Владимир Келер - Сергей Вавилов

— На одном столе, как видно, все не умещается?

— Можно было бы, но зачем? Так удобнее.

На втором столе располагается астрономический хронограф с катушкой телеграфной ленты и электрически регулируемыми перьями. Эти перья связаны с вращающимся диском так, чтобы каждому обороту диска соответствовала отметка на бумажной ленте. При помощи электрического ключа наблюдатель может ставить свои отметки на движущейся ленте. Их назначение в том и заключается, чтобы регистрировать световые флуктуации.

Делается это с величайшей внимательностью. Как только наблюдатель видит световую вспышку, он немедленно замыкает ключом электрическую цепь. Вторым пером хронографа на той же ленте делается другая отметка, соответствующая объективно посланному сигналу. Понятно, что это происходит строго периодически — раз за оборот.

Затем по записям на ленте сопоставляют число световых сигналов, объективно посланных к наблюдателю, с числом сигналов, принятых им субъективно. Полученные данные позволяют хорошо судить и о наличии флуктуации в количестве световых квантов и о характере этих флуктуации.

Не сразу новый экспериментатор допускался к наблюдениям. «Здесь, батенька, надо уметь видеть лучше кошки», — говорил руководитель опытов кандидату в наблюдатели. Вновь привлекаемый подвергался предварительно долгой и томительной тренировке.

Его усаживали, в совершенно темную комнату. Объясняли, что он будет еще долго видеть собственный свет сетчатки — светлые облака, реющие в темноте перед глазами. Заставляли адаптироваться не меньше часа. На другой день сеанс тренировки повторялся, и так до пяти-десяти раз.

Успокаивались лишь тогда, когда убеждались, что глаз новообращаемого приучался к фиксации на красную точку, к периферическому, то есть к боковому, зрению. Вместе с тем экспериментатор должен был приучить себя к внимательности, без которой бессмысленно браться за наблюдения.

— Невнимательный, необученный глаз дает беспорядочные показания, — объяснял Вавилов на основе собственного опыта. — Это очень скрупулезная и ответственная оптическая служба, К ней можно допускать лишь человека, прошедшего надежную тренировку. Нетренированный человек, а также попросту больной или быстро устающий не сумеют добиться своевременной регистрации всех наблюдаемых им вспышек. От такого человека немного пользы, даже если он во всех отношениях аккуратен и добросовестен.

… Кропотливая обработка колоссального экспериментального материала, осуществленная методами теории вероятностей, показала, что световые флуктуации имеют статистический характер. Это могло быть вызвано только одной причиной: случайными колебаниями числа фотонов вокруг порогового зрительного значения. Говоря иначе, существование флуктуации окончательно подтверждало справедливость квантовой теории, причем самым наглядным, убедительным для всех образом.

Невозможно переоценить научное значение экспериментов, проведенных под руководством Вавилова, по визуальной проверке квантовой природы света: оно огромно.

— Человек, который первым увидел кванты! — полушутя, полусерьезно говорили о Сергее Ивановиче студенты. Сотрудников лаборатории Вавилова вместе с их руководителем называли дружески «охотниками за фотонами».

Подтверждением того, что свет действительно «зернист» и что «зернистость» эту можно увидеть воочию — непосредственно зрением, — не ограничилось значение ленинградских экспериментов. Этот цикл работ важен еще в том отношении, что он много дал фактических материалов для обоснования нового, чрезвычайно чувствительного метода исследования самих свойств зрения.

Благодаря этому методу оказалось возможным производить определение пороговой чувствительности глаза в зависимости от длин волн падающего света. Появилась возможность считать фотоны «штуками».

Было установлено, например, что для зеленых световых лучей с длиною волн от 500 до 550 миллимикрон число световых квантов, соответствующее пороговому значению глаза, колеблется у различных наблюдателей от 8 до 47 (в среднем около 20). Однако общее число падающих при этом на глаз квантов примерно в десять раз больше — от 108 до 335 (в среднем около 200) «штук».

Отсюда ясно, что значительная часть фотонов, попадающих в глаз, поглощается глазными средами и не вызывает зрительного ощущения. Пользуясь этим обстоятельством, можно исследовать прозрачность глазных сред по отношению к световым лучам с различными длинами волн. Прекрасная тема работ для физиологов!

Сергей Иванович очень любил свои визуальные опыты и гордился ими. Он говорил:

— Преимущество визуального метода состоит в том, что он дает новое, весьма тонкое средство для исследования недр глаза.

Исследования С. И. Вавилова по квантовым флуктуациям света вызвали огромный интерес во всем мире. Имя Сергея Ивановича стало еще шире известно в кругах не только советских, но и зарубежных физиков.

Не обошлось без курьезных эпизодов. Некоторые западные физики старались замолчать достижения Вавилова, другие делали попытки исказить и принизить их значение.

Характерен в этом смысле пример с американскими физиологами Гехтом, Шлером и Пирреном. Они работали в Нью-Йорке и в 1941 году опубликовали в первый раз результаты своих оптических визуальных измерений квантовых флуктуации. Схема опытов американцев отличалась от схемы Вавилова лишь несущественными деталями и значительно меньшим объемом. Однако Гехт и его сотрудники вначале вовсе даже не сослались на исследования русского физика. Позднее же они намеренно исказили смысл его опытов.

В «Микроструктуре света» С. И. Вавилов доказал несостоятельность критики в его адрес со стороны американцев. Он показал, что исследования заокеанских физиологов оказались просто плохим вариантом его самых ранних и давно опубликованных работ.

В 1944 году метод зрительных наблюдений квантовых флуктуации был неожиданно еще раз «открыт» в Голландии. На этот раз в роли «открывателя» выступил физик из Утрехта Ван-дер-Вельден. Задача, метод наблюдений и обработка результатов с принципиальной стороны и в данном случае во всем совпадали с первыми работами Вавилова. Однако выяснилось, что утрехтские результаты не совпадают ни с данными, полученными в Ленинграде, ни с данными американцев. Ван-дер-Вельден уверял, например, что даже два поглощенных глазом кванта уже вызывают зрительное восприятие. Этот результат был очевидно ошибочен.

Таким образом, правильно осознав ведущие принципы подобных оптических исследований, голландский физик в то же время не сумел их правильно же использовать.