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.
Сразу, однако, следует сказать, что существует способ заставить светиться и невидимые инфракрасные лучи. Причем не нарушая закона Стокса. Люди широко пользуются таким способом, точнее способами, особенно для рассмотрения предметов в темноте («ноктовидения», или видения ночью). На практике инфракрасные лучи очень удобны. Их, во-первых, легко выделить, например поставив перед обычной лампой накаливания черное стекло, задерживающее видимые лучи и пропускающее инфракрасные. Во-вторых, инфракрасные лучи меньше рассеиваются при прохождении через дымку и легкие туманы, чем видимые лучи и ультрафиолетовые. Местность облучается прожектором, дающим только инфракрасные лучи. Последние рассеиваются окружающими предметами, после чего при помощи специальной линзы из стекла или кварца нетрудно получить изображение местности в невидимых лучах.
Но как, спрашивается, такое невидимое изображение превратить в видимое? Ведь это вроде бы запрещено законом Стокса. Синими лучами вызывают зеленое свечение, зелеными — красное, красными — инфракрасное, но обратное неосуществимо, это противоречило бы закону Стокса.