.
А будь что будет, плыви, мой челн, по воле волн. Прыгать в окошко не ст[ану] во всяком случае.
«Роковой шаг», который сделан утром 8 июня, – предложение руки будущей жене Ольге, вот как она сама пишет об этом: «…мы все чаще встречались с С. Ив. Помню, когда уже опушились зеленые московские сады, с бульваров запахло согретой землей, мы решили пойти на Воробьевы горы. Долго бродили по рощам под Москвой. 8 июня все выяснилось между нами и мы стали женихами» ([Вавилова, 2004], с. 44).
Из воспоминаний жены Вавилова
Ольга Михайловна Вавилова оставила воспоминания. Эти воспоминания дважды публиковались: частично они процитированы в биографии Вавилова в серии «Жизнь замечательных людей»[241], частично опубликованы в журнале «Вопросы истории естествознания и техники» при первой сокращенной публикации дневников. Вот некоторые фрагменты из них.
«С каждым разом встречи наши делались оживленнее. В сущности, оба мы были одиноки. Оба мы только что вернулись с фронта и были переполнены впечатлениями войны. Как бывает это, все тяжелое и темное в воспоминаниях отходило как-то вдаль, и делились мы скорее забавными и даже веселыми впечатлениями. Помню, как весело вспоминал С. Ив. свое пребывание в Кельцах, куда он попал со своей частью после тяжелых переходов и боев. С. Ив. с большой симпатией говорил о Польше и поляках. Вспоминал он удивительный эпизод с часами. Воинская часть их двигалась по Волыни, по песчаным местам. С. Ив. ехал верхом, на руке у него были золотые часы на золотой цепочке. Усталый, он почти дремал, покачиваясь в седле, и вдруг часы соскользнули с его руки. Он спешился, пытался найти, но времени не было. Так и двинулся дальше без часов. Пропажа очень огорчила его. Прошло несколько месяцев. Их часть двигалась опять той же дорогой. Вдруг подкова лошади звякнула обо что-то, и что-то блеснуло в песке. И что же? Его часы. Те самые, которые упали с его руки когда-то! // Случай почти невероятный, но тем не менее истинный» ([Вавилова, 2004], с. 43).
«С. Ив. бывал у меня каждый день и приносил мне цветы. Засохшие лепестки роз сохранялись в томике Баратынского» ([Вавилова, 2004], с. 45).
«С. Ив. очень любил архитектуру и говорил, что часто видит музыкальные сны» ([Вавилова, 2004], с. 47).
«Сергей Иванович был среднего роста, в плечах неширок, но прям, что придавало фигуре его подтянутый и бодрый вид. Держался прямо, ходил быстро и легко. ‹…› Был он смугл и сильно загорал летом. Голос очень низкий, очень мягкого звучания. Лицо его, строгое, глубоко серьезное и сосредоточенное, легко и часто раскрывалось в улыбке. Смеяться он мог до слез. Умел и любил шутить и острить. Когда в 1925–1926 годах мы были в Крыму в Мисхоре, наша хозяйка татарка как-то отозвала меня таинственно и, предостерегающе погрозив пальцем, сказала: „Оля! Не верь ему. Он наш!“ То есть что он не русский, а татарин. ‹…› В молодости, когда бывали мы летом в Крыму и мне ужасными усилиями удавалось уговорить его носить белые легкие рубашки и белые брюки, его высокая легкая фигура, его огромные черные глаза на круглой красиво очерченной голове напоминали мне персонажей „небесного воинства“ под святыми стягами и хоругвями на старинных русских иконах. Конечно, к этому воинству духа он и принадлежал, и именно к русскому» ([Келер, 1975], с. 180–181).
«У меня вызывало улыбку его отношение к собственному физическому существу – снисходительно-неприязненное, и я говорила ему, что он вроде Франциска Ассизского: тело свое ощущает как „брата моего осла“. И мне всегда казалось, что он почти бестелесный, так мало в его жизни значила та тягость, которой было для него его физическое существо. Он как бы только терпел его, не испытывая от него никакой радости. После совершенно беспримерного труда он мгновенно погружался в детский спокойный сон и сны видел архитектурные и музыкальные» ([Келер, 1975], с. 181–182).
