Перед физиками раскрылась заманчивая перспектива — изучать тончайшую структуру вещества по степени поляризации света при взаимодействии его с молекулами. Впоследствии этот метод получил чрезвычайно широкое распространение.
Однажды сотрудник института нечаянно рассыпал пакетик с леденцами-петушками, купленными для детей.
— Дайте-ка один, — попросил Сергей Иванович, когда конфеты были собраны. — Этот краситель нами еще не проверялся.
Когда леденец был подвергнут облучению, все вдруг с удивлением увидели, что он засиял, как звезда во лбу Василисы Прекрасной. Опытные люминесценщики не встречали ничего подобного.
Петушки, правда, светились недолго, для продолжительных люминесцентных исследований оказались малопригодными. Но толчок был дан. Вадим Леонидович научился изготовлять «леденцы что надо»! Постепенно увеличивая вязкость сахарных растворов, чтобы удлинить свечение, Лёвшин добился того, что получил исключительно эффектные люминесцирующие составы.
С той поры сахарные фосфоры («леденцы») московских оптиков были признаны во всем мире одним из самых интересных объектов для исследования на холодное свечение.
Ценою неустанных поисков Вавилову и его сотрудникам удалось наконец понять физическую сущность холодного свечения. Под совсем еще недавно непонятное явление природы была, как говорят, подведена прочная научная основа. Один из учеников Д. С. Рождественского, выдающийся фотохимик, впоследствии академик, Александр Николаевич Теренин, с достаточным основанием сказал:
«Исследования Сергея Ивановича и его школы по люминесценции определили в значительной мере развитие мировой науки в этой области, занимая в ней ведущее место».
Исходя из основных положений квантовой механики, стастической физики и термодинамики, Вавилов выяснил то главное, что отличает люминесценцию от других явлений. Оказалось, что это главное представлено тремя особенностями: редкостью люминесценции, длительностью свечения, наличием особого закона цветового (спектрального) преобразования.
Первая особенность не нуждается в пояснении.
«Бесспорно, что «холодный свет» может появляться только за счет поглощенной первичной энергии, — писал Вавилов, — иначе нарушался бы основной закон природы — сохранение энергии. Неверно, однако, обратное: не всякое поглощающее свет вещество дает люминесценцию. Например, обычные чернила, черные или красные, очень сильно поглощают свет, но не дают вторичного свечения, в то время как растворы красителей флуоресцина, родамина и других прекрасно светятся».
«Холодный свет», — продолжает дальше физик, — явление редкое, избирательное; легче найти нелюминесцирующее тело, чем тело, светящееся холодным светом. В этом состоит важнейшая его особенность»[16].
Однако сама по себе редкость явления, естественно, еще не определяет его особенностей. Определяющим свойством люминесценции Вавилов, а за ним и другие физики считали ее длительность.
Вот отражает свет зеркальная поверхность, вот рассеивает его мутная среда… Можно привести множество примеров свечения, имеющего то внешнее сходство с люминесценцией, что оно тоже холодное. И все же это не называют люминесценцией.
Почему?
Потому что здесь первичное (возбуждающее) и вторичное излучения практически не разделены во времени. Перестает действовать причина, вызывающая свечение тела, — исчезает и само свечение. Свечение здесь задерживается после прекращения возбуждения лишь на продолжительность светового колебания, то есть примерно на одну миллион-миллиардную долю секунды.
Совсем иное люминесценция. Для люминесцирующих тел характерно так называемое «послесвечение». Причина, вызывающая свечение, устраняется, а тело светится само собой.
В отличие от двухступенчатого процесса отражения или рассеивания света здесь трехступенчатый процесс: молекула поглощает квант падающего света, пребывает в возбужденном состоянии некоторое время, соответствующее длительности люминесценции, затем испускает квант излучения и возвращается в нормальное, невозбужденное состояние. Не в пример другим оптическим явлениям, где свет не прекращает своего существования, при люминесценции он исчезает, затем рождается вновь, причем в ином обычно качестве;
Таким образом, три ступени холодного свечения располагаются в следующей последовательности:
1) поглощение квантов возбуждающего света люминесцирующим веществом (люминофором) и переход частиц последнего из основного (невозбужденного) состояния в возбужденное, то есть более богатое энергией;