Сергей Вавилов

Дело в том, что если свет — поток фотонов, то в высшей степени беспорядочно движущихся фотонов. Объясняется это, с одной стороны, «классическими» причинами, то есть процессами, рассматриваемыми в классической физике, с другой стороны — квантовыми причинами, связанными с тонким механизмом рождения и исчезновения квантов в атомах и молекулах.

Первые из них просты и очевидны. Обычный источник света состоит из множества излучающих движущихся частиц, взаимодействующих одна с другой, соударяющихся, получающих новые импульсы к излучению или, напротив, прекращающих излучать при ударах. Естественно, что, испускаемые хаотически мятущимися туда и сюда молекулами и атомами, фотоны не могут двигаться так, чтобы через какую-нибудь точку пространства их пролетало бы за единицу времени неизменное число.

Беспорядок по вине таких «классических» причин усиливается за счет непрерывного поглощения фотонов мельчайшими частицами вещества (что вызывает, как говорят, возбуждение частиц материи) и последующего спонтанного, то есть самопроизвольного, испускания квантов света этими частицами материи (с утратой возбуждения, с переходом в нормальное, невозбужденное состояние).

В повседневной жизни мы имеем дело главным образом с плотными, насыщенными световыми потоками. Фотонов в них так много, что, как показывает статистическая физика, отклонения их числа от среднего значения практически неизменны: мы не обнаруживаем «мигания» обычных источников света (если только оно не вызвано неравномерным питанием энергией).

Совсем иное в принципе должно наблюдаться при ничтожных световых потоках. Если свет излучается «фотонно», то в этом случае количество падающих квантов в каждый данный момент времени не будет одинаково; око будет испытывать статистические колебания вокруг среднего значения. А это приведет к тому, что для каждого отдельного промежутка времени количество света, поглощаемого веществом, будет разным. Разным будет и коэффициент поглощения, рассчитанный на средний падающий поток: он станет колебаться в обе стороны от среднего значения.

Таким образом, закон Бугера нарушится при очень малых интенсивностях.

Почему же основной закон абсорбции должен нарушаться при другой крайности, то есть когда яркость падающего потока слишком велика?

Объяснение и здесь несложное.

Постепенное увеличение интенсивности падающего света станет приводить в возбужденное состояние все большее количество вещества. Все большее число молекул или атомов будут поглощать при этом свет.

С другой стороны, с возрастанием силы облучения будет уменьшаться число «незанятых» молекул — частиц вещества, способных поглотить свет данной длины волны и благодаря этому возбудиться.

Легко себе представить, столь высокую интенсивность падающего потока, что большинство частиц материи окажется возбужденным. Это неизбежно приведет к уменьшению коэффициента поглощения и к нарушению закона Бугера при сверхвысоких интенсивностях.

Итак, лакмусовая бумажка — средство для проверки — налицо: коэффициент поглощения. Если этот коэффициент будет изменяться за пределами некоего среднего по интенсивности потока света, значит, квантовая гипотеза верна.

Если закон Бугера сохранит свое значение во всех случаях, это окажется серьезным доводом против квантовой теории света.

Когда Вавилов отчетливо представил себе теоретическую сторону дела, он вдруг задумался: но почему до сих пор никто не заметил ограниченности закона Бугера? Неужели никто не пытался проверить коэффициент абсорбции в достаточно широких пределах?

Вавилов просмотрел многочисленную литературу и убедился, что ни один исследователь не проверял старинного соотношения, изменяя интенсивность падающего света более чем в тысячу раз. Но это разве столь уж малый интервал? Да, совсем ничтожный.

— Разве можно на такой основе заключать об универсальности закона Бугера? — сказал руководитель отдела физической оптики директору института. — От минимального потока, где возможно нарушение закона по одной причине, до максимального потока, где мыслимо нарушение закона по другой причине, интервал плотностей должен быть во много раз большим. Надо изменять поток не в тысячу, а в триллионы, в тысячи триллионов раз.

— Как же вы добьетесь этого при нашей скромной аппаратуре? — с сомнением заметил Лазарев. — Где раздобудете надежные, точные приборы?

— Я подумаю…

В чем, в чем, а во времени для раздумий недостатка у Сергея Ивановича тогда не было. Трамваи не ходили. Путь от дома до Высшего технического училища, где Вавилов преподавал в те годы, или от училища до лаборатории был не только хорошим упражнением для ног. Он давал возможность отрешиться от всего, сосредоточиться. Шагая от Арбата до Немецкой улицы, а от Немецкой до Миусов, можешь почувствовать себя наедине, можешь помечтать, подумать.

Благодатны для творческих натур подобные моменты отрешения.