Удивительные, остроумнейшие решения позволили учёному совершить подвиг, сравнимый разве что с подвигом сказочного Левши, подковавшего блоху: он сумел измерить давление луча света, равное давлению пылинки весом в три стотысячные доли миллиграмма!
Первое сообщение о предварительных результатах своих опытов Лебедев сделал 17 мая 1899 года на заседании Естественно-научного общества в Лозанне в Швейцарии, куда ему срочно пришлось уехать для лечения болезни сердца, обострившейся в связи с непомерным напряжением этих лет. Более полный доклад прочитан им в августе 1900 года на Международном конгрессе в Париже и кратко опубликован в трудах конгресса и в «Журнале русского физико-химического общества». Основной текст, напечатанный позже в этом журнале, был переведён и опубликован рядом иностранных журналов. О Лебедеве стали говорить как о короле эксперимента.
Патриарх английских физиков, уважаемый всеми лорд Кельвин сказал на одном из съездов Тимирязеву: «…Я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления, и вот ваш Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами».
Не менее знаменитый английский физик, лорд Рэлей, откликнулся на эксперименты Лебедева теоретической работой, показавшей универсальное значение результатов, полученных Лебедевым.
Известный немецкий астроном и математик Шварцшильд строго решил задачу, ранее поставленную Лебедевым (о давлении света на небольшие шарики), и обнаружил максимум давления при определённом соотношении длины волны света и диаметра шарика. Он сделал вывод, что давление света на молекулы, рассматриваемые как чрезвычайно малые шарики, будет ничтожно мало. Лебедев разъяснил, что возникновение максимума связано с резонансом, и ещё раз обратил внимание на то, что резонансы молекул обусловлены их внутренней структурой, а не простыми геометрическими размерами.
Выдающийся немецкий физик Пашен писал Лебедеву: «Я считаю Ваш результат одним из важнейших достижений физики за последние годы. Я оцениваю трудность Ваших опытов тем более, что я сам несколько времени тому назад задался целью доказать существование светового давления и проделывал подобные же опыты, которые, однако, не дали положительного результата».
Здесь не хватило бы места для приведения подобных оценок со стороны крупнейших учёных того времени: многие безуспешно пытались измерить давление света, а ещё большее число учёных интересовались этой труднейшей задачей.
Как это часто бывает в истории науки, ничего не зная о работах Лебедева, американские учёные Никольс и Хэлл двигались в том же направлении. Не прочитали они и его публикаций, отправляя 29 августа 1901 года в печать предварительное сообщение о полученных ими результатах. Оно вышло в ноябре того же года. Даже в декабре 1902 года, посылая в печать полный текст своей работы, они ещё не пишут ничего о результатах Лебедева.
Между тем годом раньше, в письме от 3 декабря 1901 го да, Никольс писал Лебедеву, который в то время лечился на курорте Наугейм: «Из Вашей статьи, пришедшей на прошлой неделе, мы впервые узнали, что Вы работаете над экспериментальной стороной вопроса. Из указываемых Вами статей (в женевских «Архивах естественных наук» и в «Докладах на международном конгрессе физиков») первая нам недоступна, а вторая до нас ещё не дошла, хотя несколько времени тому назад была заказана нашим книготорговцам».
Лебедев пишет по этому поводу 24 декабря того же года своему ученику Кастерину: «Сегодня получил длинное письмо от Никольса, где он утверждает, что ничего не знал о моих работах раньше: это у них в Америке бывает!»
В тот же день он пишет Никольсу: «…Тем существеннее то обстоятельство, что независимо (выделено Лебедевым) получены тождественные результаты».
В своё время некоторые авторы, в выражениях не всегда корректных, утверждали, что Никольс и Хэлл недобросовестные дельцы от науки, желавшие пристроиться к блестящим результатам Лебедева. Сам Лебедев никогда не подвергал сомнению их добросовестность и компетентность. Максимум, что он считал нужным сделать, это иронически отозваться о них, как об учёных, не следящих за научной литературой.
Более того. В своей знаменитой статье в разделе «Предварительные опыты» Лебедев сослался на работу Никольса, опубликованную в 1897 году и посвящённую изучению радиометрических сил.
