Свет — мое призвание - [32]

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.

Одно из фундаментальных свойств оптического излучения — поляризация света. Этот термин был введен в науку еще в 1808 году французским физиком Этьенном Луи Малюсом. Самим же понятием поляризации света мы обязаны Исааку Ньютону, который в своих выводах опирался на работы датского математика и медика Эразма Бертолина, открывшего в 1609 году явление двойного лучепреломления в кристаллах, и нидерландского оптика Христиана Гюйгенса, пытавшегося теоретически объяснить это явление.

Сущность поляризации света состоит в неравноправии различных колебаний в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения светового луча. Если такого неравноправия нет, свет называется неполяризованным, или естественным. Это один крайний случай. Другой — когда в этой плоскости колебания совершаются лишь в одном направлении. Такой свет носит название линейнополяризованного. Промежуточные случаи, наиболее часто встречающиеся в практике, соответствуют частично поляризованному свету. Поляризация света может быть описана количественно c помощью характеристики, носящей название степени поляризации света. Ее величина способна меняться в пределах от 0 (естественный свет) до 100 процентов (линейно-поляризованный свет).

При изучении явлений люминесценции поляризацию света долгое время никто не наблюдал. Лишь в 1920 году немецкий физик Фриц Вейгерт сообщил, что ему удалось обнаружить поляризованную люминесценцию некоторых растворов красителей. Это сообщение привлекло внимание С. И. Вавилова, и в 1921 году он вместе с В. Л. Левшиным начал изучение поляризованной люминесценции. Впоследствии Вадим Леонидович вспоминал, что по поводу полученных результатов у них с Сергеем Ивановичем нередко разгорались жаркие споры.

В 1923 году на примере растворов двадцати шести красителей исследователи подтвердили существование поляризованной люминесценции. Была установлена количественная зависимость степени поляризации свечения от вязкости раствора. С. И. Вавилов и В. Л. Левшин показали, что максимальное значение степени поляризации, получившее название предельной степени поляризации, характерно для каждого вещества и обычно не превышает 40 процентов. Они установили, что поляризованную люминесценцию можно наблюдать не только при возбуждении свечения линейно-поляризованным светом — она может возникать и при возбуждении свечения неполяризованными лучами.