькие «тепло-воздушные» силы в тысячи раз больше предсказанных сил светового давления.
Так предсказывала электромагнитная теория света, придуманная великим Максвеллом за год до рождения Лебедева, очень необычная теория.
Вещество, электричество и свет столь очевидно различны, что долгое время физики исследовали их порознь. Об их взаимосвязи догадывался Фарадей, а Максвелл воплотил догадку в точную теорию. Некоторые выводы ее, однако, оказались столь странными, что мало кто им поверил. Никто, впрочем, не обязан верить теории, пока эксперимент не проверил ее предсказание.
В самом деле, из своих формул Максвелл получил, что электромагнитные сигналы могут путешествовать без проводов, и что их скорость равна скорости света; отсюда он предположил, что и сам свет это электромагнитные колебания. Из этих же формул он обнаружил, что поток света должен не только нагревать освещаемую поверхность, но и давить на нее. Вычислил это давление и понял, что оно должно быть очень мало.
Новые идеи Максвелла не укладывались в рамки тогдашних научных представлений. Британская идея электромагнитного поля, или распределенной по пространству силы, выдвинутая Фарадеем, была чужеродной для континентальной прежде всего германской физики, где были только электрически заряженные частицы, между которыми попарно действовали силы. В течение нескольких десятилетий физика пребывала в растерянности не имея оснований отвергнуть идеи Фарадея Максвелла и не имея духу поверить в них.
Первый успех теории Максвелла принесли опыты немецкого физика Генриха Герца, сначала скептически смотревшего на британскую теорию. В 1888 году Герц сумел материализовать то, что у Максвелла было лишь математическими формулами: в результате он убедился сам и убедил других, что электромагнитные колебания могут путешествовать без проводов и действительно со скоростью света.
Что касается самого света, предсказания Максвелла оставались под вопросом. Даже его соотечественник, Вильям Томсон, не верил в световое давление, хотя он получил дворянский титул лорда Кельвина за свои научные заслуги именно в области электричества (за участие в проекте трансатлантического телеграфного кабеля).
В проверке максвелловской теории света могла помочь вертушка Крукса. Именно поэтому физики старались ее усовершенствовать. Прежде всего они пытались удалить воздух из-под колпака улучшить условия для своих измерений. К тому времени, когда Лебедев знакомился с проблемой, физики научились откачивать воздух из сосуда так, что его там оставалась лишь одна стотысячная часть. Однако и этого остатка было слишком много воздушные веяния все еще во много раз превышали силу светового давления.
И вот за дело, начатое англичанами, взялся русский, получивший отличное германское образование в весьма французском Страсбурге. Теперь, на рубеже двадцатого века, в своей московской лаборатории, тридцатилетний Лебедев был в расцвете сил, и они все ему понадобились: опыт, приобретенный в предыдущих работах, увлеченность и упорство молодого исследователя, не лишенного здорового честолюбия.
И Лебедеву удалось то, что не давалось многоопытному Круксу, он придумал, как уменьшить долю остающегося под колпаком воздуха еще в сто раз, и добился, наконец, чтобы помехи стали меньше светового давления. Несколько лет потребовалось на измерение величины, сравнимой с весом блохи. Это, конечно, удивительно, но кому нужно такое легковесное дело?
В предыдущих абзацах есть искусные англичане, русский умелец и блоха все необходимое, чтобы вспомнить знаменитый сказ Лескова о Левше. Там, однако, русские мастера подковали «аглицкую блоху», чтобы себя показать и англичан посрамить. При таких намерениях немудрено, что заводная блоха, получив подковки, утратила способность прыгать.
Лебедев свою блоху подковал, чтобы она прыгала лучше. И он бы так не старался, если бы эта прыгучесть не была важна для науки для мировой науки. Результат его опытов, как бы мала ни была измеренная им величина, отвечал на большой вопрос науки его времени.
Вот почему доклад Лебедева о его экспериментах на Первом международном конгрессе физиков в Париже (август 1900 года) и его публикации в центральных журналах очень быстро сделали ему имя. Кроме прочего, опыты Лебедева заставили именитого физика лорда Кельвина сдаться перед максвелловской теорией.
Нам не дано предугадать
Эти слова Тютчева относятся и к физике. Герц не предполагал, что открытые им электромагнитные колебания могут быть использованы для дальней связи. Лебедев надеялся, что его опыты помогут понять силы, действующие между молекулами.
