Грезы президента. Из личных дневников академика С. И. Вавилова - Андрей Васильевич Андреев

двум причинам. Во-первых, глазное яблоко, как мы говорили, чрезвычайно подвижно, вследствие чего колебания яркости получаются и при больших интенсивностях. Поэтому глаз следует фиксировать. Это достигается тем, что в стороне от светящейся точки А помещается более яркая (обыкновенно красная) светящаяся точка О, которая и фиксируется глазом. Таким образом, в центре сетчатки получается изображение этой фиксационной точки, а изображение источника А получается в стороне, на постоянном расстоянии от центра.

Далее, глаз обладает свойством сохранять зрительное впечатление; это свойство дало, например, возможность осуществить кино. Но оно же, конечно, будет мешать восприятию быстрых колебаний интенсивности источника света; эти колебания будут сливаться, размываться и усредняться для глаза.

Чтобы обойти это затруднение, можно поступить так. Между глазом и источником помещается диск с одним отверстием. Диск совершает один оборот в секунду, оставляя источник открытым для глаза только во время прохождения отверстия (например, в течение одной десятой секунды). При такой установке глаз видит только короткие вспышки через каждую секунду. Если число квантов во время каждой вспышки будет одно и то же и больше порожного значения, то каждому прохождению отверстия будет соответствовать вспышка. Если же число квантов, излучаемое за время прохождения отверстия, подвергается резким статистическим колебаниям, то, очевидно, не всякому прохождению отверстия будет соответствовать видимая вспышка.

Опыт подтвердил это ожидание. Действительно, при больших интенсивностях фиксированный глаз при каждом прохождении отверстия видит вспышку, но при постепенном ослаблении яркости начинают наблюдаться пропуски, которые становятся тем чаще, чем слабее яркость.

Считая число пропусков и вспышек, по законам статистики можно определить среднее число квантов, излучаемое при таких условиях за одну вспышку. Глаз, таким образом, действительно „воочию“ позволяет убедиться в квантовой, прерывной структуре света. ‹…› Найденная до сих пор у разных наблюдателей предельная чувствительность колеблется в широких пределах от двух до нескольких десятков квантов-фотонов. Отдельные кванты стали в буквальном смысле слова видимыми» (с. 232–234).

Описанные эксперименты проводились С. И. Вавиловым с небольшими вариациями неоднократно вплоть до 1941 г. Для повышения чувствительности глаз должен был на протяжении 30–40 минут адаптироваться – отдыхать от любого светового воздействия. В результате и сам Вавилов, и многие его коллеги и сотрудники на протяжении сотен серий измерений проводили многие и многие часы в абсолютной темноте. «Обычно Сергей Иванович сам принимал участие в работе один или два раза в неделю. Вот он и предложил своим аспирантам воспользоваться этим часом сидения в темноте для еженедельного отчета и обсуждения с ним хода аспирантской работы. Хорошо помню, с каким нетерпением я дожидался очереди „посидеть в темноте“ со своим руководителем» (Н. А. Добротин, [Франк, 1991], с. 253).

Достаточно образно и технически детально эти эксперименты воссозданы в биографии Вавилова ([Келер, 1975], с. 96–106). Там же (с. 103–104), впрочем, сказано: «Не все относились к этим опытам серьезно. Находились люди, которым это представлялось настолько методологически неоправданным, что они острили: – Просидишь столько времени в темноте, не только кванты – самого черта увидишь!»

Вопрос о достоверности данных до сих пор не ясен. Тем не менее буквально тем же примерно тогда же занимались немцы, американцы, голландцы и тоже вроде бы увидели какие-то кванты.

Более интересно, что освоение Вавиловым подобной методики привело к открытию нобелевского уровня.

Излучение Вавилова – Черенкова

В 1958 г. И. Е. Тамму, И. М. Франку и П. А. Черенкову была присуждена Нобелевская премия по физике «за открытие и объяснение эффекта Черенкова» (по положению о премии она не вручается посмертно, только поэтому среди лауреатов нет Вавилова). Открыл эффект аспирант Вавилова (впоследствии академик) Черенков в 1933 г., Тамм и Франк объяснили его в 1937 г.

«Я очень хорошо помню язвительные замечания по поводу того, что в ФИАНе занимаются изучением никому не нужного свечения неизвестно чего под действием γ-лучей», – вспоминал академик И. М. Франк ([Франк, 1991], с. 343).

Открыто новое излучение было способом, схожим с описанным методом наблюдения световых флуктуаций. Вновь требовалась долгая – час-полтора – адаптация глаза к темноте, и многие шутили: «В ФИАНе в темноте изучают призраков» ([Франк, 1991], с. 287). Изучалась сверхслабая люминесценция растворов ураниловых солей под воздействием радиации. «Для защиты наблюдателя от излучения прибор устанавливался на массивном свинцовом блоке, который отделял источник от наблюдателя. Эта защита была необходима также и потому, что под действием излучения радия светилась не только исследуемая жидкость, но и прозрачное вещество, заполняющее глазное яблоко наблюдателя. Перед каждым сеансом измерения наблюдатель должен был „адаптировать глаз на темноту“, для чего необходимо было час-полтора провести в полной темноте. В результате чувствительность глаза возрастала в десятки тысяч раз. ‹…› Все измерения проводились в полной темноте. Наблюдатель не мог даже замерить положение оптического клина, потому что для этого клин надо было осветить, а посторонний свет сразу же сбивал адаптацию (настройку глаза на темноту). Поэтому запись отсчета по клину производилась ассистентом. Предварительно наблюдатель накрывал голову плотной светонепроницаемой тканью, затем ассистент включал освещение и записывал отсчеты по оптическому клину. После этого освещение выключалось, и измерения продолжались. Между отдельными измерениями делались перерывы в 3–5 минут, чтобы избежать утомления глаза. Общая продолжительность измерений в течение дня не превышала 2–2,5 часов. Иначе глаза утомлялись, и появлялись ошибки» ([Болотовский, 2004], с. 118 – в статье приведено подробное описание открытия нового излучения).

Осенью 1933 г. случайно была допущена ошибка – исследовался образец, в котором оказался чистый растворитель, изучаемая соль полностью отсутствовала. Слабое свечение тем не менее все равно отчетливо наблюдалось.

Последовательным перебором облучаемых веществ и другими хорошо известными ему методами Вавилов установил, что речь здесь вообще не идет о люминесценции. Две небольшие заметки об открытом принципиально новом физическом явлении были опубликованы в 1934 г. в «Докладах Академии Наук СССР». В 1937 г. написанная по совету Вавилова на английском заметка Черенкова была опубликована и в американском физическом журнале «Physical review» (прежде будучи отклоненной редакцией лондонского журнала «Nature»). Эффект был очень быстро подтвержден (качество оборудования в зарубежных лабораториях облегчало эксперимент: например, время экспозиции при фотографировании углового распределения излучения составляло 10 секунд вместо трех суток у Черенкова). Во всем мире установилась соответствующая терминология: «черенковское излучение», «свечение Черенкова». Его употреблял и сам Вавилов. Тем не менее после смерти Вавилова в отечественной литературе была принята формулировка: «эффект Вавилова – Черенкова», «излучение Вавилова – Черенкова».

В 1947 г. на Западе было предложено первое практическое применение черенковского излучения для регистрации заряженных частиц. Имея ряд преимуществ перед всеми существовавшими до этого детекторами частиц, «черенковские счетчики» стали быстро технологически развиваться и вскоре использовались уже не только для регистрации факта появления частицы, но и для определения ее скорости,