Свет — мое призвание

Если число квантов, попавших на сетчатку, будет превышать порог зрительного ощущения, наблюдатель увидит световую вспышку. В следующий момент, вследствие существования флуктуаций, число квантов может оказаться меньше этого порога, и глаз не заметит светового сигнала. Зная число посланных сигналов и число зарегистрированных вспышек, можно установить число световых импульсов, которые содержали количество квантов, недостаточное для создания светового восприятия глаза.

Вавилов пришел к выводу, что для успешного проведения экспериментов необходимо обеспечить кратковременность световых вспышек, небольшие размеры изображения на сетчатке глаза и строгую фиксацию его положения. Дело в том, что при непрерывном световом потоке квантовые флуктуации усредняются, и их нельзя обнаружить, так как зрительное впечатление сохраняется глазом в течение относительно большого времени. Кроме того, различные участки сетчатки обладают разной чувствительностью, что может вызвать значительные флуктуации светового восприятия, не имеющие ничего общего с флуктуациями числа квантов, попадающих в глаз.

Поэтому необходима четкая фиксация небольшого участка сетчатки глаза, на который попадает световой поток. Когда это условие строго соблюдено, а интенсивность светового потока лежит около порога зрительного ощущения глаза, то квантовые флуктуации должны наблюдаться, если верны представления о квантовой природе света. С учетом всех этих требований Вавилов и построил свою установку.

Опыты по изучению квантовых флуктуаций света были осуществлены с величайшей тщательностью. В течение десяти лет сам Сергей Иванович и более десяти наблюдателей произвели сотни серий измерений. Обработка огромного экспериментального материала, осуществленная методами теории вероятностей, показала, что световые флуктуации имеют статистический характер и, следовательно, вызваны случайными флуктуациями числа фотонов около некоторого порогового значения, определяемого порогом зрительного ощущения глаза. Охота за фотонами увенчалась успехом. Квантовая природа света получила убедительное экспериментальное подтверждение, а Сергей Иванович Вавилов стал первым человеком, которому удалось «увидеть» световые кванты.

Исследования квантовых флуктуаций света привели Вавилова к важным выводам и в области физиологической оптики. Всю свою жизнь Сергей Иванович придавал большое значение этому разделу науки. По его инициативе с 1934 года начали созываться всесоюзные совещания по физиологической оптике, объединившие советских специалистов, работающих в этой области.

На 2-м Всесоюзном совещании, которое проходило в Москве в 1946 году под председательством Сергея Ивановича, он говорил, что учение о глазе составляет основную часть оптики, поэтому без преувеличения можно заявить, что теоретической основой оптики, наряду с физическим учением о свете, является прежде всего физиологическая оптика. На нее должно быть обращено особое внимание, и для успешного решения ее проблем необходимы усилия не только физиологов и врачей-окулистов, но и физиков.

В 1940 году по предложению Вавилова был учрежден специальный печатный орган «Проблемы физиологической оптики», выходящий отдельными сборниками. Сергей Иванович многие годы входил в состав редакционной коллегии этих сборников. В 1944 году при непосредственном участии Вавилова при отделении биологических наук Академии наук СССР была создана комиссия для координации исследований в области физиологической оптики.

Исследования квантовых флуктуаций света оказались особенно важны для понимания физиологии глаза. Сергеем Ивановичем было обнаружено новое весьма тонкое средство для исследования недр глаза, позволяющее определять пороговую чувствительность глаза для различных длин волн падающего света. Было установлено, что для зеленых лучей с длинами волн от 500 до 550 нанометров (1 нанометр равняется 10e-9 метра) число световых квантов, соответствующих пороговому значению зрительного восприятия, у разных людей колеблется от 8 до 47 (в среднем 20), а число падающих при этом на сетчатку глаза световых квантов варьируется от 108 до 335. Эти цифры указывают на то, что значительная часть падающих квантов поглощается хрусталиком глаза и не доходит до его сетчатки.

Метод Вавилова открыл возможность исследования прозрачности глазных сред по отношению к световым лучам различных длин волн. Сергей Иванович установил новое свойство глаза. Он показал, что у глаза, помимо известного максимума чувствительности в видимой области спектра (около 500 нанометров), есть и второй максимум чувствительности —в ближней ультрафиолетовой области (около 380 нанометров). Малая чувствительность глаза в этой части спектра вызвана тем, что хрусталик играет роль светофильтра, значительно ослабляющего коротковолновую часть спектра излучения и предохраняющего от его пагубного действия сетчатку глаза. Существование второго максимума чувствительности у глаза было позднее подтверждено и другими опытами.