1. Лучи вольтовой дуги, падая на поверхность отрицательно заряженного тела, уносят с него заряд. Смотря по тому, пополняется ли заряд и насколько быстро, это удаление заряда может сопровождаться заметным падением потенциала или нет.
2. Это действие лучей есть строго униполярное; положительный заряд лучами не уносится.
3. По всей вероятности, кажущееся заряжение нейтральных тел лучами объясняется той же причиной.
4. Разряжающим действием обладают — если не исключительно, то с громадным превосходством перед прочими — лучи самой высокой преломляемости, недостающие в солнечном спектре (λ < 295×10—6 м/м). Чем спектр обильнее такими лучами, тем сильнее действие.
5. Для разряда лучами необходимо, чтобы лучи поглощались поверхностью тела. Чем больше поглощение активных лучей, тем поверхность чувствительнее к их разряжающему действию.
6. Такой чувствительностью, без значительных различий, обладают все металлы, но особенно высока она у некоторых красящих веществ (анилиновых красок). Вода, хорошо пропускающая активные лучи, лишена чувствительности.
7. Разряжающее действие лучей обнаруживается даже при весьма кратковременном освещении, причем между моментом освещения и моментом соответственного разряда не протекает заметного времени.
8. Разряжающее действие ceteris paribus[24] пропорционально энергии активных лучей, падающих на разряжаемую поверхность.
9. Действие обнаруживается даже при ничтожных отрицательных плотностях заряда; величина его зависит от этой плотности; с возрастанием плотности до некоторого предела оно растет быстрее, чем плотность, а потом медленнее и медленнее.
10. Две пластинки разнородных в ряду Вольты металлов, помещенные в воздухе, представляют род гальванического элемента, как скоро электроотрицательная пластинка освещена активными лучами.
11. Каков бы ни был механизм актиноэлектрического разряда, мы вправе рассматривать его как некоторый ток электричества, причем воздух (сам ли по себе или благодаря присутствию в нем посторонних частиц) играет роль дурного проводника. Кажущееся сопротивление этому току не подчиняется закону Ома, но в определенных условиях имеет определенную величину.
12. Актиноэлектрическое действие усиливается с повышением температуры».
Столетова занимал вопрос и о том, как можно использовать открытое им явление для практики. Замечательную идею высказывает он: «Едва ли есть другой способ так зорко следить за постоянством электрического света (или, вернее, напряженности лучистой категории радиаций), как эти актиноэлектрические наблюдения». Столетов предложил использовать фотоэффект для целей фотометрии.
В этой же статье Столетов излагает несколько предположений о природе фотоэффекта.
«Закончу одним замечанием, — писал Столетов. — Как бы ни пришлось окончательно сформулировать объяснение актиноэлектрических разрядов, нельзя не признать некоторой своеобразной аналогии между этими явлениями и давно знакомыми, но до сих пор мало понятыми, разрядами гейслеровых и круксовых трубок. Желая при моих первых опытах ориентироваться среди явлений, представляемых моим сетчатым конденсатором, я невольно говорил себе (понимая всю странность этих слов), что предо мною — гейслерова трубка[25], могущая действовать и без разрежения воздуха, трубка не с собственным, а с посторонним светом. Там и здесь явления электрические тесно связаны со световыми, там и здесь катод играет особенную роль и, по-видимому, распыляется. Изучение актиноэлектрических разрядов обещает пролить свет на процессы распространения электричества в газах вообще».
В этой мысли Столетова кроется замечательная догадка о родстве между электрическими явлениями в пустотных трубках и фотоэффектом.
Поражаешься прозорливости русского ученого, уловившего это сходство в годы, когда не была известна ни природа явлений в пустотных трубках, ни природа фотоэффекта.
Теперь мы знаем — такое родство есть. И там и тут работают электроны. Так же пророчески прозвучали в те времена слова Столетова о том, что изучение фотоэффекта поможет познать процессы распространения электричества в газах. И этому познанию положил начало он сам.
Столетов знал, что фотоэлектрический ток не возникает, если пластины конденсатора и сетка разделены не газовой средой, а жидкостью или твердым телом. Он делал, например, такой опыт: серебрил пластинку кварца с обеих сторон, прочерчивал на одной из них полосы, го есть превращал серебряный слой в своеобразную сетку.
Затем эту пластинку он ставил в качестве конденсатора в свою установку.
Свой обычный конденсатор Столетов погружал в изолирующие жидкости — керосин, спирт, сернистый углерод.
Во всех этих случаях «следы электрических течений можно, правда, заметить, — писал Столетов, — но они иного характера, появляются и исчезают не мгновенно вместе с освещением, а исподволь».
Эти опыты, в которых Столетов близко подошел к исследованию так называемого внутреннего фотоэффекта (отвлекаться на изучение этого явления Столетов не стал), помогли ученому еще глубже осмыслить природу изучавшихся им актиноэлектрических явлений — внешнего фотоэффекта, как мы теперь говорим.
Размышляя над особенностями фотоэффекта, Столетов приходит к гениальным заключениям.
Ему ясно, что исследуемое им явление состоит, по сути дела, из двух явлений. Свет отрывает с поверхности электрода что-то, имеющее отрицательный заряд. Это первое явление. Затем это «что-то» переносится к аноду через промежуток, разделяющий катод от анода.
Чтобы этот перенос был возможен, «нужна газовая среда, то есть нужен простор и полная удобоподвижность частиц», — писал Столетов. Замечательными словами он продолжает этот вывод, гениально проникая в суть явления: «Одно это уже внушает мысль, что в разрядах, происходящих под действием лучей, необходимую роль играет механическая конвекция (перенос) электричества…»
«Здесь есть нечто вроде электрического ветра», — говорит исследователь.
В этих определениях, чтобы они стали современными определениями фотоэффекта, надо только вместо слова «частица» поставить слово «электрон». А ведь эти заключения Столетов высказал задолго до того, как физика открыла мельчайшие частицы вещества — электроны, носители отрицательного заряда.
— Что же это за конвекция? Какие же частицы переносят электрический заряд? — задает себе вопрос Столетов.
Может быть, это просто-напросто мельчайшие пылинки металла, отрываемые от катода светом, может быть, свет «распыляет» катод?
Некоторые физики придерживаются именно этой гипотезы. Столетов считает ее не вполне убедительной. Гипотеза «распыления» катода не вяжется с некоторыми из его опытов. Что же является переносчиком зарядов? Столетов честно признает, что современная ему физика ответить на этот вопрос не может.
Он говорит: «Но мы еще не поняли вполне, почему и как начинается процесс. Почему те или другие частицы отделяются от поверхности электрода, почему действие униполярно, почему оно стимулируется лишь лучами известной категории и стоит в тесной связи с поглощением этих лучей поверхностью катода? Эти-то пункты и составляют главный нерв загадки. Опыты относительно «распыления» составляют важный шаг вперед, но, в свою очередь, вызывают целый ряд вопросов».
Никому в мире еще не известно решение загадки фотоэффекта. Не знает его и сам первооткрыватель. Но он делает все, чтобы найти это решение. Он идет по пути к нему.
Замечательно, что в том же году, когда Столетов вел свои исследования, иное взаимодействие света и вещества, внутренний фотоэффект, изучает другой русский исследователь, В. А. Ульянин, будущий ассистент Столетова, а затем и профессор в Казани.
25
Гейслерова трубка — стеклянная трубка со впаянными электродами, наполненная разреженным газом. При присоединении трубки к источнику высокого напряжения в ней под действием идущего через нее тока возникает свечение газа.