«…вспоминаю, как самозабвенно, весело и озабоченно устремлялся Сергей Иванович во тьму кромешную оврагов за этими светляками. Густые заросли орешника, пни, гнилушки и коряги. Ветви хватали нас за волосы и били по лицу, и часто мы ползли на четвереньках за этими волшебными зелеными огоньками, притаившимися то ли на земле, то ли на папоротниках, то ли на пне. Во тьме не разберешь. Надо было видеть, с каким счастливым и хитрым видом рассматривал Сергей Иванович дома свою добычу. Потом мы сажали их в траву около дома, и каждый вечер Сергей Иванович осведомлялся, целы ли они, и даже пересчитывал их заботливо. Часть добычи увозилась в Москву» ([Келер, 1975], с. 186).
«Глаз и солнце»
В дневниковой записи от 14 июля 1939 г. Вавилов пишет: «Поразительны сны. В одно мгновение достигается такая глубокая, пронизывающая характеристика предметов, людей, поступков, явлений – которая выше того, что делали Пушкины, Леонардо и Росси в бодрственном состоянии. Очерк человека, его внешности, его психология, архитектура – лучше, чем что-либо я видел на самом деле (например, грандиозное воплощение новогородского стиля). Во сне вскрываются те подсознательные залежи обобщенных наблюдений и выводов, которые так трудно в большинстве случаев извлечь наружу и воплотить словом, мыслью, рисунком в бодрственном состоянии. // Просыпаясь, первый момент, когда иногда еще довольно живо помнишь сон, остаешься потрясенным его талантливостью, искусством схватывать быка за рога. // Помню, когда-то мне приснилось хорошее заглавие для книжки: „Глаз и Солнце“, определившее весь характер книжки».
Книга С. И. Вавилова «Глаз и солнце» (1927) при жизни автора переиздавалась четыре раза (1932, 1938, 1941, 1950), затем была издана еще по меньшей мере восемь раз (до 2016 г.), в том числе на английском. Она считается классикой отечественной научно-популярной литературы.
Вот так книга начинается: «Сопоставление глаза и Солнца так же старо, как и сам человеческий род. Источник такого сопоставления – не наука. И в наше время рядом с наукой, одновременно с картиной явлений, раскрытой и объясненной новым естествознанием, продолжает бытовать мир представлений ребенка и первобытного человека и, намеренно или ненамеренно, подражающий им мир поэтов. В этот мир стоит иногда заглянуть как в один из возможных истоков научных гипотез. Он удивителен и сказочен; в этом мире между явлениями природы смело перекидываются мосты-связи, о которых иной раз наука еще не подозревает. В отдельных случаях эти связи угадываются верно, иногда они в корне ошибочны и просто нелепы, но всегда они заслуживают внимания, так как эти ошибки нередко помогают понять истину. Поэтому и к вопросу о связи глаза и Солнца поучительно подойти сначала с точки зрения детских, первобытных и поэтических представлений» (с. 161)[242].
Вообще в книге проводится довольно стандартный и вполне качественный «ликбез» по основам оптики и физиологии зрения с умеренным акцентом на близкие автору области (флуктуации светового поля, люминесценция). Никакой особой аналогии между глазом и Солнцем, естественно, не обнаруживается (кроме довольно тривиальной казуальной связи – что глаз эволюционно подстроен именно под солнечный свет). Но зато такой заход – через яркую метафору, через «сказочный» мир «детских, первобытных и поэтических представлений» – позволяет сразу увлечь читателя. А также написать о многом, что было интересно самому Вавилову-«гуманитарию».
Вавилов приводит строки из стихотворений Пушкина и Фета, в которых глаза сопоставляются со звездами, а начинает книгу эпиграфом – строками своего любимца Гете: «Будь несолнечен наш глаз – // Кто бы солнцем любовался?»[243] Тютчев и Есенин свидетельствуют у Вавилова о материальности света, который у них льется и брызжет. О том же – эпизод с А. П. Чеховым, который, по воспоминаниям М. Горького, ловил однажды шляпой солнечный луч у себя в саду.
«Играя в прятки, ребенок очень часто решает спрятаться самым неожиданным образом: он зажмуривает глаза или закрывает их руками, будучи уверен, что теперь его никто не увидит» (с. 161).
«Сознание, разумеется, неизбежно приходит в свое время и разбивает сложные узоры детской поэтической „оптики“. Ребенок постепенно все определеннее начинает отличать свои ощущения от внешнего мира, сон резко отделяется от действительности, обманы чувств – от реальности» (с. 164–165).
