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.
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.
