Сергей Вавилов

С возвращением Сергея Ивановича в Москву в оптической лаборатории Института физики и биофизики Наркомздрава резко увеличился объем исследований. Особенно расширилась тематика работ по люминесценции. Постепенно небольшая лаборатория на Миусской площади становилась основным и чуть ли не единственным научным центром в стране, занимающимся вопросами холодного свечения. В других городах Советского Союза никаких более или менее значительных исследований в области люминесценции не производилось.

Академик Николай Иванович Вавилов — брат С. И. Вавилова.

Сергей Иванович Вавилов на совещании (1946 г.).

С. И. Вавилов (1945 г.).

Вавилову и его сотрудникам первым — ценой неустанных поисков — удалось понять физическую сущность холодного свечения. Под совсем еще недавно непонятное явление природы была, как говорят, подведена прочная научная основа. Один из учеников Д. С. Рождественского, выдающийся фотохимик Александр Николаевич Теренин, впоследствии академик, с достаточным основанием мог написать позднее:

«Исследования Сергея Ивановича и его школы по люминесценции определили в значительной мере развитие мировой науки в этой области, занимая в ней ведущее место».[13]

Исходя из основных положений квантовой механики, статистической физики и термодинамики, Вавилов выяснил то главное, что отличает люминесценцию от других явлений. Оказалось, что это главное представлено тремя особенностями: редкостью люминесценции, длительностью свечения, наличием особого закона цветового (спектрального) преобразования.

Первая особенность не нуждается в пояснении. «Бесспорно, что „холодный“ свет может появляться только за счет поглощенной первичной энергии, — писал Вавилов, — иначе нарушался бы основной закон природы — сохранение энергии. Неверно, однако, обратное: не всякое поглощающее свет вещество дает люминесценцию. Например, обычные чернила, черные или красные, очень сильно поглощают свет, но не дают вторичного свечения, в то время как растворы красителей флуоресцеина, родамина и других прекрасно светятся».

«„Холодный“ свет, — продолжает дальше физик, — явление редкое, избирательное; легче найти нелюминесцирующее тело, чем тело, светящееся холодным светом. В этом состоит важнейшая его особенность».[14]

Однако сама по себе редкость явления еще ие определяет его особенностей. Определяющим свойством люминесценции Вавилов — а за ним и другие физики — считает ее длительность.

Вот отражает свет зеркальная поверхность, вот рассеивает его мутная среда… Можно привести множество примеров свечения, имеющего то внешнее сходство с люминесценцией, что оно тоже холодное. И все же никто не назовет это люминесценцией.

Почему?

Потому, что здесь первичное (возбуждающее) и вторичное излучения практически не разделены во времени. Перестает действовать причина, вызывающая свечение тела, — исчезает и само свечение. Свечение здесь задерживается после прекращения возбуждения лишь на продолжительность светового колебания, то есть примерно на одну миллион-миллиардную долю секунды.

Совсем иное люминесценция. Для люминесцирующих тел характерно так называемое «послесвечение». Причина, вызывающая свечение, устраняется, а тело светится само собою.

В отличие от двухступенчатого процесса отражения или рассеяния света здесь трехступенчатый процесс: молекула поглощает квант падающего света, пребывает в возбужденном состоянии некоторое время, соответствующее длительности люминесценции, затем испускает квант излучения и возвращается в нормальное, невозбужденное состояние. Не в пример другим оптическим явлениям, где свет не прекращает своего существования, при люминесценции он исчезает, затем рождается вновь, причем в ином обычно качестве.

Возможен такой случай. Вещество, например сернистый цинк, испускает два вида световых лучей: рассеянный свет — результат отражения падающих на него лучей — и собственное свечение. Оба вида лучей одинаково холодные. А вместе с тем по своей природе они глубоко различны.

В люминесценции — и только в люминесценции! — поглощение и испускание света происходит в двух отдельных актах, разделенных во времени.

С. И. Вавилов показал, что наименьшая длительность холодного свечения составляет от одной стомиллионной до одной миллиардной доли секунды. Для неспециалиста это исчезающе ничтожно. Но в мире квантовых явлений миллиардная доля секунды — огромная величина. Она в миллион раз больше продолжительности светового колебания.

Примерно до одной сотой доли (10^-2) секунды длится послесвечение спонтанной люминесценции. Прочие два вида связаны со временем гораздо большим: есть тела, которые светятся после прекращения облучения часы, недели и даже годы.

Сейчас повсеместно признается следующее простое определение люминесценции, предложенное Вавиловым на Втором совещании по люминесценции (1944 г.):