Сергей Вавилов

— Чтобы обнаружить изменение коэффициента поглощения, нужно, чтобы заметная доля молекул родамина находилась в возбужденном состоянии. А для этого к каждой молекуле нужно подводить сотни миллионов квантов в секунду. Это огромная энергия.

— Да, достигнуть такого состояния, по-видимому, очень трудно. Не хватит мощности средней электростанции.

Вавилов задумался.

— У нас, однако, есть выход, — сказал он спустя минуту. — Этот выход — применять вещество с длительным послесвечением. Надо найти вещество, молекулы которого долго сохраняли бы состояние возбуждения.

…И они его нашли. Ценою долгих поисков и многих разочарований, но нашли. Это были ураниловые соединения, соли уранилнитрата. Будучи облучены, они сохраняли возбуждение пять десятитысячных секунды — более чем в сто тысяч раз дольше, чем молекулы родамина.

В 1926 году оба физика предприняли новую попытку проверить соблюдение пропорциональности между величиной поглощенного света и интенсивностью падающего света при сильных облучениях. Направляя на ураниловое стекло, помещенное в приборе, свет мощной конденсированной электрической искры, исследователи убедились, что коэффициент поглощения в данном случае изменяется. Закон Бугера оказался нарушенным.

Это был первый сокрушительный удар по прежним, классическим представлениям о природе света.

Квантовая теория решительно подтверждалась опытами Вавилова и Левшина при сильных интенсивностях.

Однако оставалась другая крайняя область: очень слабых интенсивностей. Если свет прерывен, прерывность должна сказаться и в этой области. Почему же во время опытов 1920 года закон Бугера здесь соблюдался?

Сергей Иванович восстанавливал в памяти обстановку первых опытов. Он вспоминал, как передвигал шибер реостата и старался установить его в положение, точно соответствующее порогу зрения. Постепенно тонкий механизм процесса четко вырисовывался в его воображении. Позднее в одной из лучших своих работ, «Микроструктура света», ученый описал выводы, которые когда-то сделал.

У человеческого глаза есть еще одна, кроме наличия порога зрения, физиологическая особенность, важная для оптики. Глаз удерживает зрительные впечатления, поступающие к нему в течение одной десятой секунды. В кино эта инертность восприятия помогает создавать эффект непрерывности действия. В опытах по визуальному наблюдению фотонов она суммирует действие всех квантов света, приходящих за десятую долю секунды к зрительному нерву. Количество фотонов как бы увеличивается при этом, и статические флуктуации становятся менее заметными.

В конечном счете наступает усреднение всех показателей. Стремится к среднему значению, к постоянной величине и коэффициент абсорбции.

«Если б можно было создать настолько малый световой поток, чтобы за одну десятую секунды в глаз попало фотонов столько, сколько их соответствует пороговому значению, — возможно, рассуждал Вавилов, — что тогда получится? В некоторый момент времени под влиянием флуктуаций число световых квантов, попавших в глаз, превысит порог зрительного ощущения, и наблюдатель увидит световую вспышку. В другой момент эти же флуктуации приведут к иному эффекту: число фотонов окажется меньше порога зрения, и глаз не заметит посланного светового сигнала. В конечном счете наблюдатель заметит неравномерность вспышек. Он совершенно определенно обнаружит флуктуации. В сущности говоря, тем самым он как бы увидит кванты».

«Но разве это возможно? — звучал другой, скептический голос из глубины сознания. — Наш глаз привык к огромным световым потокам; к нему со всех предметов, которые он видит, устремлены лавины квантов. Как различит он колебания десятков и даже единиц фотонов?»

«Глаз человека, — упорствовал первый голос, — одно из чудес природы. Пока он самый чувствительный в мире оптический измерительный прибор. Ни один лабораторный инструмент не доведен еще до чувствительности и устойчивости, необходимых при исследовании флуктуаций света. Но глаз пригоден для этой цели».

Вавилов твердо решил «увидеть кванты». Это был очень смелый, чтобы не сказать неосуществимый, замысел. Почти никто не верил в возможность визуально обнаружить прерывную структуру света. Но ученый-оптик упорно шел к намеченной цели. Исследования, установившие нарушение закона Бугера при поглощении света урановым стеклом, а также общие успехи квантовой теории постепенно сделали Вавилова страстным приверженцем новых идей.

Сергей Иванович не мог успокоиться, не получив наглядных представлений о действии отдельных квантов света. А для этого надо было как-то проследить их изолированное действие.

Как?

Чуть ли не на протяжении всей своей жизни Вавилов не уставал придумывать все новые способы подтверждения квантовой природы света.