Может быть, Сергей Иванович думал и не так, как здесь написано. Но смысл его рассуждений, когда он искал доступных способов количественной оценки холодного свечения, примерно сводился к этому. Во всяком случае, одновременно с тепловым методом Вавилов разрабатывал другой остроумный метод, где абсолютные измерения были заменены относительными.
Уже в 1924 году он смог опубликовать работу под названием «Выход флуоресценции растворов красителей», где впервые привел опытные данные о кпд люминесценции различных веществ.
В чем суть относительного спектрофотометрического метода Вавилова по определению энергетического выхода люминесценции?
Сердцем экспериментальной установки был чрезвычайно распространенный в те годы спектрофотометр Кёнига — Мартенса, прибор для измерения силы света, светового потока и некоторых других свойств света. Экспериментатор располагал друг подле друга две поверхности: одну — белую, матовую, рассеивающую почти весь свет, падающий на нее, и другую — поверхность прозрачной плоской кюветы, в которую наливалась исследуемая флуоресцирующая жидкость. Затем они обе подвергались одинаковому облучению.
Поверхности тотчас начинали светиться. Однако природа этого свечения, как легко понять, была различной. Матовая пластинка просто отражала падающий на нее свет. Из кюветы же в фотометр струился свет люминесценции. Если бы в сосудик наливалась жидкость, не обладающая свойством холодного свечения, вторая поверхность ничего не излучала бы. В другой, идеальной крайности весь возбуждающий свет превратился бы во вторичное излучение, и поверхность стала бы светиться с предельной интенсивностью.
Учтя различие законов рассеянного отражения света и света люминесценции (чего не делали предшественники Вавилова — Роберт Вуд и Дюнуайе, проводившие похожие по идее опыты), Сергей Иванович получил более или менее точные значения выходов люминесценции. Он исследовал десять разных красителей, растворенных в воде или в спиртах. Одиннадцатым источником холодного свечения у него служило урановое стекло.
С. И. Вавилов в своей фронтовой лаборатории (1916 г.).
С. И. Вавилов (отмечен крестиком) в действующей армии (1915 г.).
С. И. Вавилов на фронте (1916 г.).
Первый разворот с надписями любимой книги С. И. Вавилова — «Фауста».
Две странички записок в томике «Фауста».
Ольга Михайловна Вавилова (1920 г.).
Сергей Иванович Вавилов в первые годы революции.
Результаты опытов были ошеломляющими. Типичные люминесцирующие вещества — растворы флуоресцеина — показали выход люминесценции от 66 до 80 процентов! Не тысячные и не сотые доли энергии падающего света, а в отдельных случаях — четыре пятых превращалось в холодное излучение! Свечение люминесценции для некоторых веществ оказывалось главным, а не побочным процессом.
Это было как бы вторым рождением люминесценции, рождением ее для практики. Ведь открывался новый способ несложного, но эффективного преобразования лучистой, то есть электромагнитной, энергии в свет.
— Открытие Вавилова коренным образом меняет наши представления о роли явления люминесценции, — заявил глава ленинградских оптиков Д. С. Рождественский на четвертом съезде физиков в 1924 году, познакомившись с работой московского коллектива. — Мы должны изменить прежнее пренебрежительное отношение к ее практическим возможностям.
Двадцать пять лет значения выходов люминесценции, полученные Вавиловым, были, по существу, единственными и признавались как эталоны во всем мире. Лишь в 1949 году они были проверены более точным, разработанным опять-таки Вавиловым тепловым методом. Проверку произвел один из учеников Сергея Ивановича, М. Н. Аленцев.
С помощью усовершенствованной аппаратуры Аленцев поставил опыты по программе своего учителя, так долго остававшейся чисто теоретической. Это был тепловой метод: сравнение нагревов люминесцирующих и нелюминесцирующих растворов. Позднее тем же методом венгерский физик Бодо определил выходы люминесценции для некоторых кристаллофоров (светящихся кристаллов).
Потом и другие оптики аналогичным образом находили кпд самосвечения различных растворов и твердых тел.
Поразительным результатом этих опытов было то, что, когда их объектом служило вещество, исследованное на выход люминесценции в 1924 году, всегда подтверждались данные Вавилова. Значения, полученные на скромном оборудовании Института физики и биофизики, оказались правильными. Искусство экспериментатора восполнило несовершенство оборудования.
Показав, что возможны преобразования энергии в холодное свечение с высокими кпд, Вавилов доказал, таким образом, практическую ценность люминесценции. Это было весьма крупным открытием в физике.
Получил ли сам исследователь глубокое удовлетворение от успеха своей работы? Нет.
Конечно, он прекрасно понимал, как много может дать народному хозяйству управляемое холодное свечение. Но неугомонный фаустовский дух исканий не знал радостей победы. Он звал ученого все дальше. При каждом новом большом открытии Сергей Иванович невольно вспоминал скромные слова Ньютона, сказанные им о своих работах:
— Мне кажется, что я был только ребенком, игравшим на берегу моря и находившим то гладкий камень, то красивую раковину, тогда как необъятный океан непознанной истины простирался передо мною.
Установив на опыте количественную энергетическую характеристику некоторых люминесцирующих веществ, Сергей Иванович еще глубже задумался над природой холодного свечения.
Верный своей привычке — все, что только можно, переводить на язык наглядных образов, Вавилов нашел удачный образ для сравнения между собою теплового и люминесцентного источников света. Впоследствии он не раз пользовался этим образом. Он сравнил различные источники света с толпой. Обычный тепловой источник — это беспорядочная, неорганизованная толпа. Все мечутся кто куда. В хаотической толкотне бесцельно пропадает много энергии на взаимные столкновения. Другой вид толпы — организованные люди. Они шагают целеустремленно, военным строем. Уж тут энергия зря не пропадает. Все идет на поступательное движение. Хороший аналог люминесцентной лампы, экономической лампы будущего!
Но это только образ. Это не объяснение для физики.
— Все же мы не знаем о люминесценции основного, — признавался он однажды с горечью своему товарищу по работе. — Мы до сих пор не можем четко сформулировать, что она такое, чем отличается от всех других видов излучения, каковы ее основные свойства. Квантовый подход помогает понять многое, но далеко не все.
В комнате было тесно. Едва сделав три-четыре шага, ученый поворачивал обратно. Был перерыв в работе, который физики использовали обычно, чтобы выпить чаю и поговорить на разные темы. Погруженный в мысли, прямой, с офицерской выправкой, он ходил по лабораторной комнате своим небольшим энергичным шагом, не глядя по сторонам.
Вавилов имел неширокие, но прямые плечи. Рост его был выше среднего. Темные и очень мягкие шелковистые волосы украшали великолепную голову. Не так-то просто было подобрать для нее шляпу нужного (62-го или 61-го) размера.
Черный костюм, такого же цвета галстук и белая сорочка с твердым воротником составляли одежду Сергея Ивановича. Так он одевался всегда. Даже на отдыхе в Крыму он сохранял обычную подобранность и не расставался с накрахмаленным воротником. Исключение допускалось разве лишь на даче, когда на смену пиджака появлялась светлая чесучовая рубашка.
— Да, — сказал Левшин после небольшого молчания, — природа люминесценции до сих пор до конца не выяснена. Все же мы знаем о ней гораздо больше, чем это было в доквантовую эпоху. Теория световых квантов помогла нам понять многое.