В июне 1909 года Сергей Вавилов окончил Коммерческое училище в основном с отличными оценками. Лишь по немецкому, французскому и английскому языкам, а также по математике и географии его знания были отмечены как хорошие. Кроме того, он сдал полный курс латинского языка за гимназию. Путь в университет был открыт.
В Московском университете
В те годы конкурсных экзаменов в университет не существовало. Для поступления достаточно было представить аттестат о получении классического среднего образования. Со студентов взималась довольно высокая плата за обучение (50 рублей за семестр), стипендий не было. Все это сильно ограничивало приток поступающих.
Осенью 1909 года Сергей Вавилов стал студентом физико-математического факультета Московского университета. Факультет был широкого профиля. Он имел два отделения: математических и естественно-исторических наук. На математическом отделении получали образование математики, механики, физики и астрономы, на естественно-историческом — химики, биологи, геологи и географы. Сергея интересовали как физика, так и химия. После некоторых колебаний он все же остановился на физике и стал заниматься на математическом отделении.
Долгие годы университет боролся за свою автономию. В 1863 году был принят устав, по которому правительственная опека над университетом была ослаблена. Должности ректора и деканов сделались выборными, правда, избранный ректор должен был утверждаться царем, а деканы, профессора и преподаватели — министром просвещения.
В 1884 году напуганное революционным движением и в частности выступлениями студенчества царское правительство добилось принятия нового устава, отменявшего университетскую автономию. Подбор университетских преподавателей целиком стал зависеть от министерства просвещения. При поступлении в университет молодые люди были обязаны предоставить свидетельство о политической благонадежности.
Революция 1905 года нанесла сильнейший удар по самодержавию. Создавая видимость социальных реформ, 27 августа 1905 года царь издал указ, который вновь восстанавливал автономию университета. В обязанность его администрации вменялось поддержание в университете порядка.
Сергею Вавилову повезло. В начале XX века в Московском университете работали многие знаменитые ученые. Математику читали Николай Николаевич Лузин, Дмитрий Федорович Егоров и Болеслав Корнелиевич Млодзеевский, механику — Николай Егорович Жуковский и Сергей Алексеевич Чаплыгин, астрономию — Витольд Карлович Цераский, Сергей Николаевич Блажко и Павел Карлович Штернберг. В числе физиков следует назвать Николая Алексеевича Умова, Петра Николаевича Лебедева, Александра Александровича Эйхенвальда.
Не менее известные ученые преподавали и на других факультетах. Среди них были ботаник Климент Аркадьевич Тимирязев, химики Николай Дмитриевич Зелинский и Иван Алексеевич Каблуков, минералог Владимир Иванович Вернадский, кристаллограф Георгий Викторович Вульф, геолог и палеонтолог Алексей Петрович Павлов, географ, антрополог, этнограф и археолог Дмитрий Николаевич Анучин и другие. Лекции выдающихся ученых оставляли глубокий след в сознании студентов, прививали любовь к науке, способствовали быстрому развитию самостоятельных научных интересов.
«Сентябрь 1909 года, первая услышанная мною лекция Лебедева, — вспоминал Сергей Иванович Вавилов. — Она была совсем не похожа на прочие университетские лекции, которые мы, первокурсники, жадно слушали, бегая по разным факультетам. Это были слова только ученого, а не профессора, и содержание лекции было необыкновенным. Лебедев обращался к аудитории как к возможным будущим ученым и рассказывал о том, что́ нужно для того, чтобы сделаться физиком-исследователем. Это оказывалось совсем не легким делом, но в заключение следовали обнадеживающие слова: «Плох тот казак, который не хочет быть атаманом». Образ физика-ученого и уроки первой лекции запечатлелись на всю жизнь».
Сергей много и упорно работал над освоением специальных предметов. Он прилежно посещал лекции Александра Ивановича Некрасова по теории звука, Петра Петровича Лазарева по электронной теории и многие другие. Юноша активно включился в общественную жизнь. Через несколько месяцев после зачисления в университет он был назначен распорядителем физической секции открывшегося в Москве 12-го Всероссийского съезда русских естествоиспытателей и врачей.
Съезд этот был огромным событием в культурной жизни России. Он проходил с 28 декабря 1909 по 6 января 1910 года под руководством академиков Дмитрия Николаевича Анучина, Ивана Петровича Павлова и профессора Петербургского университета Ивана Ивановича Боргмана. Заседания проводились в аудиториях университета, Высшего технического училища и других учебных заведений Москвы. В работе съезда приняло участие более пяти тысяч трехсот человек, было сделано свыше семисот докладов. Для участников были организованы показы опытов, выставки, осмотр общественных учреждений. На физической секции Петр Николаевич Лебедев представил ряд блестящих демонстраций и физических явлений, в частности воспроизвел опыты Александра Григорьевича Столетова по фотоэффекту.