Наука, однако, устроена так, что полученные результаты начинают жить самостоятельной жизнью, независимо от намерений и надежд своих авторов. Через семь лет после опытов Герца родилась радиосвязь. Через шесть лет после опытов Лебедева теория относительности завершила максвелловскую революцию. В 1905 году появилась самая знаменитая формула физики: Е = mc2, знакомая даже тем, кто не знает, что означают входящие в нее буквы. Эта эйнштейновская формула совпала с той, которую проверял Лебедев.
Таким образом, накануне двадцатого века эксперимент Лебедева, окончательно убедив физиков в правильности максвелловской электродинамики, упрочил опытный фундамент для физики нового века. На этом фундаменте предстояло еще не раз и дерзко достраивать и перестраивать здание научных представлений. Относительность, кванты, гравитация в первые десятилетия века, физика элементарных частиц и Вселенной в последние.
Но не слишком ли это мало для научного достижения проверка теории и фундамент для новых? Кроме суда истории, решения которого любят писать историки спустя много десятилетий, в науке двадцатого века действует авторитетный людской суд. Его решения называются Нобелевскими премиями и выносятся с 1901 года.
Свой ежегодный отбор Нобелевский комитет начинает с того, что обращается к видным ученым с просьбой назвать имена кандидатов. Уже в 1902 году такая просьба была направлена Лебедеву.
А в 1912 году сам Лебедев был назван кандидатом. Его предложил Вильгельм Вин, получивший Нобелевскую предыдущего, 1911 года за открытие законов теплового излучения. Вин назвал двух кандидатов: Лебедева и Эйнштейна. У русского физика шансов на успех было, пожалуй, больше. Не потому, что его вклад в науку значительнее, а из-за позиции Нобелевского комитета, который к теоретическим работам относился с большой осторожностью, ожидая их твердого опытного и практического подтверждения. Осторожность эта была настолько большой, что Эйнштейн получил Нобелевскую премию лишь в 1921 году, через полтора десятилетия после работ, обессмертивших его имя.
Еще один довод в пользу Лебедева фактическое присуждение Нобелевской премии по физике 1912 года: ее получил инженер за изобретение ацетиленовой горелки с автоматическим регулятором для освещения маяков. В историю физики это изобретение не вошло.
Почему же не Лебедев? Нобелевские премии не присуждаются посмертно. В марте 1912 года сорокашестилетний Петр Лебедев умер.
Обстоятельства
Обстоятельства, которые предшествовали этой смерти и стали одной из ее причин, сделали Лебедева участником социальной истории России, а не только истории науки. Сам Лебедев к этому вовсе не стремился. Ему вовсе не было тесно в мировой физике. К началу двадцатого века физики уже вполне осознавали свою принадлежность к главнейшему, быть может, в истории человечества научному Интернационалу. Работая в Москве, Лебедев своими исследованиями, перепиской, личными контактами активно участвовал в жизни этого международного сообщества и вместе с ним в духе своего времени надеялся, что наука способна улучшить жизнь людей. Никаких более определенных социальных интересов у него не было. Однако российские обстоятельства не позволили ему быть просто ученым.
Вот как он сам рассказал об этих обстоятельствах в письмах западным коллегам:
«В январе сего (1911. Г.Г.) года возникли студенческие беспорядки, и полицейское управление по собственной инициативе взяло на себя поддержание порядка в помещениях университета, не подчиняясь ректору. При этих условиях ректор не имел возможности нести принадлежащую ему по закону ответственность за нормальное течение академической жизни в университете, и ректор и его два помощника подали Совету университета прошения об отставке от занимаемых должностей. Совет согласился как с причинами этих прошений, так и с отставками. Министерство приняло отставки этих лиц как должностных лиц университета, но, кроме того, не указывая причины, уволило их из университета как профессоров и преподавателей. Тогда многие из коллег изгнанных профессоров сочли своим нравственным долгом также подать в отставку
Мы стояли перед альтернативой: или трусливо отмежеваться от ректора и его помощников, нами избранных и действовавших по нашему полномочию, или выразить свой протест выходом в отставку
Я был вынужден оставить свою профессуру в Москве, закрыть свою лабораторию, где сейчас шли полным ходом самостоятельные исследования, и остался теперь вместе с моей семьей без положения и без надежды довести задуманные работы до конца».
Что все это означало для него, физика с чувством нравственного долга, рассказал в статье «Смерть Лебедева» знаменитый русский биолог К.А.Тимирязев, взяв эпиграфом лермонтовское «Погиб поэт невольник чести»:
«Лебедев умер Мог ли я, годившийся ему в отцы, подумать, что дрожащей, старческой рукой буду когда-нибудь выводить эти слова?
