Владимир Келер - Сергей Вавилов

• Название: Сергей Вавилов
• Автор: Владимир Келер
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1961

В 1911 году в знак протеста против произвола царского правительства Московский университет покинул великий русский физик П. Н. Лебедев. В подвале дома в Мертвом переулке он организовал физическую лабораторию. Его помощником в этой «подпольной лаборатории» стал Сергей Вавилов.

После Октября С. И. Вавилов беззаветно отдает весь свой талант служению социалистической Родине. Имя С. И. Вавилова, автора пятисот научных работ, приобретает мировую известность. Огромное значение для развития всей советской науки имела деятельность С. И. Вавилова на посту президента Академии наук СССР.

Эта книга — первая популярная биография крупнейшего советского физика.

---

2) Энергетический выход так называемой антистоксовой люминесценции должен быть тем меньше, чем необычнее, «фиолетовее» кванты испускания. Говоря иначе, если природа и мирится с парадоксами, то старается, чтобы их было поменьше и чтобы не они определяли процесс в целом. Чем необычнее явление, тем оно реже происходит.

Иногда эти выводы советского ученого называли законами Вавилова — первым и вторым. Они представлялись как общий фундамент современной науки о люминесценции и лежали также в основе технических применений холодного свечения.

Сравнительно недавно были открыты области, где энергетический выход люминесценции превышает единицу (без нарушения второго закона термодинамики). Это показали академик Белорусской Академии наук Б. И. Степанов и москвичи — В. В. Антонов-Романовский, М. Н. Аленцев и М. В. Фок. Поэтому сейчас принято говорить об одном законе Вавилова. Формулируют этот закон сегодня так:

«До тех пор, пока частота возбуждающего света больше частоты света люминесценции, квантовый выход остается постоянным (а энергетический выход растет пропорционально длине волны возбуждающего света). В области же, где частота света люминесценции становится больше частоты возбуждающего света (то есть в антистоксовой области), происходит быстрое падение выхода».

Основной закон люминесценции Вавилова дает естественное толкование и правилу Стокса.

Открыв закон люминесценции, Вавилов вместе с тем открыл и тот источник, из которого берется «чудесная» добавочная энергия антистоксового излучения.

До работ Сергея Ивановича естествознание знало только две формы передачи энергии: непосредственный перенос ее движущимися частицами (упругий процесс) и волновой процесс.

— Как можно передать энергию на расстояние? — спрашивал Вавилов. И отвечал: — Способов не так много. Самое простое — перебросить энергию вместе с веществом с одного места на другое. Хороший пример — выстрел из ружья. Выстрел — это перенос разрушительной энергии пороха от стрелка к цели. Энергия здесь переносится летящей пулей. Можно переносить энергию с веществом непрерывным потоком, лавиной, как, скажем, на гидростанциях, но это, в сущности, одно и то же. И тут и там вещество странствует вместе с энергией.

Однако есть и другой способ. Морская волна, поднятая ветром, несется вдаль и, наконец, обрушивается, отдает свою энергию. Но если присмотреться к волнам, то легко заметить, что волна несется, а вода ею не увлекается. Она только колышется на одном месте вверх и вниз. В этом случае энергия передается от слоя к слою без передвижения вещества. Точно так же распространяется энергия звука в воздухе. Кроме этих двух способов передачи энергии, мы не знали раньше иных…

Вавилов описал третий способ передачи энергии на расстояние, так называемую резонансную индуктивную связь.

Повесьте на одну ось два маятника и раскачайте один из них. Маятник, качающийся на оси, постепенно вызовет такое же качание другого маятника, если только тот расположен близко, то есть если маятники, как говорят, резонансно связаны. Звук одной струны заставляет звучать другую, настроенную в резонанс с первой.

Нечто вроде этого может происходить и в люминесцирующих растворах.

Если спектры поглощения и испускания таких молекул перекрываются, то между частицами вещества устанавливается резонансная индуктивная связь и происходит прямой переход энергии, как между связанными резонансными маятниками.

В конечном счете в люминесцирующем веществе ее запас энергии распределяется, как остроумно выразился Вавилов, «как бы в двух не сообщающихся между собою этажах». В нижнем, тепловом этаже энергия обменивается и распределяется, и в результате устанавливается равновесие. В верхнем этаже уравнивания энергии не происходит. Возникает своеобразная блуждающая энергия, которая передается целиком от одной молекулы к другой и порою может привести к рождению квантов люминесцентного излучения, больших по величине квантов поглощения.