Лебедев уважал своих соперников — Никольса, который был на три года моложе его и также учился в Германии и работал в лаборатории знаменитого экспериментатора Рубенса, где выполнил ряд блестящих работ, и Хэлла, уроженца Канады, грамотного исследователя среднего уровня. Лебедев отнёсся к их работе по измерению светового давления как к дополнительным контрольным опытам, внимательно и добросовестно сравнив её со своими результатами.
Основная задача в обоих случаях состояла в преодоле нии мешающего действия конвекционных радиометрических сил. Что же отличало эти работы друг от друга? Кто добился более чистых результатов? Как мы знаем, Лебедев достиг рекордно малого остаточного давления в сосуде, уменьшая источник помех — количество остаточных молекул газа. Он применял чрезвычайно тонкие металлические лепестки, и такой искушённый ценитель, как Пашен, считает это «ключом к разрешению вопроса». Излишне напоминать ещё раз о многих других, менее существенных особенностях его метода и прибора. Стоит лишь указать на крайнее изящество и простоту его аппаратуры, близкой по стилю к аппаратуре Фарадея, этого гения эксперимента.
Наиболее остроумная черта метода Никольса и Хэлла основана на том, что световое давление возникает мгновенно, а конвекционные и радиометрические силы — только после нагрева лепестков. Поэтому они использовали кратковременное включение света и баллистическую методику измерения.
Слабость метода Никольса и Хэлла проявилась в отношении к круксовым силам. Вместо того чтобы добиваться очень высокого вакуума, они, следуя указанию самого Крукса, попытались использовать счастливое мгновение. А оно должно было наступить при давлении порядка десяти миллиметров ртутного столба. В этот момент радиометрические силы меняют знак, проходя через нуль. Экспериментаторы старались обнаружить эту нулевую точку и работать возможно ближе к ней. Это было смелое и остроумное решение. Однако при этом давлении конвекционные силы ещё велики и требуют особых мер для борьбы с ними. Американцы (как это делал и Лебедев) для этой цели посылали свет то на одну, то на другую сторону лепестка.
Но методика Никольса и Хэлла не оправдала себя. Она была очень сложна. Сложна и дорога была их аппаратура. Несмотря на применение приборов высокой метрологической точности, они в первой публикации допустили ошибку в 22 % из-за неверного определения сопротивления болометра. Устранив этот дефект, они сочли достигнутую погрешность равной одному проценту, но беспристрастные учёные оценили её существенно выше.
Ошибка измерений американцев привела к тому, что выделить чётко световое давление на фоне мешающих факторов им не удалось.
Лебедев ясно понимал недостатки опытов Никольса и Хэлла, но не критиковал их в печати, указывая на независимость работы и различные методики. В последней же, оставшейся незаконченной, популярной статье он кратко рассмотрел недочёты этой работы, заключив, что её результат можно рассматривать как опытное доказательство существования светового давления (если принять на веру, что американские исследователи работали вблизи указанной Круксом нулевой точки).
«Мне кажется, — пишет Лебедев, — что было бы правильнее воспользоваться работой Никольса и Хэлла для обратного заключения, а именно: допуская существование светового давления, утверждать, что открытый Круксом любопытный переход радиометрических явлений через нуль при определённых давлениях не зависит от продолжительности свечения».
Только тонкий и благожелательный учёный мог позволить себе не отмахнуться от работы менее удачной, чем его, а отыскать в ней максимум полезного, найти то, что оправдало бы её проведение.
Лебедев необычайно точно определил уязвимость конкурирующей методики. Два остроумных приёма Никольса и Хэлла — использование явления Крукса и баллистической методики — требовали независимого доказательства их совместимости. Поскольку такого доказательства не дано, результат допускает двоякое толкование…
Работа Лебедева вышла далеко за пределы просто удачного эксперимента. Измерив давление света на твёрдые тела, подтвердив численно справедливость теории Максвелла, Лебедев тем самым доказал, что свет несёт не только энергию, но и импульс, а значит, в этом отношении он не отличается от других форм