Был момент, когда я выступал его единственным защитником, момент, когда он готов был бросить Московский университет и бежать в Европу. Не раз повторял я с гордостью, что сохранил его России, а теперь повторяю с ужасом: не лучше ли было сохранить его для науки?
В громадном институте, на устройство которого было потрачено немало его сил, для него нашлась жалкая квартира, рабочая комната в другом этаже, выше, да темный подвал для работ его учеников, и это при обозначавшейся уже болезни сердца. Молодые силы все преодолели, могучий дух был еще сильнее тела. Закипела работа, а с нею пришла и слава сначала, конечно, на чужой стороне, а затем и у себя. Последний съезд в Москве был торжеством Лебедева. Впереди, казалось, открылась длинная вереница лет кипучей деятельности на пользу и славу родной страны; но те, кто распоряжаются ее судьбами, решили иначе.
Волна столыпинского «успокоения» докатилась до Московского университета и унесла Лебедева на вечный покой.
Это не фраза, а голый факт. Хочу ли я этим сказать, что это была одна из тех горячих голов, которых факты окружающей политической жизни подхватывают, отрывают от обычного излюбленного дела? Ни мало. Между людьми его возраста я, может быть, не встречал другого, с таким леденящим, скептическим недоверием относившегося к способности русского человека «славянской расы», как он часто говорил, не только к политической, а просто к какой бы то ни было общественной деятельности. Как будто он предчувствовал, что сама жизнь готовила ему убедительное, но для него роковое, тому доказательство. И этот-то, не веривший в политику, уравновешенный, всецело преданный своему делу науке, человек пал жертвой тех, кто лицемерно выставляют себя защитниками науки от вторжения в нее политики.
Да и дилемма, которую ему приходилось разрешать, была поставлена не политическая, а простая человеческая. Ему говорили: будь лакеем, беспрекословно исполняй, что тебе приказывают, забудь, что у тебя есть человеческое достоинство, что у тебя есть честь, или уходи. Он ушел, ушел, вполне сознавая, что значит для него этот уход. Он сознавал, что он не из тех, которые эффектно удаляются по парадной лестнице, зная, что вернуться можно втихомолку и по черной. Не был он из тех, кто при таких условиях уходят с барышом в практическую жизнь; для него жизнь без науки не имела raison de^tre».
Практическая жизнь
Практическая жизнь, однако, пришла на помощь науке. В России появились люди, которые желали своим барышом служить науке и просвещению. К моменту, когда Московский университет поразила катастрофа 1911 года, в Москве уже несколько лет действовали созданные на частные средства Университет Шанявского и Леденцовское общество (с 1906 и 1909 года). Их полные названия Московский городской народный университет и Общество содействия успехам опытных наук и их практических применений. А для своих основателей это были «Вольный университет» и «Общество друзей человечества», что означало общенародное назначение, доступность, свободу от императорской бюрократии, общественное самоуправление.
Имена Альфонса Леоновича Шанявского (1837 1905) и Христофора Семеновича Леденцова (1842 1907) могли быть известны не меньше имен Нобеля и Гуггенхайма, если бы не социалистический катаклизм российской истории.
Генерал, золотопромышленник и поборник народного просвещения Шанявский завещал свое состояние на создание университета, в котором могли получать образование (среднее и высшее) все, независимо от пола, национальности, вероисповедания, с тем чтобы дать «России как можно больше умных, образованных людей».
Купец и промышленник Леденцов свое огромное состояние (около двух миллионов рублей) завещал на организацию Общества, цель которого «помогать по мере возможности осуществлению если не рая на земле, то возможно большего и полного приближения к нему. Средства, как их понимаю, заключаются только в науке и в возможно полном усвоении всеми научных знаний. Я не человек науки и техники, и нет у меня дара проповеди, но рядом со мной идут и люди науки и люди техники, и после меня пойдут и те и другие. Облегчу и послужу их делу. Я не хочу дела благотворения, исцеляющего язвы людей, случайно опрокинутых жизнью, и ищу дело, которое должно коснуться самого корня человеческого благополучия».
Когда человек науки Лебедев был неслучайно опрокинут российской жизнью, Университет Шанявского и Леденцовское общество помогли ему воссоздать свою лабораторию. И те же общественные силы в ответ на события в Московском университете решили создать «Вольную научную академию» и в ее составе для лаборатории Лебедева Физический институт.
Лебедев работал над проектом института, но не дождался его строительства. Можно только гадать, какие Успехи Опытных Наук и их Практические Применения могли быть достигнуты под его руководством.
