Сергей Вавилов

После опытов с интерференцией света Вавилов осуществляет ряд других удачных опытов с целью вновь и вновь подтвердить правоту квантовой теории света. Как маг-волшебник, обращается он то к одному, то к другому «классически-волновому» процессу и, «взмахнув волшебной палочкой», превращает его в четко выраженный корпускулярный.

Однажды поместив на пути пучка зеленого естественного света так называемую бипризму Френеля, преломляющее ребро которой расположено горизонтально, Сергей Иванович получил в поле зрения два симметрично расположенных зеленых пятна. Уменьшая освещенность пятен до допустимого предела, наблюдатель видел, как обе точки совершенно отчетливо флуктуировали одна относительно другой и весьма редко они были видны в одно и то же время. «Это явление, — писал Вавилов, — независимых относительных колебаний когерентных (то есть вышедших из одного источника и обладающих постоянной разностью фаз. — В. К.) лучей имеет катастрофическое значение для волновой теории, если пытаться ее защищать в данном случае».

Не менее остроумные эксперименты были проведены с поляризованным («расщепленным» во взаимно перпендикулярных направлениях) светом. С помощью так называемой призмы Волластона Сергей Иванович получал на экране два пятна, освещаемые поляризованными зелеными лучами. С точки зрения классической волновой теории оба пятна должны были бы иметь одинаковую яркость. Однако, когда интенсивность исходного естественного пучка достигала минимума, два зеленых пятна флуктуировали совершенно независимо друг от друга. Это убедительно доказывало, что оба поля освещались независимо отдельными световыми квантами.

Все же одно оптическое явление — одно-единственное! — Вавилову не удалось «превратить» в характерное квантовое явление. Не удалось по той простой и уважительной причине, что в этом случае не могла помочь даже высокая чувствительность глаза; лабораторная же техника не располагала нужной сверхчувствительной аппаратурой. Как, кстати, не располагает ею и сейчас, благодаря чему и в наше время, в эпоху выхода человека в космос и всяческих чудес микромира, задача, не решенная Вавиловым, продолжает оставаться нерешенной.

Но и эта «неудача» дала науке гораздо больше, чем много иных удач. Была сформулирована четкая задача. Показан принципиальный путь ее решения. Выведены некоторые важные цифровые данные, которые облегчают поиски усовершенствованных экспериментальных схем.

Речь идет о принципе суперпозиции, наложения, световых потоков, суть которого сводится к тому, что между двумя (или более) пересекающимися световыми потоками не происходит никакого взаимодействия. Два луча встречаются в пространстве и проходят друг сквозь друга, даже не замечая этого, как сквозь пустоту.

Этот эмпирический принцип высказывался еще в XVI и XVII веках Декартом, Ньютоном, Гюйгенсом, Ломоносовым. Гюйгенс, например, писал в своем трактате о свете:

«Удивительнейшее свойство света состоит в том, что лучи, идущие из различных и даже противоположных направлений, проходят один сквозь другой, нисколько не препятствуя обоюдным действиям».

Между тем совершенно ясно, что он несовместим с квантовыми представлениями. Ведь если световые пучки состоят из конечного числа фотонов, то при какой-то достаточно высокой плотности этих частиц они должны сталкиваться между собою. Свет будет рассеивать свет. Наблюдение факта такого рассеяния послужило бы доказательством нарушения принципа суперпозиции при определенных условиях.

И вот Сергей Иванович сделал несколько попыток обнаружить это рассеяние. Предварительно — это было в августе 1928 года — он сделал на эту тему доклад на заседании оптической секции VI съезда русских физиков, состоявшегося в Москве. В докладе, называвшемся «Замечания об эмпирической точности оптического принципа суперпозиции», ученый пытался теоретически установить границы применимости старинного, полученного простыми наблюдениями вывода.

Первые измерения ученый произвел в лабораторной обстановке при помощи светового потока, рожденного конденсированной электрической искрой большой плотности. Для увеличения плотности свет от искры сходился внутри специально приготовленного сосуда. При этом достигались очень высокие мгновенные мощности лучистой энергии. И все же опыты не обнаружили никакого заметного рассеяния света.

Потерпев неудачу в опытах с земными источниками света, Вавилов обратился к небесным: к астрономическим явлениям. Он писал, объясняя эти исследования:

«…Лабораторные условия в этом отношении значительно превосходятся тем, что дают наблюдения Солнца. У поверхности Солнца пересекаются некогерентные пучки, исходящие из разных светящихся участков: пересечения происходят при очень больших плотностях радиации и в огромном объеме, причем результаты для земного наблюдателя суммируются. В моменты полных солнечных затмений, когда прямые лучи задержаны и фон является очень темным, мы находимся в исключительно хороших условиях наблюдения, и Солнце служит наиболее удобным объектом для установления пределов выполнимости суперпозиции»[14].