Демонстрируя эволюцию представлений о свете, С. И. Вавилов умело проходит по истории естествознания от Платона, Эвклида, Птолемея, Дамиана из Ларисы (IV в. н. э.) – считавших лучи света исходящими из глаз – через всю историю научной оптики (корпускулярные воззрения Ньютона, волновая теория Френеля и т. п.) вплоть до квантовой механики с ее вновь вставшей проблемой корпускулярно-волнового дуализма. В этом добротном изложении истории оптики примечательно внимание, уделенное Вавиловым оптическим иллюзиям. Без особой «сюжетной необходимости» в разных главах приведено восемь примеров обманов зрения. Хорошо известных, вроде прямых линий, кажущихся изогнутыми из-за особо заштрихованного фона. Или вот таких, «авторских» (с. 226): «Автору этой книги много раз приходилось переживать весьма грубые пространственные ошибки. Один раз маленькая красная сигнальная жестяная пластинка, висевшая вблизи на трамвайных проводах, показалась красным флагом огромных размеров по той причине, что красная пластинка была мысленно ошибочно отнесена к шпилю на удаленном доме в конце улицы. Другой раз в течение короткого мгновения кошка была видна величиной с корову; показалось, будто эта кошка идет по удаленному забору; на самом деле она шествовала по крыше, около окна, через которое ее было видно».
Интересен следующий отрывок (с. 179–180): «Глаз у большинства людей не отличает поляризованного света от неполяризованного. Примерно 25–30 % людей обладают этим свойством, хотя почти никогда об этом и не подозревают. При наблюдении поверхности, излучающей поляризованный свет, такие люди могут заметить в середине поля зрения полоску слабого желто-лимонного цвета, имеющую вид слегка изогнутого снопа колосьев. Если плоскость поляризации света поворачивается, то одновременно поворачивается и указанная полоска в глазу. При некоторых положениях Солнца на небе свечение неба, возникающее вследствие рассеяния солнечных лучей в атмосфере, оказывается сильно поляризованным, и тогда человек, обладающий названной способностью, видит на фоне неба слабую желтую снопообразную полоску.
Редким примером тонкой наблюдательности великого художника могут служить строки из „Юности“ Л. Н. Толстого, в которых он, по-видимому, совершенно не подозревая физического смысла явления, в 1855 году, в то время, когда и в науке оно было известно немногим (оно впервые описано в 1846 году Гайдингером), с полной ясностью описал желтое поляризационное пятнышко на фоне неба. В XXXII главе „Юности“ можно прочесть такие строки: „…я невольно оставляю книгу и вглядываюсь в растворенную дверь балкона, в кудрявые висячие ветви высоких берез, на которых уже заходит вечерняя тень, и в чистое небо, на котором, как смотришь пристально, вдруг показывается как будто пыльное желтоватое пятнышко и снова исчезает“.
Очень рекомендуем читателю проверить свои глаза и постараться заметить желтую поляризационную полоску на небе. Таким образом можно убедиться, по крайней мере некоторым из читателей, что их глаза обладают свойством, о котором они ранее не знали».
В книге «Глаз и солнце» Вавилов впервые открыто публикует некоторые свои философские рассуждения. «Наши слова „очевидно“, „поживем – увидим“ равносильны тому, что видимость – достоверность. Современный физик убеждает других в реальности атомов тем, что мы наконец увидали пути отдельных атомов, а прежние противники существования атомов постоянно аргументировали тем, что атомов никто не видел. В этом смысле надо понимать изречение Анаксагора: „Зрение есть явление невидимого“, невидимый мир становится реальностью, явлением посредством зрения» (с. 215).
Наконец, Вавилов не мог не уделить в такой книге внимания собственным исследованиям по непосредственному наблюдению глазом квантов света: «Представим себе, что мы смотрим на маленькое, слабо светящееся пятнышко А, яркость которого можно по произволу ослаблять. Предположим, что яркость источника ослаблена до такой степени, что от него в глаз попадает в секунду только небольшое число квантов. Кванты не могут следовать один за другим регулярно, через одинаковые промежутки времени; они будут лететь беспорядочно, иногда в большем числе, иногда в меньшем. Разумеется, и яркий источник света излучает беспорядочный поток квантов, но в этом случае число квантов огромно и процентные случайные отклонения от среднего будут практически незаметными. Точно так же, например, процентные колебания в числе новорожденных за год в большом городе ничтожны, и это число статистик предсказывает с большой точностью, но число рождений в небольшом доме того же города за год будет колебаться в чрезвычайно широких пределах, и предсказания статистика в этом случае, несомненно, окажутся ошибочными.
