2) пребывание частиц люминофора некоторое время в возбужденном состоянии;
3) возвращение люминофора в основное состояние с испусканием квантов люминесценции.
Иллюстрируя разницу между люминесцентным и нелюминесцентным холодным излучением, можно привести такой пример. Некое вещество, скажем сернистый цинк, испускает два вида световых лучей: рассеянный свет — результат отражения падающих на него лучей — и собственное свечение. Оба вида лучей одинаково холодные. А в то же время они по своей природе глубоко различны.
В люминесценции — и только в люминесценции! — поглощение и испускание света происходят в двух отдельных актах, разделенных во времени.
С. И. Вавилов показал, что наименьшая длительность холодного свечения люминесценции составляет от одной стомиллионной до одной миллиардной доли секунды. Для неспециалиста это исчезающе ничтожно. Но в мире квантовых явлений миллиардная доля секунды — огромная величина. Она в миллион раз больше продолжительности светового колебания.
Сейчас повсеместно признается следующее простое определение люминесценции, предложенное Вавиловым на Втором совещании по люминесценции в 1944 году:
«Будем называть люминесценцией избыток над температурным излучением тела в том случае, если это избыточное излучение обладает конечной длительностью примерно от 10-10 секунд и больше».
Минимум: одна десятимиллиардная секунды. Ну а максимум? Сколько времени может продолжаться процесс самосвечения?
Зависит от того, к какому именно виду люминесценции относится явление, если воспользоваться классификацией, разработанной опять-таки Вавиловым.
Все явления люминесценции, по Вавилову, делятся на три вида: спонтанная (то есть самопроизвольная), вынужденная и рекомбинационная.
В первом случае акты поглощения и испускания света разделены только временем пребывания атома или молекулы в возбужденном состоянии.
Во втором случае микросистема, поглотившая квант света, переходит из возбужденного состояния в некоторое промежуточное. Чтобы осуществить люминесценцию в данном случае, нужна дополнительная энергия, как говорят — энергия активации. Что ее может дать? Хотя бы собственное тепло тела. Чем выше температура тела, тем значительнее энергия активации. Естественное следствие отсюда — большая зависимость длительности люминесценции от температуры. Когда температура низка, эта длительность может быть очень большой.
Третий вид — рекомбинационное свечение — тоже длительное свечение, и оно, подобно вынужденному, за-, висит от температуры. От второго вида люминесценции это, третье, отличается лишь своим внутренним механизмом. Поскольку он довольно сложен и для нашей книги первостепенного интереса не представляет, мы не будем останавливаться на его описании.
Так вот, послесвечение спонтанной люминесценции длится до 10-2 — одной сотой секунды.
Прочие два вида связаны со временем гораздо большим: есть тела, которые светятся после прекращения облучения часы, недели и даже годы.
Все время мы говорили о люминесценции, вызванной одной причиной: светом, его падением на поглощающее вещество. Физики, уточняя такой процесс, называют его фотолюминесценцией.
Но есть и другие способы возбуждения холодного свечения: рентгеновскими лучами (рентгенолюминесценция), механическим дроблением кристаллов (триболюминесценция), химическими процессами (хемилюминесценция), химическими же процессами, но в живых организмах (биолюминесценция), нагреванием в пламени (кандолюминесценция) и так далее.
Любопытно, что в простейших случаях различные способы возбуждения молекул вызывали один и тот же эффект. Вавилов брал, например, кристаллы урановой соли и обрабатывал их разными способами, чтобы вызвать самосвечение: дробил молотком, облучал ультрафиолетовыми лучами, помещал их в поток электронов.
И во всех случаях результат был один.
Кристаллы светились независимо от их обработки одним и тем же цветом.
ЧАСТЬ ШЕСТАЯ
РЫЦАРЬ ДОБРОЙ СИЛЫ
Глава 1. В Берлине
В то время когда Вавилов при помощи теории квантов настойчиво искал разгадку тайны люминесценции, из-за рубежа начали поступать сообщения о новых поразительных открытиях в области мельчайших частиц материи. Сама квантовая теория с ее многочисленными затруднениями стала быстро поглощаться новым физическим учением, гораздо более широким и совершенным, — так называемой волновой, или квантовой, механикой.