Кривая, изображающая изменение намагниченности образца, вначале, при слабых магнитных полях, резко взмывает кверху. Затем она отклоняется в сторону, сгибается все сильнее и, наконец, переходит в линию, идущую параллельно горизонтальной оси графика.
Для каждого измерения Столетов вычисляет и значение функции намагничения, разделив величину намагниченности образца на соответствующее значение напряженности магнитного поля. Для функции намагничения он также вычерчивает график. Кривая этого графика похожа на очертания дюны. Крутая со стороны, соответствующей измерениям, произведенным в слабых полях, она полого спускается в области сильных полей.
С интересом следит за опытами Столетова Кирхгоф. Результаты опытов русского ученого опрокидывают существовавшие в физике взгляды. Опыты Столетова разбивают впрах теорию Пуассона, французского физика, предполагавшего, что намагничение железа растет прямо пропорционально величине намагничивающего поля, что магнитная восприимчивость есть величина постоянная.
Нет, все идет совершенно по-иному, убедительно показывают опыты Столетова.
Магнитная восприимчивость очень быстро растет в начале процесса намагничения, а затем начинает медленно уменьшаться.
К концу октября Столетов заканчивает свои исследования. Полную теоретическую обработку результатов измерений он откладывает до возвращения в Москву, а сейчас уже надо спешить с отъездом.
Четыре месяца, четыре коротких месяца провел Столетов в Гейдельберге, но как богаты они событиями, какого вдохновенного творчества исполнены!
В Гейдельберге Столетов задумал еще одну научную работу. Незадолго перед тем английский ученый Джемс Клерк Максвелл (1831–1879) создал новую теорию электричества. Отобразив в математических уравнениях известные физикам электрические и магнитные явления, Максвелл, анализируя эти уравнения, обнаружил, что они содержат в себе большее, чем в них было первоначально вложено. Подробно исследуя уравнения, Максвелл нашел, что электрические явления не исчерпываются явлениями электростатики и электрическим током.
Теория Максвелла предсказывала, что электрические процессы могут проявляться в виде особых электромагнитных волн.
В пространстве, окружающем заряженное тело, действуют электрические силы. Заряженное тело создает вокруг себя, как говорят, электрическое поле. Электрическое поле, создаваемое заряженным телом, — это как бы незримые крылья, раскинутые электрическим зарядом в окружающее его пространство.
Но что будет в окружающем пространстве, если заряженное тело будет колебаться или если величина заряда будет меняться? Ясно, что электрическое поле также будет претерпевать изменения!
Уравнения Максвелла отчетливо показывали, что эти изменения не будут происходить одновременно во всех участках пространства, окружающего заряженное тело. Изменения будут распространяться с определенной скоростью. В более отдаленных от тела участках изменения произойдут позже, чем в участках более близких. Уравнения убедительно показывали, что от колеблющегося заряженного тела в пространство как бы побежит рябь, побегут электромагнитные волны. Эти волны должны быть родственными световым волнам, убеждала теория. То, о чем догадывался еще Ломоносов, прозревавший родство света и электричества, вытекало теперь из математических уравнений.
Теория Максвелла долгое время была не признана. Большинство физиков не сумело ее оценить. Только немногие ученые поняли сразу же огромное значение новой теории.
Высокую оценку дал ей Фридрих Энгельс.
К числу сторонников электромагнитной теории принадлежали Столетов и немецкий физик Людвиг Больцман.
Проверить теорию Максвелла, доказать ее справедливость было заманчивой задачей.
Прямой путь был недоступен. Электромагнитные волны, существование которых предсказывала теория, еще не были обнаружены на опыте.
Но можно было пойти косвенным путем. В уравнения Максвелла входит некая величина, представляющая собой коэфициент пропорциональности между двумя системами измерения электрических и магнитных величин — системами электромагнитной и электростатической. Этими двумя системами физики пользовались, да пользуются и сейчас, для измерения силы тока, напряжения, электрического заряда и других величин. Одна и та же величина измерения в разных системах выражается по-разному, подобно тому, как одно и то же расстояние выражается различно, смотря по тому, измерим ли мы его метрами или, скажем, футами. Расстояния, выраженные в метрах, легко перевести в футы. Ведь нам известно соотношение между метром и футом. Подобное же соотношение — коэфициент пропорциональности — есть и между каждой электромагнитной и соответствующей электростатической единицей. Но здесь дело обстоит сложнее, чем в случае перехода от метров к футам, от килограммов к фунтам и т. п. Коэфициент пропорциональности между электрическими единицами не есть какое-то отвлеченное число. Этот коэфициент — число именованное, это некоторая скорость.
Электромагнитная теория говорила, что этот коэфициент пропорциональности должен иметь величину, равную скорости света в пустоте — 300 000 километров в секунду.
Если бы удалось точно определить его величину, то тем самым можно было бы получить сильное подтверждение в пользу гипотезы о единстве света и электричества.
Поставить опыт по определению коэфициента пропорциональности, опыт, имеющий глубоко принципиальное значение, и задумал Столетов.
Задача определения этого коэфициента уже привлекала многих физиков. Пробовали измерять его и Вебер и Кольрауш, но их методы были недостаточно точны, результаты их опытов еще не давали возможности неопровержимо утверждать правильность гипотезы о единстве света и электричества.
Столетов придумывает необыкновенно простой и изящный метод измерения. Он надеется определить этот неуловимый, ускользнувший от стольких исследователей коэфициент пропорциональности. Молодой ученый заказывает гейдельбергским механикам некоторые детали для будущей своей установки, план которой у него уже складывается.
Много, хорошо поработал Столетов в Гейдельберге!
И вот наступают дни отъезда. Последние дни в Гейдельберге Столетов безотлучно проводит со своими товарищами — Лаврентьевым и Бостеном. Наконец-то друзьям удается как следует побыть вместе: во время опытов встречи были редкими. Друзья бродят по окрестностям, посещают развалины старого замка, устраивают пирушки, обсуждают литературные новинки. В одном из своих писем к Столетову Бостен, возвращаясь к прошлым беседам, пишет о повести «Вешние воды» Тургенева. Пристрастие писателя к изображению «лишних людей» возмущает друзей Столетова. «Допускаю, что в повести этой нет ни малейшей клеветы, — пишет Бостен, — что существуют у нас и Полозовы и Санины в изобилии, но разве нет у нас и много других, гораздо лучших типов, — хотя бы и за границею. Как не надоест Тургеневу постоянно возиться с этими господами!.. Отчего не познакомился он за границею хоть бы с Вами, с Леонидом Ивановичем, со мною?..»
В ноябре Столетов вернулся в Москву.
20 ноября 1871 года, в первые же дни после возвращения, Александр Григорьевич выступает в Московском математическом обществе с докладом о своих исследованиях.
Отдавая должное своим предшественникам — Веберу и Квинтусу-Ицилиусу, он с удивлением замечает, что эти физики не сумели правильно истолковать своих опытов. Подробно проанализировав результаты, полученные Вебером и Квинтусом-Ицилиусом, Столетов заметил, что Вебер и Квинтус-Ицилиус, если бы они разделили полученное ими значение для намагничения своих образцов на соответствующие значения магнитного поля, могли бы заметить, что магнитная восприимчивость отнюдь не постоянна, как это утверждала теория Пуассона.
Правда, даже в этом случае опыты Вебера и Квинтуса-Ицилиуса не дали бы точных и правильных результатов для характеристики магнитных свойств железа. Ведь эти исследователи работали с образцами, имеющими концы, а следовательно, они определили магнитное свойство не самого вещества, а именно того или иного образца, сделанного из этих веществ.