Таким образом, по законам статистики (если только верна теория квантов) следует ожидать, что при ослаблении источника света, когда за секунду в глаз будет попадать небольшое число квантов, должны возникнуть резкие колебания яркости источника. Если число квантов, попадающих в глаз, будет меньше числа, соответствующего порогу зрительного раздражения, то глаз не ощутит света; наоборот, если число квантов превышает порожное значение, свет будет виден. Следовательно, при постепенном понижении яркости источника должен наступить такой момент, когда источник для глаза должен превратиться из постоянного в мигающий.
Однако в такой простой форме опыт осуществить нельзя и по двум причинам. Во-первых, глазное яблоко, как мы говорили, чрезвычайно подвижно, вследствие чего колебания яркости получаются и при больших интенсивностях. Поэтому глаз следует фиксировать. Это достигается тем, что в стороне от светящейся точки А помещается более яркая (обыкновенно красная) светящаяся точка О, которая и фиксируется глазом. Таким образом, в центре сетчатки получается изображение этой фиксационной точки, а изображение источника А получается в стороне, на постоянном расстоянии от центра.
Далее, глаз обладает свойством сохранять зрительное впечатление; это свойство дало, например, возможность осуществить кино. Но оно же, конечно, будет мешать восприятию быстрых колебаний интенсивности источника света; эти колебания будут сливаться, размываться и усредняться для глаза.
Чтобы обойти это затруднение, можно поступить так. Между глазом и источником помещается диск с одним отверстием. Диск совершает один оборот в секунду, оставляя источник открытым для глаза только во время прохождения отверстия (например, в течение одной десятой секунды). При такой установке глаз видит только короткие вспышки через каждую секунду. Если число квантов во время каждой вспышки будет одно и то же и больше порожного значения, то каждому прохождению отверстия будет соответствовать вспышка. Если же число квантов, излучаемое за время прохождения отверстия, подвергается резким статистическим колебаниям, то, очевидно, не всякому прохождению отверстия будет соответствовать видимая вспышка.
Опыт подтвердил это ожидание. Действительно, при больших интенсивностях фиксированный глаз при каждом прохождении отверстия видит вспышку, но при постепенном ослаблении яркости начинают наблюдаться пропуски, которые становятся тем чаще, чем слабее яркость.
Считая число пропусков и вспышек, по законам статистики можно определить среднее число квантов, излучаемое при таких условиях за одну вспышку. Глаз, таким образом, действительно „воочию“ позволяет убедиться в квантовой, прерывной структуре света. ‹…› Найденная до сих пор у разных наблюдателей предельная чувствительность колеблется в широких пределах от двух до нескольких десятков квантов-фотонов. Отдельные кванты стали в буквальном смысле слова видимыми» (с. 232–234).
Описанные эксперименты проводились С. И. Вавиловым с небольшими вариациями неоднократно вплоть до 1941 г. Для повышения чувствительности глаз должен был на протяжении 30–40 минут адаптироваться – отдыхать от любого светового воздействия. В результате и сам Вавилов, и многие его коллеги и сотрудники на протяжении сотен серий измерений проводили многие и многие часы в абсолютной темноте. «Обычно Сергей Иванович сам принимал участие в работе один или два раза в неделю. Вот он и предложил своим аспирантам воспользоваться этим часом сидения в темноте для еженедельного отчета и обсуждения с ним хода аспирантской работы. Хорошо помню, с каким нетерпением я дожидался очереди „посидеть в темноте“ со своим руководителем» (Н. А. Добротин, [Франк, 1991], с. 253).
Достаточно образно и технически детально эти эксперименты воссозданы в биографии Вавилова ([Келер, 1975], с. 96–106). Там же (с. 103–104), впрочем, сказано: «Не все относились к этим опытам серьезно. Находились люди, которым это представлялось настолько методологически неоправданным, что они острили: – Просидишь столько времени в темноте, не только кванты – самого черта увидишь!»
Вопрос о достоверности данных до сих пор не ясен. Тем не менее буквально тем же примерно тогда же занимались немцы, американцы, голландцы и тоже вроде бы увидели какие-то кванты.
