К числу сторонников электромагнитной теории принадлежали Столетов и немецкий физик Людвиг Больцман.
Проверить теорию Максвелла, доказать ее справедливость было заманчивой задачей.
Прямой путь не был еще найден. 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 коэффициент 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 — коэффициент 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. Коэффициент пропорциональности между электрическими единицами не есть какое-то отвлеченное число. Этот коэффициент — число именованное, это некоторая скорость.
Электромагнитная теория говорила, что этот коэффициент 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 коэффициента пропорциональности, опыт, имеющий глубоко принципиальное значение, и задумал Столетов.
Задача определения этого коэффициента 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 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.
Кроме того, ни Квинтус-Ицилиус, ни Вебер не смогли проследить, как меняются магнитные свойства железа в широком диапазоне — от слабых до сильных полей.
Столетов рассказывает о своих исследованиях без ложной скромности. Кому, как не ему, так глубоко проникшему в сущность исследованных им вопросов, вскрыть смысл полученных результатов, показать перспективу, открываемую этими исследованиями, дать им должную оценку. Он говорит, что физикам-теоретикам придется теперь потрудиться над усовершенствованием гипотезы Вебера о молекулярных магнитах. Эта гипотеза нуждается в усовершенствовании и уточнении. Надо будет детальнее разработать теорию механизма поворота молекулярных магнитов под действием внешнего поля, чтобы согласовать эту теорию с результатами найденных им опытных данных.
Столетов говорит, что его работа поможет пролить свет на те процессы, которые происходят внутри железа, когда оно намагничивается.
Столетов рассказывает слушателям и о том большом практическом значении, которое сулит его исследование. Он понимает, что победа, одержанная им, это победа и практической электротехники.
Столетов ясно видел, что его усилиями разорваны узы, мешающие дальнейшему развитию электротехники. В последующем сообщении о своей работе он отчетливо сформулировал значение его исследования для практики.
«С другой стороны, — писал Столетов, — изучение функции намагничения железа может иметь практическую важность при устройстве и употреблении как электромагнитных двигателей, так и тех магнитно-электрических машин нового рода, в которых временное намагничение железа играет главную роль. 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 [заранее] наивыгоднейшую конструкцию подобного снаряда и наперед рассчитать его полезное действие».
Из закономерностей, установленных Столетовым, электрики смогли сделать для себя важные практические выводы.
Стало ясным, например, что если нужно, чтобы намагниченность сердечника конструируемого прибора резко изменялась при колебаниях силы тока, текущего по обмотке, то нет смысла стремиться сильно намагничивать сердечники, пускать по обмотке сильный ток. Силу тока в обмотке нужно подбирать, исходя из того, чтобы напряженность магнитного поля обмотки равнялась такому значению, которому соответствует максимальная величина магнитной восприимчивости.
Совершенно ясным стало также, что бессмысленно стремиться что есть силы намагничивать сердечники. Ведь после того как намагниченность железа достигнет максимально возможного значения своего «насыщения», дальнейшее увеличение намагничивающего поля абсолютно бесполезно.
Столетов показал также, как рассчитывать магнитные цепи, цепи, образуемые железными сердечниками.
Через некоторое время Столетов публикует еще одну статью. Лишенный возможности продолжить опыты, он в этой статье Ставит перед учеными широкую задачу: исследовать магнитные свойства различных сортов стали и других магнитных материалов.
Известие об опытах Столетова разнеслось по всему миру.
Во многих странах исследователи начинают повторять и продолжать его работы.
В Америке этим занялись физики Роуланд и Юинг, в Германии начал изучать магнитные материалы Баур. Все они в своих исследованиях пользовались методами Столетова. Исследователи и для стали получают результаты, сходные с результатами, полученными Столетовым.
Торжество научной победы русского физика было полным.
Д. А. Гольдгаммер писал о Столетове: «Он всегда оставался на почве одних фактов, их резюмировал, из них делал неоспоримые выводы. Вот почему работы Столетова часто не блещут внешностью; но они, даже и самые мелкие из них, являются гвоздями, вбитыми в стену. Результатов, добытых Столетовым, нельзя опровергнуть, его метод выше критики. Можцо только удивляться таланту автора и молча согласиться, когда его работы признаются классическими».