полагается быть запертым. В комнате на первом этаже, где он работал вместе с Левшиным, он сделал то, что намеревался. В те времена физики работали без механиков и лаборантов: каждый сам — до профессоров включительно — вытачивал на станке нужные ему детали, сам мастерил свои приборы и убирал за собою рабочее место.
Сергей Иванович оделся и вышел из здания института.
Когда он шел по улице, запорошенной первым снегом, то думал об этих грандиозных планах всеобщего технического прогресса. Ведь создаются благоприятные условия для развития всех разделов физики. Вплоть до таких ее пасынков, как люминесценция. Почему у науки бывают области, в практическую пользу которых никто не верит, которыми никто не хочет серьезно заниматься? Да потому, что практика сама не тянет их за уши, лишает их могучего жизненного импульса. Появляется импульс — и начинается прогресс. Хорошие примеры — прогресс технической оптики и механики, электричества и магнетизма.
Какой же импульс вытянет люминесценцию?
— Прежде всего ее экономичность, — сам себе отвечал Вавилов, — люминесценция — самый выгодный в природе способ преобразования различных форм энергии в свет. Ведь в этом случае нет потерь на тепло. Люминесцентные источники всегда холодные.
К сожалению, все уверены, что в люминесценцию превращается совсем немного возбуждающей энергии. Поэтому холодный свет в природе обычно слабый. Почти вся возбуждающая энергия уходит на нагревание.
Ну что же, будем экспериментировать. Постараемся это доказать или опровергнуть…
Так родилась великая цель: изучить энергетику люминесценции с количественной стороны, иначе говоря — найти ее кпд — коэффициент полезного дейстствия. Кпд люминесценции — это отношение энергии люминесцентного излучения (то есть вторичного излучения) к той поглощенной веществом энергии, которая вызывает люминесценцию.
Вавилов называл эту величину сперва «удельной люминесценцией», однако затем стал применять более точное выражение: «энергетический выход люминесценции».
Большинство исследователей не имело раньше ни малейшего представления о численном значении этой величины. Многие ограничивались субъективными оценками холодного света. Говорили просто: «яркий», «очень яркий», «слабый» и т. д. Те же, кто пытался получить численные значения, приходили к выводам, не располагающим к оптимизму. Например, по Г. Гельмгольцу, кпд люминесценции, образованный отношением энергии холодного свечения к той энергии ультрафиолетового света, которая его вызвала (при падении на водный раствор хинина), составляет всего 1/1 200! Видеман нашел много более высокий кпд для фосфоресцирующей бальменовой светящейся краски: 1/22. Но и это не свидетельствовало об экономичности люминесценции.
Сергей Иванович разработал метод экспериментального определения энергетического выхода люминесценции. Это был тепловой метод.
Ученый предложил сравнивать между собою нагревание люминесцирующих и нелюминесцирующих растворов под влиянием одного и того же количества поглощенной ими световой энергии. Естественно, что в нелюминесцирующем растворе, где нет вторичного излучения (то есть люминесценции), вся световая энергия превращается в тепло. Не то в люминесцирующем растворе. Здесь некая доля первичной световой энергии превращается во вторичное излучение, расходуется на возбуждение люминесценции.
Теоретически рассуждая, светящийся раствор должен нагреваться при облучении меньше несветящегося. Сравнивая нагревания обоих веществ между собою, можно подсчитать энергетический выход люминесценции, то есть коэффициент полезного действия данного изучаемого явления.
Все казалось простым и осуществимым. Увы, простота была лишь в самой идее. Едва Вавилов попытался проверить новый метод на практике, он убедился, что это невероятно сложно. Температура облучаемых растворов поднималась незначительно. Тепловые же потери в окружающее пространство оказались весьма большими. При тех более чем скромных лабораторных возможностях, которыми в те времена располагали экспериментаторы, не могло быть и речи о точных измерениях.
Что же оставалось делать? Отказаться от намеченной цели? Подождать, пока лабораторная техника не подтянется до требуемого уровня?
На это Сергей Иванович пойти не мог. Неудачи лишь раззадоривали его, порождали в нем утроенное рвение в решении проблемы. В борьбе с обстоятельствами, мешающими исследованиям, ученый всегда выходил победителем.
И не было у Вавилова неудач, которые в конечном счете не стали бы ступенью к открытию, ценному для физики. Порой при этом рождался новый метод исследования. Порой добывались ранее неизвестные важные научные сведения.
«Если пока нет прямого пути к раскрытию энергетики люминесценции, — вероятно, рассуждал ученый, — значит, надо поискать путей окольных. Не может быть, чтобы разница в выходе люминесценции не проявила себя в чем-нибудь еще, кроме разницы в нагреве светящихся и несветящихся растворов. Наряду с абсолютным, тепловым методом определения кпд люминесценции должен существовать и какой-то другой, косвенный, относительный метод. Какой же именно?»
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.