Если говорить о главном научном успехе Лебедева, то первое его применение он нашел сам в астрономии для объяснения движения комет под суммарным воздействием тяготения Солнца и отталкивательной силы его света. Научным фантастам это дало идею космических кораблей-парусников, разгоняемых солнечным светом, не нуждающихся в огромных топливных баках и не засоряющих космические просторы выхлопными газами Такое практическое и неземное применение наверняка было бы по душе и Лебедеву, и Леденцову.
Что бы они сказали о земном применении, ставшем реальностью полвека спустя? Это применение можно назвать и анти-Земным. Все дело в яркости источника света. В 1945 году на Земле появился источник «ярче тысячи солнц» атомная бомба. И именно с помощью этого источника спустя десять лет вспыхнул на той же планете огненный шар ярче миллиона солнц термоядерная бомба. Давление света, с таким трудом обнаруженное Лебедевым в конце прошлого века, в середине нынешнего чудовищной силой сдавило новейшую взрывчатку в самом мощном орудии в истории человечества оружии, занесенном над своим обладателем. Энергия, излученная в атомном взрыве, сдавила вещество до звездных плотностей, и в результате вспыхнула термоядерная звезда. Оба взрыва атомный и термоядерный послушно подчинились одному и тому же физическому закону: Е = mс2.
Российский путь к термоядерному солнцу начался в здании, построенном для лаборатории Лебедева перед революцией. Спустя полтора десятилетия это здание приняло приехавший из Ленинграда Физический институт Академии наук имени П.Н.Лебедева, более известный как ФИАН. Именно здесь еще через полтора десятилетия изобрели советскую водородную бомбу.
По воле истории именно тогда, в конце сороковых годов, имя П.Н.Лебедева вместе с другими славными российскими именами использовалось казенными советскими патриотами как орудие борьбы с «космополитизмом и низкопоклонством перед Западом». А в Московском университете диссертацию о Лебедеве написал штатный сотрудник органов цензуры органов, которые вместе с другими компетентными органами следили за порядком в стране.
Можно не оправдывать российского физика в этом. Как не надо было защищать его от великорусских щедринских «потреотов», в 1911 году обвинявших Лебедева в том, что в доме подозрительного поляка на еврейские деньги он создал странную лабораторию, в которой занимается неизвестно чем.
Наследие Лебедева
Это наследие попало в хорошие руки, как свидетельствует двойной эпиграф к статье. И наследие не только в самой науке, если Андрей Сахаров помнил о принадлежности Лебедева к российской интеллигенции. Это было странное сообщество. Люди, занятые интеллектуальным творческим трудом, в Европе, конечно, были, но особого социального сословия не составили, их не объединяло чувство своей моральной ответственности за происходящее в обществе.
Причина, разумеется, не в какой-то особой нравственной одаренности россиян, а в социальных обстоятельствах России. «При господствующих здесь условиях, которые для европейца представляются совершенно невероятными и непонятными, писал Лебедев своему европейскому коллеге, я должен отказаться здесь от своей карьеры физика». Этот российский интеллигент счел своим долгом отойти от любимого дела от дела жизни. Наверно, европейцу такой выбор понять было нелегко.
Само возникновение интеллигенции, похоже, предполагало два обстоятельства достаточную интеллектуальную свободу класса образованных людей и социальную отсталость, сопровождаемую политической несвободой и гнетущими социальными контрастами. Если это так, становится понятней, почему интеллигенция так сильно деградировала при Советской власти (когда первая предпосылка была уничтожена) и почему интеллигенция в старом смысле этого слова обречена на исчезновение, когда будем надеяться исчезнет вторая предпосылка. Тогда, увы, место русских интеллигентов займут просто интеллектуалы.
В царское время, когда обе предпосылки были в силе, российские интеллигенты, разумеется, по-разному отвечали на мощные электрические напряжения общественной жизни. Ответы зависели от жизненного опыта человека, его темперамента, душевной чуткости. Коренным вопросом был путь развития России.
Интеллигенты в первом поколении каким был и Лебедев легко убеждались, что аристократия духа не наследственна. Требовались их знания, интеллект, а не родословная. Это время совпало с мощным рывком европейского естествознания. У российского интеллигента все это складывалось в ощущение общественного развития идею научного и социального прогресса, ощущение косности самодержавного устройства и ощущение своей ответственности за происходящее вокруг.
