Свет — мое призвание

В 1922 году С. И. Вавилов опубликовал работу «Природа широких полос поглощения в видимом спектре», в которой старался выяснить природу электронных полос поглощения молекул красителей, расположенных в видимой части спектра. Он установил, что электронные полосы поглощения различных красителей обладают одинаковой формой (распределением интенсивностей поглощенной энергии по частотам или длинам волн). Действительно, если совместить эти полосы, перемещая их по шкале длин волн, то они практически совпадают между собой. Позднее Сергей Иванович пришел к выводу, что универсальность формы видимых электронных полос поглощения красителей обусловлена не индивидуальными свойствами их отдельных молекул, а является результатом непрерывных взаимодействий между их колебательными и электронными состояниями.

Полученные данные оказали большое влияние на исследования, выясняющие происхождение электронных полос поглощения и излучения многоатомных молекул, в частности на фундаментальные работы академика Академии наук Белорусской ССР Бориса Ивановича Степанова и профессора Бертольда Самуиловича Непорента.

Изучая природу фотохимических реакций, академик П. П. Лазарев установил, что отношение количества вещества, разложенного под воздействием падающего света, к поглощенной при этом световой энергии не зависит от длины волны падающего света и остается постоянным в пределах одной полосы поглощения. Этот вывод противоречил закону фотохимического действия Эйнштейна, согласно которому при достаточной величине световых квантов, возрастающей при уменьшении длины световой волны, должна существовать пропорциональная зависимость между фотохимическим разложением вещества и длиной волны падающего света.

Заинтересовавшись результатами П. П. Лазарева, С. И. Вавилов стал изучать эффективность процесса преобразования возбуждающего света с разными длинами волн в люминесценцию растворов красителей. В своей первой работе, посвященной изучению люминесцентных процессов — «Зависимость интенсивности флуоресценции красителей от длины волны возбуждающего света», Вавилов ввел понятие удельной люминесценции — отношения величины энергии излучаемой люминесценции к величине энергии вызывающего ее поглощенного возбуждающего света.

Удельная люминесценция — своеобразный коэффициент полезного действия. Она указывает, насколько эффективно происходит преобразование возбуждающего света в свет люминесценции в исследуемом веществе. Впоследствии эта величина получила название энергетического выхода люминесценции. Кроме понятия «энергетический выход», часто пользуются понятием «квантовый выход люминесценции», понимая под ним отношение числа излученных веществом квантов люминесценции к числу поглощенных квантов возбуждающего света.

На 3-м Всесоюзном совещании по люминесценции в Москве в 1951 году, состоявшемся уже после кончины С. И. Вавилова, председатель оргкомитета совещания В. Л. Левшин сказал: «В своих замечательных исследованиях по выходу свечения Сергей Иванович пользовался для его обозначения самыми различными буквами латинского и греческого алфавитов. ...Я думаю, что мы поступим вполне правильно, если будем в честь Сергея Ивановича обозначать выход люминесценции русской буквой В...» Предложение было принято, и русская буква В вошла в обиход ученых.

Сергей Иванович задумал возбуждать люминесценцию красителей волнами различных длин. Однако в те годы наука не располагала соответствующим спектральным прибором — монохроматором. Ученый вынужден был довольствоваться светофильтрами, пропускающими широкие участки спектра. В качестве светофильтров он использовал желатиновые пленки, окрашенные различными красителями. В результате люминесценция возбуждалась не отдельными линиями, а довольно широким набором длин волн. Вавилову не удалось установить зависимости между удельной люминесценцией и длиной волны возбуждающего света, что противоречило теории Эйнштейна. Однако расчет показал, что отклонения, которые должны наблюдаться по этой теории, в условиях опыта очень незначительны.

В первую очередь Сергей Иванович задался целью определить абсолютные значения энергетического выхода люминесценции у наиболее ярко светящихся веществ. Это было важно потому, что люминесценция считалась очень эффектным, но, с энергетической точки зрения, второстепенным явлением. Прочно утвердилось мнение о том, что поглощение света в основном вызывает нагревание тела, а на возбуждение его люминесценции расходуется ничтожная доля энергии. Так, известный немецкий физик Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц считал, что она имеет значение менее 0,1 процента. Господствовало представление о бесперспективности использования люминесценции для практических целей.

Необходимо было точно измерить абсолютные величины энергии поглощенного света и возникшей люминесценции. Проведение абсолютных измерений представляло сложную задачу.