Здесь Сергей Вавилов увидел и услышал виднейших ученых России Алексея Николаевича Крылова, Дмитрия Аполлинариевича Рожанского, Абрама Федоровича Иоффе и других. Особенно большой успех выпал на долю Петра Николаевича Лебедева. Вавилов так вспоминал об этом: «Январь 1910 года, XII съезд естествоиспытателей и врачей, вечернее заседание физической секции, на повестке дня доклад П. Н. Лебедева «О световом давлении на газы». Никогда не приходилось видеть более напряженной аудитории, внимавшей каждому слову сообщения о неслыханном по трудности опыте, никогда позднее я не слышал таких аплодисментов после сухого, специального научного доклада, как в тот вечер. Это был подлинный, заслуженный триумф великого физика-экспериментатора, осуществившего опыт, бывший едва ли по силе кому-нибудь другому на свете».
Сергею Ивановичу посчастливилось познакомиться и начать работать с Петром Николаевичем, когда тот был в зените славы. Однако годы великого ученого были уже сочтены — ему оставалось жить около двух с половиной лет.
В биографиях ученых было много общего. Лебедев тоже был москвичом и тоже происходил из купеческой среды — он родился в 1866 году в Москве в культурной купеческой семье. Аттестат частного реального училища также не давал ему права поступления в университет, и он стал студентом Московского высшего технического училища (ныне МВТУ имени Н. Э. Баумана). Уже в те годы Лебедев писал, что чувствует призвание «быть исследователем или открывателем». В 1887 году он едет во Францию, в Страсбургский университет изучать физику. Там он создал теорию кометных хвостов, доказывая, что их отклонение вызвано световым давлением.
В 1891 году П. Н. Лебедев защитил диссертацию «Об изменении диэлектрических постоянных паров и о теории диэлектриков Моссотти-Клаузиуса», за которую ему была присуждена ученая степень доктора философии (в то время эта степень присуждалась и за исследования в области физики). Затем Лебедев возвратился в Москву и начал работать в университете у профессора Столетова. Несмотря на трудности, Петр Николаевич сумел создать лабораторию, где исследовал действие гидродинамических, акустических и электрических волн на резонаторы, благодаря чему подтвердилась его идея о световом давлении на молекулы. В 1899 году ученый совет университета присудил Лебедеву за эти исследования ученую степень доктора физико-математических наук без предварительной защиты магистерской диссертации, а в 1900 году он получил должность профессора.
Преодолев огромные экспериментальные трудности, ученый доказал влияние светового давления на твердые тела. В мае 1899 года он сделал предварительное сообщение о своих опытах в швейцарском городе Лозанне, а в августе 1900 года заявил о своем открытии на Международном конгрессе физиков в Париже. Выступление Лебедева произвело колоссальное впечатление на присутствующих.
В 1865 году английский физик Джеймс Максвелл создал электромагнитную теорию света, согласно которой свет представляет собой быстропеременные поперечные электромагнитные волны, распространяющиеся с колоссальной скоростью — около 300 тысяч километров в секунду. Важным следствием этой теории было утверждение, что свет должен оказывать давление на тела, встречающиеся на его пути.
В лебедевских опытах теория Максвелла получила убедительное экспериментальное подтверждение. Знаменитый английский физик Уильям Томсон сказал тогда Клименту Аркадьевичу Тимирязеву. «Вы, может быть, знаете, что я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления, и вот ваш Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами». Российская Академия наук отметила работы Петра Николаевича Лебедева премией и избрала его своим членом-корреспондентом.
Лебедев принялся за решение еще более трудной задачи — определение давления света на газы. В течение восьми лет он работал над созданием прибора, способного зарегистрировать ничтожный по величине эффект. В 1907 году на I Менделеевском съезде по общей и прикладной химии Петр Николаевич сообщил о своем новом успехе — экспериментальном доказательстве существования светового давления на газы. Доклад Лебедева слушал и Сергей Вавилов.
Петр Николаевич Лебедев знаменит не только своими фундаментальными исследованиями. Он вошел в историю науки и как создатель первой школы физиков в России. С самого начала своей деятельности в Московском университете Лебедев стал привлекать к работе способных студентов. Маленькое помещение позволяло иметь коллектив не более чем из пяти-шести человек. Существенно расширить физические исследования в университете помог профессор Умов.
Николай Алексеевич Умов, признанный авторитет в области теоретической и экспериментальной физики, выступил с идеей создания Физического института при Московском университете. В 1904 году здание института было построено. Лебедев получил в нем большое полуподвальное помещение, где значительная площадь была отведена под механическую мастерскую. Петру Николаевичу были также выделены две большие комнаты на втором этаже. Общая площадь лаборатории превышала 400 квадратных метров. Теперь можно было широко привлекать к научной работе студентов, успешно выполнивших программу общего физического практикума и хорошо сдавших экзамен по общему курсу физики. Лебедев был убежден, что формированием ученого следует заниматься начиная с его самых первых шагов в науке. Поэтому в его лаборатории работали даже студенты третьего и второго курсов.