Сергей Вавилов

Где только сейчас подобное превращение не осуществляется! В люминесцентных лампах невидимые ультрафиолетовые лучи преобразуются в видимый свет для освещения. Люминесцентные экраны, делающие доступными непосредственному наблюдению невидимые лучи: рентгеновы, радиевые, ультрафиолетовые, инфракрасные и другие, позволили людям видеть сквозь непрозрачные оболочки — внутренние органы тел и элементарные ядерные процессы, расширили возможности микроскопии и так далее. Благодаря способности спектрально преобразовывать свет люминоформы нашли широкое применение в телевидении и радиолокации, в ядерной физике и в электронной микроскопии и в других областях техники и науки. При помощи люминесцирующих тел созданы точнейшие методы химического и сортового анализа.

По какому же закону происходит превращение возбуждающего излучения в излучение люминесценции?

На протяжении столетия среди физиков, занимавшихся вопросами оптики, часто прибегали к так называемому закону (или правилу) Стокса.

Полученный чисто практически, из прямых наблюдений, он был сформулирован в 1852 году английским исследователем Джорджем Стоксом как эмпирическое правило, без всяких теоретических объяснений. Закон Стокса устанавливает отношение излучения, возбуждающего люминесценцию, к самой люминесценции. Так как он и действительно позволяет приблизительно предвидеть, как преобразуется поток лучей, падающий на люминесцирующее вещество, то пользовались этим законом довольно широко и не подвергая его особой критике.

Прежде чем сказать, что сделал в области теории преобразования световых лучей Вавилов, отвлечемся на небольшие разъяснения.

Как известно, «обычный» белый свет, озаряющий от солнца видимые нам днем предметы, представляет собою смесь семи основных цветов. Со школьных лет мы, пользуясь простым мнемоническим правилом, запоминаем последовательность этих цветов, разворачиваемую на экране стеклянной призмой: «каждый — охотник — желает — знать — где — сидят — фазаны», то есть: красный — оранжевый — желтый — зеленый — голубой — синий — фиолетовый.

Чем ближе свет к красному концу спектра, тем длина его волны больше, или, что одно и то же, меньше частота колебания соответствующего излучения. Оно, как говорят, «мягче». Фиолетовый же цвет имеет самую короткую волну, самую высокую частоту колебаний. Фиолетовый конец спектра соответствует самым «жестким» лучам видимого света.

И за красным и за фиолетовыми, концами спектра простираются области невидимых человеческому глазу излучений.

С одной стороны, это «особо мягкое» инфракрасное излучение. С другой — по мере уменьшения длин волн, — ультрафиолетовые, рентгеновы и гамма-лучи. Последние всех «жестче».

С уменьшением длин волн растет энергия фотонов. Фотон видимого света выглядит перед гамма-фотоном — обычно продуктом ядерного распада — как пуля малокалиберной винтовки перед мощнейшим снарядом крепостной артиллерии.

Правило Стокса утверждает, что длина волн люминесценции всегда больше длин волн возбуждающего излучения. Происходит трансформация света, его преобразование от высоких частот к частотам меньшим. Большие кванты падающего света превращаются в малые кванты излучения, а потерянная при этом энергия расходуется на нагревание вещества.

Поэтому цвет люминесценции в основном смещен в красную сторону спектра по сравнению с цветом возбуждающих лучей.

Сергей Иванович весьма наглядно пояснял это свойство холодного свечения.

Он брал стеклянную пробирку и наливал в нее чистую серную кислоту. Как все так называемые «чистые жидкости», и серная кислота содержала в себе небольшие органические примеси из воздуха. Эти примеси при возбуждении их светом люминесцировали. Затем ученый включал ртутную лампу и концентрировал ее свет на пробирке с кислотой. На пути пучка лучей устанавливался тот или иной светофильтр.

Возникала дивная картина, которая неизменно приковывала внимание всех присутствовавших на демонстрации.

Экспериментатор брал сперва черное стекло, пропускающее только ультрафиолетовые лучи. Возникало голубое свечение.

— Переменим цвет возбуждающего пучка! — объявлял Вавилов и заменял черное стекло синим. Свечение немедленно приобретало зеленый оттенок.

Синее стекло заменялось зеленым. Люминесценция становилась очень слабой и приобретала кирпично-коричневый оттенок.

— Видите, — заключал Вавилов, — по мере перемещения цвета возбуждения к красной части спектра в ту же сторону передвигается и цвет холодного свечения. В этом и состоит правило Стокса.

Затем ученый пояснял, что именно на этом свойстве различных невидимых электромагнитных излучений вызывать более мягкое вторичное излучение основано практическое применение люминесценции. Рентгеновы лучи заставляют светиться синеватым цветом экран, покрытый специальным составом. Невидимые ультрафиолетовые лучи, падая на люминофор, превращаются в голубоватое свечение люминесцентной лампы и так далее. Лишь бы вторичное излучение «не выскочило» за пределы видимой (красной) части спектра.