Сергей Вавилов

«Естествоиспытателя интересуют прежде всего постановки вопросов и только во вторую очередь — ответы. Постановки вопросов представляются ему ценными, если они оказались плодотворными в развитии человеческого мышления. Ответы могут иметь в большинстве случаев лишь временное значение; они могут с течением времени, благодаря расширению наших физических сведений, потерять свое значение».

Спокойный и сосредоточенный, как всегда, Вавилов продолжает свои исследования. Одновременно ведет большую научно-организационную работу. В феврале двадцатого года лаборатория, руководимая П. П. Лазаревым, была преобразована в Институт биологической физики Наркомздрава, и Сергей Иванович получил в новом институте свой первый административный пост — заведующего отделом физической оптики.

Это ко многому обязывало, особенно если учесть, что физической оптикой в стране тогда почти никто больше не занимался. Правда, кое-какие работы в том же направлении велись и в Государственном оптическом институте в Петрограде, причем под руководством такого выдающегося оптика, как профессор Дмитрий Сергеевич Рождественский. Но и этот институт был молод: основанный в 1918 году, он только разворачивал свою деятельность.

Собственно, чем должен заниматься новый отдел, для его заведующего не представлялось проблемой: световыми квантами. Проблема была в том, как именно заниматься? Как вести исследования, чтобы подтвердить либо опровергнуть теорию квантовой прерывистости света?

В принципе дело сводилось к постановке правильных и убедительных опытов. Хорошо придуманный и точно осуществленный эксперимент никогда и никого еще не обманывал (если только исследователь не пытался распространить полученные результаты на области, к которым данный опыт не имеет отношения).

Однако оказалось, что придумать хороший опыт для проверки квантовой теории — дело чрезвычайно сложное. Надо было найти такие следствия из «зернистой» структуры света, которые допускают их непосредственную практическую проверку.

Перелистывая журналы и слушая научные доклады, Сергей Иванович все больше убеждался в том, что такой непосредственной проверки квантовой теории, пожалуй, никто еще не делал. Соображения в защиту правильности новых представлений основывались на косвенных данных опыта. Но ведь при этом могло быть что-нибудь упущено.

Не сразу и не легко пришли верные идеи. Вспышки вдохновения озаряли долгий и кропотливый будничный труд. Но, когда схема опыта, которую искали, четко обозначилась в сознании, Вавилов твердо знал: она верна. Товарищи, с которыми он поделился своими выводами, согласились с его уверенностью.

В качестве лакмусовой бумажки для проверки наличия в световых потоках квантов Вавилов выбрал одну физическую величину: коэффициент поглощения света. Эта величина представляет собою отношение количества поглощенного света к интенсивности, то есть яркости падающего света, и хорошо известна в оптике.

С незапамятных времен считалось, что коэффициент поглощения — постоянная величина, что он не зависит от силы света. Пропустите сквозь окрашенную пленку (например, через желатин) пучок света и измерьте, на какую долю яркости свет ослабеет при этом. После этого увеличьте яркость первичного пучка. Если хотите, напротив, уменьшите ее во много раз. Естественно, что вторичный пучок, то есть луч, прошедший через пленку, соответственно усилится или ослабится. Доля же ослабления останется той же самой: коэффициент поглощения не изменится от ваших манипуляций.

Таков простой и ясный смысл знаменитого закона Бугера, установленного на опыте еще в 1729 году и с тех пор многократно подтвержденного.

Вавилов с огромным уважением относился к исследователю, сформулировавшему этот закон. Он говорил, что Пьер Бугер в своей области «является такой же замечательной фигурой, как Кеплер или Ньютон. Бутер впервые ввел количественное измерение света», то есть, как называется это в физике, фотометрию.

И вот, исходя из безупречности основного закона абсорбции (поглощения) света, Сергей Иванович разработал принципы опытной проверки квантовой теории света.

Безупречный там, где его установили, то есть в обычных условиях практики, в условиях, где световые кванты, даже если они есть, себя не проявляют (и, значит, можно не обращать на них внимания, даже если свет зернист), закон Бутера, однако, должен нарушаться в каких-то специальных случаях, в таких, где квантовая структура света не может о себе умалчивать.

Что же это за «специальные случаи»?

Соображения теории подсказывают, что коэффициент абсорбции должен утратить постоянство (а закон Бугера — свою силу) в двух крайних случаях: когда интенсивность падающего света исчезающе мала и, наоборот, когда она чрезмерна.

В первом случае роковую роль для закона Бугера играют флуктуации — отклонения от средних значений в обе стороны — числа фотонов в световом потоке.