Решив добиться своего, Лебедев уехал в Германию.
В Германии в течение нескольких лет он занимался в физических лабораториях известного физика Августа Кундта – сперва в Страсбургском (1887–1888), затем в Берлинском (1889–1890) университетах. Впрочем, из Берлинского университета Кундт отправил Лебедева обратно в Страсбург, потому что в Берлине Лебедев не мог защитить диссертацию, все из-за того же незнания латинского языка.
Диссертацию Лебедев выполнил в Страсбурге. Называлась она «Об измерении диэлектрических постоянных водяных паров и о теории диэлектриков Моссотти-Клаузиуса». Многие положения этой работы Лебедева сохраняют актуальность и в наши дни.
В дневнике в тот год Лебедев записывал:
«…Люди подобны пловцам: одни плавают по поверхности и удивляют зрителей гибкостью и быстротой движения, делая все это для моциона; другие ныряют вглубь и выходят либо с пустыми руками, либо с жемчужинами – выдержка и счастье для последних необходимы».
Но, кроме таких, чисто эмоциональных, записывал Лебедев мысли, которые и сейчас не могут не поражать.
«…Каждый атом всякого нашего первичного элемента представляет собой полную солнечную систему, то есть состоит из различных атомопланет, вращающихся с разными скоростями вокруг центральной планеты или каким-либо другим образом двигающихся характерно периодически. Периоды движения весьма кратковременны (по нашим понятиям)…»
Запись сделана Лебедевым 22 января 1887 года, то есть за много лет до того как планетарную модель атома разработали Э. Резерфорд и Н. Бор.
В Страсбурге Лебедев впервые обратил внимание на кометные хвосты.
Заинтересовали они его, прежде всего, с точки зрения светового давления.
Еще Кеплер и Ньютон предполагали, что причиной отклонений кометных хвостов от Солнца может служить механическое давление света. Но поставить такие опыты было чрезвычайно трудно. До Лебедева указанной проблемой занимались Эйлер, Френель, Бредихин, Максвелл, Больцман. Великие имена не смутили молодого исследователя. Уже в 1891 году в заметке «Об отталкивательной силе лучеиспускающих тел» он попытался доказать, что в случае очень малых частиц отталкивающая сила светового давления, несомненно, должна превосходить ньютоновское притяжение; таким образом, отклонение кометных хвостов действительно вызывается световым давлением.
«Я, кажется, сделал очень важное открытие в теории движения светил, специально комет», – радостно сообщил Лебедев одному из своих коллег.
В 1891 году, полный идей, Лебедев вернулся Россию.
Знаменитый физик Столетов с удовольствием пригласил Лебедева в Московский университет. Там в течение нескольких лет выходила отдельными выпусками работа Лебедева «Экспериментальное исследование пондеромоторного действия волн на резонаторы». Первая часть работы была посвящена экспериментальному изучению взаимодействий электромагнитных резонаторов, вторая – гидродинамических, третья – акустических. Достоинства работы оказались столь несомненными, что Лебедеву была присуждена степень доктора без предварительной защиты и соответствующих экзаменов, – случай в практике русских университетов весьма редкий.
«Главный интерес исследования пондемоторного действия волнообразного движения, – писал Лебедев, – лежит в принципиальной возможности распространить найденные законы на область светового и теплового испускания отдельных молекул тел и предвычислять получающиеся при этом междумолекулярные силы и их величину».
Движение световых и тепловых волн, о котором писал Лебедев, исследовалось им на моделях. Уже тогда Лебедев вплотную подошел к попытке преодолеть многочисленные сложности в обнаружении и измерении давления света, которые никак не могли обойти его знаменитые предшественники. Но успех пришел к Лебедеву только в 1900 году.
Прибор, на котором Лебедев получил результаты, выглядел просто.
Свет от вольтовой духи падал на легкое крылышко, подвешенное на тонкой нити в стеклянном баллоне, из которого был выкачан воздух. О световом давлении можно было судить по легкому закручиванию нити. Само крылышко состояло из двух пар тонких платиновых кружочков. Один из кружочков каждой пары был блестящим с обеих сторон, у других одна из сторон была покрыта платиновой чернью. Для того, чтобы исключить движение газа, возникающее при различии температур крылышка и стеклянного баллона, свет направлялся то на одну, то на другую сторону крылышка. В итоге радиометрическое действие вполне можно было учесть, сравнивая результат при падении света на толстый и на тонкий зачерненный кружок.
