Свет — мое призвание

Наиболее сложным оказался вопрос о причинах быстрого уменьшения выхода люминесценции в антистоксовской части спектра. Сергей Иванович очень интересовался природой этого явления. Его последняя работа — «О причинах снижения выхода люминесценции в антистоксовской области» — была посвящена этой проблеме. Он написал ее незадолго до смерти, в начале января 1951 года, и направил в журнал «Доклады Академии наук СССР». Через несколько дней у него появились новые мысли, и он решил переработать статью. В день смерти корректура статьи лежала на его столе, но ему уже не суждено было дополнить статью. Работа была опубликована в 1952 году без изменений.

В последующие годы этот вопрос неоднократно обсуждался. Белорусские физики Николай Александрович Борисевич, Виктор Владимирович Грузинский и Виталий Антонович Толкачев, а затем Георгий Павлович Гуринович, Елена Кузьминична Круглик и Антон Никифорович Севченко показали, что в тех случаях, когда опыт проводится в условиях, исключающих образование в парах и растворах новых центров поглощения и люминесценции, квантовый выход свечения остается постоянным и при возбуждении люминесценции в антистоксовской части спектра.

Вавилов установил, что величина выхода люминесценции многих веществ сильно зависит от внешних воздействий. Под их влиянием она обычно заметно падает, что указывает на уменьшение энергетической эффективности люминесцирующего вещества. В этом случае говорят, что происходит тушение люминесценции. Прежде всего Сергей Иванович исследовал тушение, возникающее при увеличении концентрации вещества в растворе. Это явление было известно давно. Качественно оно изучалось еще в середине прошлого столетия тем же Д. Стоксом. Однако количественный ход процесса не был установлен.

В 1934 году С. И. Вавилов изучил концентрационное тушение люминесценции у ряда красителей, растворенных в различных растворителях, и установил формулу, которая хорошо описывала ход этого процесса в широких пределах концентраций. Согласно этой формуле, в определенном интервале концентраций выход свечения остается постоянным, а затем, после достижения пороговой концентрации, величина которой характерна для каждого вещества, наблюдается его уменьшение, происходящее по экспоненциальному закону.

Известно, что выход люминесценции может сильно падать при введении в раствор посторонних примесей. Этот вид тушения люминесценции также заинтересовал Сергея Ивановича. В 1931 году совместно со своим учеником будущим академиком Ильей Михайловичем Франком он выдвинул теорию этого явления. В дальнейшем представления этой теории были развиты другим его учеником Борисом Яковлевичем Свешниковым.

Глубокое изучение процессов тушения люминесценции позволило Вавилову классифицировать их. Все известные виды тушения были разделены им на тушение первого и тушение второго рода. Тушением первого рода он назвал процессы, в которых уменьшение выхода люминесценции вызывается воздействиями на невозбужденные молекулы, тушение второго рода обусловлено влиянием на возбужденные молекулы. Тушение первого рода не сказывается на средней длительности возбужденного состояния молекул, в то время как тушение второго рода должно сопровождаться ее уменьшением.

Действительно, каждая из попавших в возбужденное состояние молекул пребывает в нем определенное время. Для одних молекул оно больше, для других меньше. В опытах наблюдается одновременное свечение огромного числа молекул, поэтому длительность возбужденного состояния характеризуется средним для всех молекул временем. При воздействии тушащих факторов наиболее долгоживущие возбужденные молекулы будут потушены в первую очередь. Это и приводит к уменьшению средней длительности возбужденного состояния исследуемых молекул.

В работах Вавилова показано, что при затухании свечения по экспоненциальному закону и при экспоненциальном характере тушения свечения должна существовать пропорциональная зависимость между выходом люминесценции и средней длительностью возбужденного состояния исследуемых молекул. Постоянство или изменение величины средней длительности возбужденного состояния молекул может служить наглядным критерием, вскрывающим природу процесса тушения их свечения.

Значительное место в научном творчестве С. И. Вавилова занимают работы по исследованию поляризованной люминесценции. В 1924 году Сергей Иванович привлек к работам по люминесценции уже не раз упоминавшегося физика Вадима Леонидовича Левитина и вместе с ним провел ряд важных исследований. В течение тридцати лет Вадим Леонидович был ближайшим сотрудником Сергея Ивановича и, по словам академика Василия Владимировича Шулейкина, «неразлучным спутником в науке».

Ученик Вавилова Петр Петрович Феофилов писал: «Люди во многом разного склада и характера, Сергей Иванович и Вадим Леонидович, взаимно дополняя друг друга, плодотворно сотрудничали в течение ряда лет». После кончины С. И. Вавилова В. Л. Левшин возглавил его лабораторию в Физическом институте имени П. Н. Лебедева Академии наук СССР.