Свет — мое призвание

С помощью аналогичных опытов было бы можно обнаружить квантовые явления и в другом типично волновом процессе — в дифракции света — в явлениях, наблюдающихся при прохождении света мимо резких краев непрозрачных или прозрачных тел или сквозь узкие отверстия, отчего нарушается прямолинейность распространения света и наблюдается отклонение от законов геометрической оптики.

Однако, по мнению Сергея Ивановича, в обнаружении квантовых явлений в дифракции не было необходимости, потому что они вытекали из установленного и проверенного им на опытах флуктуационного принципа, который он сформулировал так: «Каждый изолированный каким угодно способом световой пучок при достаточно малой мощности проявляет флуктуации интенсивности, происходящие совершенно самостоятельно и независимо от колебаний в каком-либо другом пучке».

Работы С. И. Вавилова по изучению квантовых флуктуаций света, осуществленные в тридцатые годы, поражают остроумием, тщательностью и огромным экспериментальным мастерством. В то время не было приборов, чувствительностью превосходящих человеческий глаз, таких, как современные фотоэлектронные умножители, которые являются гораздо более чувствительными, чем глаз, приемниками света во всех диапазонах оптических частот (с помощью подобных приборов квантовые флуктуации света могут наблюдаться без особого труда). Однако найденные Вавиловым закономерности не устарели, они блестяще подтверждаются и при пользовании современной аппаратурой. В частности, в конце пятидесятых годов профессор Сергей Федорович Родионов распространил эти закономерности на ультрафиолетовую и рентгеновскую области спектра.

Работы Вавилова по квантовым флуктуациям света получили всемирную известность. В 1943 году за исследования в области квантовых флуктуаций света и цикл работ в области молекулярной люминесценции Сергей Иванович был удостоен Государственной премии СССР.

Холодный свет

Несмотря на то что исследования С. И. Вавилова по установлению природы световых явлений имеют очень большое значение, все же его основные научные заслуги относятся к другому разделу физической оптики — люминесценции, изучением которой он занимался большую часть жизни. Люминесценция прежде всего привлекала его тем, что в ней особенно четко проявлялись квантовые свойства света.

Люминесценция — один из видов излучения вещества. Она представляет собой свечение атомов, молекул, ионов и других более сложных комплексов элементарных частиц, возникающее в результате электронных переходов в этих частицах при их возвращении из возбужденного состояния в нормальное. Возникновение люминесценции не связано с нагреванием излучающих тел, поэтому ее нередко называют холодным светом.

Люминесценция с незапамятных времен привлекала внимание исследователей. Ею интересовался еще древнегреческий философ Аристотель. Первые попытки исследовать это явление относятся к началу XVII века. Несколько позднее его изучением занялись такие корифеи науки, как Галилео Галилей, Роберт Бойль, Исаак Ньютон, Леонард Эйлер, Руджер Иосип Бошкович и другие выдающиеся ученые. Первые систематические работы по люминесценции были выполнены в середине прошлого века англичанином Джорджем Габриелем Стоксом и французом Александром Эдмоном Беккерелем. Значительный вклад в учение о люминесценции внес русский академик Василий Владимирович Петров. Однако работы всех этих ученых носили случайный характер.

Лишь в начале XX столетия учение о люминесценции стало складываться в самостоятельный раздел науки. Объясняя сложившуюся ситуацию, С. И. Вавилов писал: «Основная причина этого в том, что понимание люминесценции, хотя бы в самых общих чертах, стало возможным только со времени открытия квантовых свойств света и вещества, т. е. с начала XX века. С другой стороны, серьезные технические применения люминесценции могли реализоваться лишь на основе новых физических и технических результатов в других областях. ...Коротко говоря, развитие люминесценции тормозилось отсутствием правильного теоретического стержня и больших технических применений».

Увлекшись в двадцатые годы явлениями люминесценции, С. И. Вавилов отдал тридцать лет жизни их изучению и навсегда связал свое имя с этим разделом науки. В своих исследованиях по люминесценции он установил важнейшие закономерности этого вида свечения. Сергей Иванович заложил основы учения о люминесценции. Прежде всего он обратился к растворам красителей и изучил оптические свойства их молекул. Общая их энергия, подобно энергии других молекул, складывается из энергии электронов, энергии колебаний отдельных частей молекул и их вращения как целого. В соответствии с этим различают электронные, колебательные и вращательные спектры молекул.