С помощью специально построенной аппаратуры нам удалось показать, что в жестких средах возникает отдельное — особо длительное свечение, связанное с особенно устойчивыми возбужденными состояниями молекул, сохранившимися главным образом в твердых средах».
«Мы подтвердили только что открытое явление поляризации люминесценции…» Что это за явление?
Начнем с наглядного примера, пусть грубого, но все же помогающего понять сущность поляризации.
Возьмитесь за свободный конец веревки, привязанной к стене, и с силой взмахните рукою сначала сверху вниз, затем справа налево. Веревка станет извиваться, как ползущая змея. Физики скажут: «Она колеблется в двух взаимно перпендикулярных направлениях».
А теперь представьте, что путь «змеи» лежит сквозь створки раздвигающейся двери типа той, что применяется в вагонах метрополитена и дачных поездов. Пока эти створки не касаются веревки, она продолжает извиваться как прежде. Но стоит только двери превратиться в щель, как характер колебаний изменится. Вращающаяся по спирали волна добежит до створок и за ними превратится в плоскую волну. «Змея» проползет сквозь щель, но дальше будет извиваться только в вертикальной плоскости.
Волна, обегающая по спирали вокруг веревки, не имеет ярко выраженных крайностей — полюсов. Ведь ее любое положение похоже на все другие. Это неполяризованная волна. Волна за узкой щелью имеет крайности — полюсы. Она поляризованная волна. Сжимая и разжимая створки двери, мы можем придавать свободной — неполяризованной — волне ту или иную степень поляризации: от нуля до ста процентов.
Таким образом, луч света (и вообще всякая электромагнитная волна) может пребывать в поляризованном, неполяризованном и частично поляризованном состоянии.
Нечто напоминающее вышеописанную картину происходит с пучком света, взаимодействующим с веществом.
Так называемый элементарный излучатель — колеблющаяся молекула — обычно испускает свет поляризованный; подобно маятнику часов, она колеблется в одной плоскости. В той же плоскости изменяется и электрическое поле, воспринимаемое нами как свет. Но раскаленные молекулы и атомы горячих источников света — Солнца, лампы и другие — обычно расположены хаотически. Они колеблются в различных направлениях, и их суммарный свет всегда неполяризованный.
Однако так бывает лишь до тех пор, пока световой пучок не вступит во взаимодействие с веществом. Отразившись от зеркальной поверхности, свет поляризуется. То же обнаруживается и при прохождении электромагнитных волн через специальные поляризующие среды. В других случаях степень поляризации может быть не стопроцентной, а какой-нибудь иной, меньшей. Возможно и сохранение прежней неполяризации, например, при отражении света от очень шероховатой поверхности.
Велико различие пучка света, взаимодействующего с веществом, и веревки — «змеи», «проползающей» через щель. Но есть между ними и нечто общее: «преодолев препятствие», они сохраняют его след. По тому, как изменяются колебания веревки, можно вывести заключение о размере щели, через которую она проходит. По степени поляризации света при взаимодействии его с веществом можно судить о некоторых особенностях в строении молекул и в механизме поглощения и испускания света.
Впрочем, последнее обстоятельство было установлено не сразу: его открыли только в результате длинной серии работ.
Когда Вавилов вместе с Лёвшиным в 1921 году впервые занялись изучением поляризации люминесценции, они для начала решили проверить самый факт: а существует ли поляризация люминесценции? И сразу обнаружили, что существует. У ярко люминесцирующих водных растворов флуоресцина свечение не поляризовано, у слабо же светящихся красителей поляризация наблюдалась.
Летом 1922 года появилась статья немецкого физика Ф. Шмидта, в которой указывалось на важное значение для возникновения поляризации люминесценции большой вязкости растворителя. Сообщение Шмидта вызвало живой интерес у двух московских оптиков, и они стали производить тщательное исследование явления в вязких растворителях.
В результате Вавилов и Левшин выявили количественную связь между вязкостью растворителя и степенью поляризации свечения раствора. Они установили, что у различных люминесцирующих веществ существует почти одна и та же предельная поляризация свечения: 35–40 процентов.
В 1924 году Лёвшин открыл существование зависимости между степенью поляризации и длиною волны возбуждающего света. Это именно обстоятельство и указывало на связь поляризации с природой самой излучающей молекулы. Вавилов тщательно исследовал это явление.