Опыты по обнаружению и измерению светового давления принесли Лебедеву мировую славу. Знаменитый английский физик лорд Кельвин сказал Тимирязеву при встрече: «Я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления! Но ваш Лебедев заставил меня сдаться». Лебедева избрали экстраординарным профессором Московского университета. Однако, и при этом не обошлось без дискуссии: может ли всемирно признанный ученый занимать столь высокий пост, не зная латыни? Не все были уверены в этом: избран был Лебедев с перевесом всего в три шара.
К сожалению, в те же годы проявились первые признаки грозной сердечной болезни, в конце концов погубившей Лебедева.
«…Как видите, я далеко, в Гейдельберге, – писал он 10 апреля 1902 года своему близкому давнему другу княгине М. К. Голициной. – Проездом на Юг я предполагал остановиться здесь на несколько дней, но болезнь привязала меня на всю зиму. На личном опыте пришлось убедиться, как бессильна медицина в сколько-нибудь сложных случаях: великий Эрб утешает меня тем, что страдание „нервное“ (что значит „нервное“ – никому неизвестно) и что может со временем (с каким временем? 1000 лет?) совершенно пройти. Теперь мне лучше, тупое отчаяние сменилось слабой надеждой, что дело поправится настолько, что я опять буду в состоянии работать. В течение зимы мне пришлось вынести очень тяжелые муки – это была не жизнь, а какое-то длительное, нетерпимое умирание; боль притупила все интересы (не говоря уже о невозможности работать); прибавьте к этому нравственное тягостное сознание, что я совершенно напрасно мучаю мою сестру тем, что не могу ни вылечиться, ни умереть – и Вы увидите, что не весело прожил я этот год.
Как Вы знаете, княгиня, в моей личной жизни было так мало радостей, что расстаться с этой жизнью мне не жалко (я говорю это потому, что знаю, что значит умирать: я прошлой весной совершенно «случайно» пережил тяжелый сердечный припадок) – мне жалко только, что со мной погибает полезная людям очень хорошая машина для изучения природы: свои планы я должен унести с собой, так как я никому не могу завещать ни моей большой опытности, ни моего экспериментаторского таланта. Я знаю, что через двадцать лет эти планы будут осуществлены другими, но что стоит науке двадцать лет опоздания? И это сознание, что решение некоторых важных вопросов близко, что я знаю секрет, как их надо решить, но бессилен передать их другим – это сознание более мучительно, чем вы думаете…»
Тем не менее, Лебедев продолжал работу.
Для космических явлений, считал он, основное значение должно иметь не давление на твердые тела, а давление на разреженные газы, состоящие из изолированных молекул. О строении молекул и их оптических свойствах в то время было известно крайне мало. Неясно было даже, как, собственно, следует переходить от давления на отдельные молекулы к давлению на тело в целом. Известный шведский исследователь Сванте Аррениус, например, утверждал, что газы в принципе не могут испытывать светового давления, Он выдвинул так называемую «капельную» теорию строения кометных хвостов. По теории Аррениуса хвосты комет могли состоять из мельчайших капелек, образующихся при конденсации углеводородов, испаряющихся из загадочных недр кометы. Астроном К. Шварцшильд обосновал мнение Аррениуса теоретически.
Попытка решить задачу, вызвавшую к жизни множество самых противоречивых гипотез и теорий, заняла у Лебедева почти десять лет.
Но он решил эту задачу.
В приборе, построенном Лебедевым, газ под давлением поглощаемого света получал вращательное движение, передающееся маленькому поршню, отклонения которого могли измеряться смещением зеркального «зайчика». Тепловой эффект на этот раз был преодолен остроумным приемом подмешивания к исследуемому газу водорода. Водород – прекрасный проводник тепла, он моментально выравнивал все неоднородности температуры в сосуде.
Опубликованные Лебедевым результаты опытов без колебаний были приняты самыми серьезными учеными. К. Шварцшильд, обосновывавший в свое время теорию Аррениуса, написал Лебедеву:
«Глубокоуважаемый коллега!
Я еще хорошо помню, с каким сомнением я в 1902 году отнесся к Вашему намерению измерить давление излучения на газы, и с тем большим восхищением я прочел сейчас, как Вы преодолели все препятствия. Сердечно благодарю за Вашу статью. Она пришла как раз в тот момент, когда я писал маленькую статейку, в которой доказывал преимущество «резонаторной теории» кометных хвостов перед «капельной теорией» Аррениуса… Поскольку теперь уже нельзя более сомневаться в том, что давление излучения и диффузия света связаны соотношением Фитцджеральда, то внимание теперь должно быть направлено на изучение резонансного свечения чрезвычайно разреженных газов…»
