Сергей Вавилов

Название работы — «Поляризованная и неполяризованная фосфоресценция твердых растворов красителей» — немного говорит непосвященным. Правда, слово «фосфоресценция» — длительное свечение (в отличие от «флуоресценции» — кратковременное свечение), вероятно, известно многим. Но нам, пожалуй, следует напомнить читателю об удивительном свойстве света (как и всех вообще электромагнитных волн) пребывать в поляризованном, неполяризованном и частично поляризованном состоянии. Ведь без этого трудно дать хотя бы общее представление о той большой главе в учении о люминесценции, которую создали Вавилов и его ученики и которая называется учением о поляризации люминесценции.

Начнем с наглядного примера, пусть грубого, но все же помогающего понять сущность поляризации.

Возьмитесь за свободный конец веревки, привязанной к стене, и с силой взмахните рукою сначала сверху вниз, затем справа налево. Веревка станет извиваться как ползущая змея. Физики скажут: «Она колеблется в двух взаимно-перпендикулярных направлениях».

А теперь представьте, что путь «змеи» лежит сквозь створки раздвигающейся двери типа той, что применяется в вагонах метрополитена. Пока эти створки не касаются веревки, она продолжает извиваться, как прежде. Но стоит только двери превратиться в щель, как характер колебаний изменится.

Вращающаяся по спирали волна добежит до створок, и за ними превратится в плоскую волну. «Змея» проползет сквозь щель, но дальше будет извиваться только в вертикальной плоскости.

Волна, обегающая по спирали вокруг веревки, не имеет ярко выраженных крайностей — полюсов. Ведь ее любое положение похоже на все другие. Это неполяризованная волна. Волна за узкой щелью имеет крайности — два полюса. Она поляризованная волна. Сжимая и разжимая створки двери, мы можем придавать свободной — неполяризованной — волне ту или иную степень поляризации: от нуля до ста процентов.

Нечто напоминающее описанную картину происходит с пучком света, взаимодействующим с веществом.

Так называемый элементарный излучатель — колеблющаяся молекула — обычно испускает свет поляризованный; подобно маятнику часов, она колеблется в одной плоскости. В той же плоскости изменяется и электрическое поле, воспринимаемое нами как свет. Но раскаленные молекулы и атомы горячих источников света — Солнца, лампы и т. д. — обычно расположены хаотически. Они колеблются в различных направлениях, и их суммарный свет всегда неполяризован.

Однако так бывает лишь до тех пор, пока световой пучок не вступит во взаимодействие с веществом, Отразившись от зеркальной поверхности, свет поляризуется. То же обнаруживается и при прохождении электромагнитных волн через специальные поляризующие среды. В других случаях степень поляризации может быть не стопроцентной, а какой-нибудь иной, меньшей. Возможно и сохранение прежней неполяризации, например, при отражении света от очень шероховатой поверхности.

Велико различие пучка света, взаимодействующего с веществом, и веревки-«змеи», «проползающей» через щель. Но есть между ними и нечто общее: «преодолев препятствие», они сохраняют его след. По тому, как изменяются колебания веревки, можно вывести заключение о размере щели, через которую она проходит. По степени поляризации света при взаимодействии его с веществом можно судить о некоторых особенностях в строении молекул и в механизме поглощения и испускания света.

Впрочем, последнее обстоятельство было установлено не сразу: его открыли только в результате длинной серии работ.

В 1921 году Сергей Иванович вместе с Левшиным впервые занялся изучением поляризации люминесценции. Для начала они решили проверить сам факт существования этого явления — поляризованной люминесценции. Сразу же обнаружилось, что свечение ярко люминесцирующих водных растворов флуоресцина не поляризовано. У слабо же светящихся красителей поляризация наблюдалась.

Летом 1922 года появилась статья немецкого физика Ф. Шмидта, в которой указывалось на важное значение для возникновения поляризации люминесценции большой вязкости растворителя. Сообщение Шмидта вызвало живой интерес у двух московских оптиков, и они стали производить тщательное исследование явления в вязких растворителях.

Вавилов и Левшин выявили количественную связь между вязкостью растворителя и степенью поляризации свечения раствора. Они установили, что у различных люминесцирующих веществ существует почти одна и та же предельная поляризация свечения: 35–40 процентов.

В 1924 году Левшин открыл существование зависимости между степенью поляризации и длиною волны возбуждающего света. Это именно обстоятельство и указывало на связь поляризации с природой самой излучающей молекулы. Вавилов глубоко исследовал это явление.

Перед физиками раскрылась заманчивая перспектива — изучать тончайшую структуру вещества по степени поляризации света при взаимодействии его с молекулами. Впоследствии этот метод получил широкое распространение.