Многое можно понять в той российской эпохе, если помнить, что она вместила в себя творческую жизнь Льва Толстого, который в романе «Война и мир», размышляя о законах истории, о философии свободы, привлекал идеи-образы из физики. Которого задевал спор славянофилов и западников, но обе позиции были ему тесны. Который, войдя в историю мировой литературы, решил отказаться от своих сочинений.
Крупнейший писатель дореволюционной России отрешился от дела жизни внешне совсем по-другому, чем это сделал крупнейший физик: один взялся учить все человечество, другой хотел учить лишь несколько своих студентов, а главным делом хотел добывать новое научное знание о мире. Но внутренне оба отказа были продиктованы нравственным чувством, возмущенным «господствующими условиями» российской жизни. И это, быть может, яснее говорит о тогдашней России, чем многостраничный анализ ее социальной статистики и общественных катаклизмов.
Нравственное чувство Толстого оказалось сильнее его моральной философии. Подобно этому нравственное чувство Лебедева оказалось сильнее его политического скептицизма.
Смерть физика Лебедева и более прямым образом связана со смертью писателя Толстого. Не вынеся нравственного разлада с современным ему обществом, со своими близкими и с самим собой, восьмидесятидвухлетний Лев Толстой покинул свой дом, спустя несколько недель заболел и умер на железнодорожной станции Астапово в конце ноября 1910 года. Название маленькой станции узнала вся Россия.
Смерть Толстого повлекла за собой студенческие волнения. Провозглашенная Толстым «нераздельность мысли, чувства и дела» побуждала жить с той же смелой свободой. А для полиции студенческие беспорядки стали поводом вторгнуться в жизнь Московского университета, что и привело к отставке его лучших профессоров в феврале 1911 года.
Так аполитичный физик Лебедев оказался вовлечен в политику.
Ленин назвал Льва Толстого «зеркалом Русской революции». Некоторые считали, что Толстой, как и русская интеллигенция в целом, был зеркалом вогнутым, которое собирало в своем фокусе общественный жар и в конце концов запалило революционный пожар. Даже если так, не легок вопрос: кто более виноват тот, кто «наломал дров», обеспечив обилие горючего материала в обществе, или тот, кто позволил своему душевному огню вырваться наружу.
Во всяком случае для российского интеллигента Лебедева его выбор в 1911 году был не социально-политическим, а индивидуально-нравственным.
Биологу и весьма политичному К.А.Тимирязеву смерть Лебедева напомнила «невольный крик, когда-то вырвавшийся из наболевшей груди Пушкина, крик отчаяния, крик проклятия родившей его стране: «Угораздило же меня с умом и с сердцем родиться в России». С умом, пожалуй, с холодным, саркастическим умом безучастного зрителя комедии истории; пожалуй, и с сердцем, но только без ума, сознающего ужас того, что происходит кругом, угадывающего, что оно готовит в будущем. А еще лучше и без того и без другого.
Бездушная оргия безответственного слабоумия вот чему открыт широкий простор в несчастной стране. Но ум и сердце не уживаются в ней.
Или страна, видевшая одно возрождение, доживет до второго, когда перевес нравственных сил окажется на стороне «невольников чести», каким был Лебедев? Тогда и только тогда людям «с умом и с сердцем» откроется, наконец, возможность жить в России, а не только родиться в ней, чтобы с разбитым сердцем умирать».
Для того, кто с разбитым сердцем умер, для самого Лебедева, с его скепсисом за пределами физики, эти восклицания были непомерно высокопарны. Нет свидетельств и того, что он мечтал о «возрождении России». Однако этим он отличался от большинства его коллег. И чем моложе были коллеги, тем революционнее были их социальные социалистические мечты. Студенческие волнения в Московском университете знак эпохи, переживаемой тогда Россией. В 1912 году Московский университет окончил отец Андрея Сахарова.
Эпоха действовала на всей территории Российской империи. Именно в те годы, далеко от обеих российских столиц, в Елизаветграде гимназию оканчивал Игорь Тамм. К восемнадцати годам юноша, проявивший способности к точным наукам, начитался социалистической литературы и стремился к «политике». Зная страстный темперамент сына, родители имели основания опасаться за него и настояли, чтобы он поехал учиться за границу подальше от беспокойных российских университетов. И будущий учитель Сахарова свой первый студенческий год провел в Эдинбурге.
Это был последний мирный год России.
Затем грянула мировая война. Ее кровавый опыт сделал возможной русскую революцию, переросшую в гражданскую войну.
Все это поместилось во второе десятилетие двадцатого века России.
В самом начале следующего десятилетия, в 1921 году, в этой России родился с умом и с сердцем Андрей Сахаров.