Более интересно, что освоение Вавиловым подобной методики привело к открытию нобелевского уровня.
Излучение Вавилова – Черенкова
В 1958 г. И. Е. Тамму, И. М. Франку и П. А. Черенкову была присуждена Нобелевская премия по физике «за открытие и объяснение эффекта Черенкова» (по положению о премии она не вручается посмертно, только поэтому среди лауреатов нет Вавилова). Открыл эффект аспирант Вавилова (впоследствии академик) Черенков в 1933 г., Тамм и Франк объяснили его в 1937 г.
«Я очень хорошо помню язвительные замечания по поводу того, что в ФИАНе занимаются изучением никому не нужного свечения неизвестно чего под действием γ-лучей», – вспоминал академик И. М. Франк ([Франк, 1991], с. 343).
Открыто новое излучение было способом, схожим с описанным методом наблюдения световых флуктуаций. Вновь требовалась долгая – час-полтора – адаптация глаза к темноте, и многие шутили: «В ФИАНе в темноте изучают призраков» ([Франк, 1991], с. 287). Изучалась сверхслабая люминесценция растворов ураниловых солей под воздействием радиации. «Для защиты наблюдателя от излучения прибор устанавливался на массивном свинцовом блоке, который отделял источник от наблюдателя. Эта защита была необходима также и потому, что под действием излучения радия светилась не только исследуемая жидкость, но и прозрачное вещество, заполняющее глазное яблоко наблюдателя. Перед каждым сеансом измерения наблюдатель должен был „адаптировать глаз на темноту“, для чего необходимо было час-полтора провести в полной темноте. В результате чувствительность глаза возрастала в десятки тысяч раз. ‹…› Все измерения проводились в полной темноте. Наблюдатель не мог даже замерить положение оптического клина, потому что для этого клин надо было осветить, а посторонний свет сразу же сбивал адаптацию (настройку глаза на темноту). Поэтому запись отсчета по клину производилась ассистентом. Предварительно наблюдатель накрывал голову плотной светонепроницаемой тканью, затем ассистент включал освещение и записывал отсчеты по оптическому клину. После этого освещение выключалось, и измерения продолжались. Между отдельными измерениями делались перерывы в 3–5 минут, чтобы избежать утомления глаза. Общая продолжительность измерений в течение дня не превышала 2–2,5 часов. Иначе глаза утомлялись, и появлялись ошибки» ([Болотовский, 2004], с. 118 – в статье приведено подробное описание открытия нового излучения).
Осенью 1933 г. случайно была допущена ошибка – исследовался образец, в котором оказался чистый растворитель, изучаемая соль полностью отсутствовала. Слабое свечение тем не менее все равно отчетливо наблюдалось.
Последовательным перебором облучаемых веществ и другими хорошо известными ему методами Вавилов установил, что речь здесь вообще не идет о люминесценции. Две небольшие заметки об открытом принципиально новом физическом явлении были опубликованы в 1934 г. в «Докладах Академии Наук СССР». В 1937 г. написанная по совету Вавилова на английском заметка Черенкова была опубликована и в американском физическом журнале «Physical review» (прежде будучи отклоненной редакцией лондонского журнала «Nature»). Эффект был очень быстро подтвержден (качество оборудования в зарубежных лабораториях облегчало эксперимент: например, время экспозиции при фотографировании углового распределения излучения составляло 10 секунд вместо трех суток у Черенкова). Во всем мире установилась соответствующая терминология: «черенковское излучение», «свечение Черенкова». Его употреблял и сам Вавилов. Тем не менее после смерти Вавилова в отечественной литературе была принята формулировка: «эффект Вавилова – Черенкова», «излучение Вавилова – Черенкова».
В 1947 г. на Западе было предложено первое практическое применение черенковского излучения для регистрации заряженных частиц. Имея ряд преимуществ перед всеми существовавшими до этого детекторами частиц, «черенковские счетчики» стали быстро технологически развиваться и вскоре использовались уже не только для регистрации факта появления частицы, но и для определения ее скорости, заряда, полной энергии и других характеристик. В настоящее время «черенковские детекторы» (Cherenkov detectors) являются одними из наиболее распространенных приборов в физике элементарных частиц и широко используются на установках всевозможных типов – от любых ускорителей частиц до гигантских, объемом в кубические километры, датчиков нейтринной астрономии и «черенковских телескопов».