Сделав это важное открытие, Вавилов пришел к выводу, что в природе наряду с так называемой макрооптикой, то есть комплексом явлений, связанных со взаимодействием вещества и света на расстояниях, превышающих значительно длину световой волны, существует и микрооптика — особая квантовомеханическая область, где взаимодействия света и вещества совершаются на расстояниях, меньших длины световой волны.

Так на перекрестке нескольких наук — термодинамики, оптики, молекулярно-статистической физики и квантовой механики — родилась созданная С. И. Вавиловым новая наука — микрооптика.

Глава IX РЫЦАРЬ ДОБРОЙ СИЛЫ

Когда предки современных экспериментаторов — алхимики — в поисках «философского камня» приближались к двери, ведущей к раскрытию тайны тончайшего строения материи, они догадывались, что за этой дверью их ждет не только рецепт превращения одних веществ в другие, но и некая фантастическая сила, которая сможет причинить как добро, так и зло людям. Задумываясь над последствиями неосторожного обращения с нею, они предупреждали дальнейшие поколения ученых: «Не допускайте в ваши мастерские силу и ее рыцарей, ибо эти люди употребляют во зло священные тайны, ставя их на службу насилию».

Увы, заветы алхимиков были основательно забыты, когда физики штурмовали цитадель атома. Пожалуй, им не придали бы значения, если б их и помнили. Но в то время как большинство ученых не думало об опасностях, таящихся в микромире (и тем порой пассивно помогало злу), были и такие, кто активно и сознательно искал в нем добрую силу, способную помочь людям лучше устроить свою жизнь.

От лица таких ученых замечательный сын Франции Фредерик Жолио-Кюри, получая в 1935 году вместе со своей женой Ирен Нобелевскую премию за открытие явления искусственной радиоактивности, говорил: «Мы отдаем себе отчет в том, что ученые, которые могут создавать и разрушать элементы, способны также осуществлять ядерные реакции взрывного характера… Если удастся осуществить такие реакции в материи, то, по всей вероятности, будет высвобождена в огромных количествах полезная энергия».

Вавилов не был ученым-атомником в широком смысле. Фотоны, которые он изучал, являлись только частью необъятной области простейших частиц материи. Но он исследовал их в их взаимодействии с молекулами и атомами. Он применял законы квантовой механики, и его открытия обогащали теорию и практику науки о микромире. Он раскрывал дверь в мир могучих невидимок и заставлял их работать на человека.

Много на земле профессий, которые по самому своему характеру являются добрыми и которые хорошо совмещаются только с добрыми же людьми. Пример: врачи или учителя. Особенно много таких профессий в нашей стране.

Все открытия Сергея Ивановича, все его замечательные работы в области физической оптики раскрывали только добрые стороны микрокосма. Все они служили благу человека и ничему иному. Сергей Иванович Вавилов был настоящим рыцарем доброй силы, таящейся в недрах вещества и в световых потоках.

Даже самые, казалось бы, отвлеченные теоретические положения Вавилова в конечном счете оборачивались полезными делами практики. Хороший тому пример — история открытия явления, сейчас широко известного как «свечение Вавилова — Черенкова».

В 1932 году, когда Сергей Иванович находился уже в Ленинграде, в его лаборатории на набережной Невы стал работать молодой аспирант Павел Алексеевич Черенков. Подобно многим другим, и Черенков прошел тщательную тренировку для работы в темноте. Свой рабочий день он начинал с того, что добрый час сидел в совершенно темной комнате, ничего не делая, затем подходил к приготовленным заранее приборам и приступал к исследованиям.

Вавилов хорошо разбирался в людях и быстро выносил почти всегда безошибочные суждения о том, что может, а чего не может тот или иной сотрудник. Оценив очень скоро способности и усидчивость своего нового аспиранта, Сергей Иванович поручил ему сложное и длительное исследование люминесценции ураниловых солей под действием жестких невидимых гамма-лучей. Для юноши потянулись долгие, порой окрыляющие, но чаще полные недоумения и загадок дни опытов…

Ураниловая соль, растворенная в воде в определенной концентрации, светится под влиянием гамма-облучения. В полном соответствии с законом Вавилова — Стокса огромные гамма-кванты источника излучения (ампулы с радием) преобразуются в малые кванты видимого света.

Люминесценция налицо.

«Интересно, — рассуждал Черенков, — как она изменится, если увеличить концентрацию? А если, наоборот, разбавить раствор водой? Важна, конечно, не общая картина, а точно выраженный физический закон».

И вот, посоветовавшись с руководителем, аспирант Вавилова доводит концентрацию до некоторого максимума, затем постепенно понижает ее.