Все же одно оптическое явление — одно-единственное! — Вавилову не удалось «превратить» в характерное квантовое явление. Не удалось по той простой и уважительной причине, что в этом случае не могла помочь даже высокая чувствительность глаза; лабораторная же техника не располагала нужной сверхчувствительной аппаратурой (кстати, не располагает ею и сейчас; благодаря чему и в наше время, на пороге эры космоса, задача, не решенная Вавиловым, продолжает оставаться нерешенной).
Но и эта «неудача» дала науке гораздо больше, чем много иных удач. Была сформулирована четкая задача. Показан принципиальный путь ее решения. Выведены некоторые важные цифровые данные, которые облегчают поиски усовершенствованных экспериментальных схем.
Речь идет о принципе суперпозиции (наложения) световых потоков, суть которого сводится к тому, что между двумя (или более) пересекающимися световыми потоками не происходит никакого взаимодействия. Два луча встречаются в пространстве и проходят друг сквозь друга, даже не замечая этого, как сквозь пустоту.
Этот эмпирический принцип высказывался еще в XVI и XVII веках (Декартом, Ньютоном, Гюйгенсом, Ломоносовым). Гюйгенс писал о нем в своем «Трактате о свете»: «Удивительнейшее свойство света состоит в том, что лучи, идущие из различных и даже противоположных направлений, проходят один сквозь другой, нисколько не препятствуя обоюдным действиям». С тех пор прошли столетия, а в повседневной практике не было обнаружено ни одного отступления от этого принципа.
Между тем совершенно ясно, что он несовместим с квантовыми представлениями. Ведь если световые пучки состоят из конечного числа фотонов, то при какой-то достаточно высокой плотности этих частиц они должны сталкиваться между собою. Свет будет рассеивать свет. Наблюдение факта такого рассеяния послужило бы доказательством нарушения принципа суперпозиции при определенных условиях.
И вот С. И. Вавилов сделал несколько попыток обнаружить это рассеяние. Предварительно — это было в августе 1928 года — он сделал на эту тему доклад на заседании оптической секции VI съезда русских физиков, состоявшегося в Москве. В докладе, называвшемся «Замечания об эмпирической точности оптического принципа суперпозиции», ученый пытался теоретически установить границы применимости старинного эмпирического принципа.
Первые измерения Сергей Иванович произвел в лабораторной обстановке при помощи светового потока, рожденного конденсированной электрической искрой большой плотности. Для увеличения плотности свет от искры сходился внутри специально приготовленного сосуда. При этом достигались очень высокие мгновенные мощности лучистой энергии. И все же опыты не обнаружили никакого заметного рассеяния света.
Потерпев неудачу в опытах с земными источниками света, Вавилов обратился к астрономическим явлениям. Он писал, объясняя эти исследования:
«…Лабораторные условия в этом отношении значительно превосходятся тем, что дают наблюдения Солнца. У поверхности Солнца пересекаются некогерентные пучки, исходящие из разных светящихся участков: пересечения происходят при очень больших плотностях радиации и в огромном объеме, причем результаты для земного наблюдателя суммируются. В моменты полных солнечных затмений, когда прямые лучи задержаны и фон является очень темным, мы находимся в исключительно хороших условиях наблюдения, и Солнце служит наиболее удобным объектом для установления пределов выполнимости суперпозиции.
Рассматриваемая проблема, таким образом, непосредственно соприкасается с вопросом о солнечной короне».[10]
Обычно явление короны объясняют рассеянием солнечных лучей атомами и электронами. Возможно, однако, что свет короны вызывается под влиянием рассеяния фотонов в результате их столкновений. Вавилов принял именно это, второе предположение, чтобы попытаться рассчитать, каким может быть максимальный радиус столкновения фотонов.
И он получил значение такого идеализированного радиуса. Оно оказалось невероятно малым: гораздо меньше 10–20[11] сантиметра — в десять миллионов раз меньше, чем сейчас приписывают условному радиусу любой элементарной частицы! А ведь в действительности свет, конечно, рассеивается и атомами и электронами. Значит, радиус сферы действия фотонов будет еще значительно меньше.
Неудивительно, что и до сих пор нет никакой надежды без применения каких-то принципиально новых средств и методов обнаружить взаимодействие фотонов в условиях лаборатории. Свет может рассеиваться светом, теоретически это бесспорно. Но практическое подтверждение этого — дело будущего. Работы Вавилова приблизили физиков к решению и этой фантастически сложной задачи, потому что, выявив наглядно трудности решения, замечательный оптик вместе с тем показал и то, что оно не за пределами возможного.
Глава VII
ХОЛОДНЫЙ ПЛАМЕНЬ
Любовь к природе определила в свое время для Вавилова выбор специальности: воспитанник Коммерческого училища стал физиком. Романтическая натура привела его к разделу физики, ближе остальных примыкающему к поэзии, — к оптике. Проблему люминесценции он сделал главной темой своих исследований, отчасти следуя стремлению познать природу света, отчасти из убеждения, что эта область оптики — одна из самых важных для восстанавливающегося народного хозяйства.
Символично появление первого труда С. И. Вавилова по люминесценции «Зависимость интенсивности флюоресценции красителей от длины волны возбуждающего света» в 1922 году.
Это был во многих отношениях примечательный год для молодой Советской республики. Страна залечивала раны и готовилась к великим преобразованиям. Еще гремели орудия гражданской войны, а народ в залатанных шинелях и тяжелых армейских сапогах уже принимался за дела мирной жизни.
Восстанавливались заводы. Их механические цехи переключались с производства зажигалок на изготовление вагонных скатов и шахтных клетей. Поднимались из руин металлургические предприятия юга России. На реке Волхове кипела работа по сооружению первой в стране большой районной электростанции. Пламенный энтузиаст радиотехники Михаил Бонч-Бруевич по заданию Ленина строил в Москве «типографию» для «газеты без бумаги и расстояния» — радиовещательную станцию имени Коминтерна. Это было первое советское техническое сооружение, о котором сказали: «крупнейшее в мире».
Всеобщее кипение страстей не могло не передаться и сотрудникам Института физики и биофизики. Ветер эпохи проникал сквозь стены лабораторий и делал свое дело. Представители физической науки все больше отходили от идеалов старых ученых («наука для науки!») и задумывались над тем, как помочь своими знаниями народному хозяйству. Даже самые далекие от жизни, самые абстрактные разделы физики становились ареной поисков их прикладных возможностей.
