ПЕРО ЖАР-ПТИЦЫ
Кандидаты физико-математических наук Ю. ПОПОВ, и Ю. ПУХНАЧЕВ.
«Чудный свет кругом струится, но не греет, не дымится.»
Вы, конечно, помните, читатель, эти строчки из знаменитой сказки П. Ершова «Конек-горбунок». Возможно, вы пытались вникнуть в физический смысл яркого образа. Не люминесценцию ли описал славный сказочник!
И легенда о жар-птице и размышления Аристотеля над свечением гнилушек и опыты Галилея со светящимися «болонскими камнями» - все это вехи на том пути, который вел ученых к тайнам холодного света.
Их разгадка пришла в век квантовой физики. А за разгадкой последовало все более широкое практическое применение люминесценции.
Об этом и рассказывается в статье.
Кандидаты физико-математических наук Ю. ПОПОВ, и Ю. ПУХНАЧЕВ.
ЛУЧШЕ ОДИН РАЗ УВИДЕТЬ
В своей «Азбуке». Лев Толстой рассказывает притчу об индийском царе и слепых мудрецах, изучавших мир на ощупь.
Однажды царь велел показать мудрецам своих слонов, а потом спросил «Каковы мои слоны?» Один мудрец сказал «Слоны твои похожи на столбы». Этот мудрец щупал ноги. Другой мудрец сказал «Они похожи на веники». Этот щупал хвост. Тот, что щупал спину, сказал «Они похожи на гору». Тот, что щупал хобот, сказал «Они похожи на толстую веревку»
«И все слепые стали спорить и ссориться», - заключает свой рассказ Лев Толстой.
«Глаз, называемый окном души, - это главный путь, которым общее чувство может в наибольшем богатстве и великолепии рассматривать бесконечные творения природы», - говорил Леонардо да Винчи. «По сравнению со зрением слух - немое чувство», - полагал Гете.
И притча Толстого и высказывание Леонардо и афоризм поэта, и пословица о том, что «лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать» говорят об одном - о своеобразной иерархии органов чувств, давно понятой человеком. Ученые переложили эти истины на язык цифр до девяти десятых всей информации об окружающем мире человек получает посредством зрения, а из оставшегося львиная доля приходится на слух.
Примерно в той же пропорции распределились и старания человека усовершенствовать свои органы чувств. Зрительная труба, бинокль, разнообразные телескопы и микроскопы - вот лишь немногие из тех приборов, которыми человек настойчиво вооружал свой глаз. Что касается совершенствования слуха, то здесь вспоминаются лишь звуколокатор да слуховой аппарат, предназначенный скорее не для изощрения слуха, а, подобно очкам, для исправления природных дефектов. По части остальных органов чувств, скажем, осязания, все ограничивается, насколько нам известно, лишь сомнительными примерами шулеров, которые подрезали кожу на кончиках пальцев, дабы обострить ее чувствительность.
С течением веков вооруженный глаз человека видел все лучше, все острее, все глубже, все дальше. Но при этом он смотрел на мир, образно говоря, все через одну и ту же узенькую щелочку. На неограниченной шкале электромагнитных излучений ничтожно малое место занимает участок, в котором лежат длины волн, воспринимаемых глазом, как видимый свет. Длина самой длинной из них - 0,76 микрометра; это красная граница видимого спектра. А 0,4 микрометра - это длина самой короткой из воспринимаемых глазом волн, фиолетовая граница оптического диапазона. Итак, 0,36 микрометра, или 0,00036 миллиметра, - вот ширина участка видимых излучений на шкале электромагнитных волн, ширина той щелочки, через которую человек смотрит на мир.
Что было бы, если бы нашему глазу вдруг стали доступны волны из всего электромагнитного спектра? Это тема не одного научно-фантастического романа.
Мир засверкал бы новыми, инфракрасными и ультрафиолетовыми цветами, невиданными радиокрасками. На месте Солнца мы увидели бы огромный шар величиною с полнеба, играющий оттенками радиоцветов. Новые звезды засияли бы для нас на небосводе - рентгеновские, радиозвезды. Смена дня и ночи выглядела бы переливами незатухающих красок - ведь даже после захода солнца нагретые предметы продолжают испускать инфракрасные лучи. По их блеску без всякого термометра можно было бы определить, тепло или холодно на улице. Маяками мерцали бы радиостанции; люди, работающие там, носили бы специальные радиозащитные очки, как сталевары у плавильных печей. Дома засветились бы изнутри «радиосветом» от приемников и телевизоров. Геологи, пристально вглядываясь в горы, воочию видели бы месторождения радиоактивных элементов по их гамма-излучению. Сапер вышел бы в минное поле с радиофонариком в руках посветив им вокруг, он увидел бы смертоносный металл, зарытый в землю. Совсем нехитрым делом стала бы настройка инфракрасного лазера ученый сфокусировал бы невидимый луч с ловкостью мальчишки, который орудует зажигательным стеклом.
Но это лишь фантазия. Человек не видит ни инфракрасных, ни ультрафиолетовых, ни рентгеновских лучей, ни радиоволн.
А работать с ними необходимо.
Настраивая инфракрасный лазер, ученый должен видеть, как распределена интенсивность излучения по сечению лазерного луча. Проектируя передающую антенну, радиотехник должен ясно представить пространственную картину радио излучения.
Конечно, набравшись терпения, можно точка за точкой промерить некоторый участок пространства и восстановить желанную картину. Но сколько нужно взять точек? Как распределить их в пространстве? А если картина меняется со временем? Нет, лучше бы все-таки один раз увидеть.
Можно ли преобразовать невидимые излучения в видимый свет?
Прежде чем ответить на этот вопрос, займемся другими. Что такое свет? Что такое вещество? Почему светится нагретое тело? Каков механизм этого свечения?
КВАНТЫ И МОЛЕКУЛЫ
Если ограничиться самыми грубыми представлениями, то можно сказать так вещество - это молекулы и атомы, свет - это кванты, порции электромагнитного поля, летящие в пространстве между ними.
В твердом кристаллическом теле молекулы выстроены в строгом порядке, как звезды в созвездиях. Подобно метеорам, между молекулами проносятся кванты света.
Кванты могут поглощаться молекулами, могут и испускаться ими. Не вдаваясь в подробности этих процессов, мы должны отметить важную особенность неделимость кванта. Как половинку разорванного рубля ни один банк не обменяет на полтинник, так ни в одной энергетической операции в микромире не могут фигурировать доли кванта. При соударении с молекулой квант не может поглотиться наполовину - он поглощается только целиком.
Но кванты могут быть различного энергетического достоинства. И подобно тому, как каждая купюра имеет свой традиционный цвет, так кванты излучений разного цвета (речь идет о видимом свете) обладают различной энергией. Чем ближе излучение к красной границе оптического диапазона, тем больше длина и меньше частота соответствующей электромагнитной волны, тем меньше энергия кванта, тем мягче квант, как говорят физики. По мере смещения в синюю сторону оптического диапазона кванты становятся все жестче, их энергия возрастает, частота соответствующей электромагнитной волны увеличивается, а Длина уменьшается.
Поглощая или испуская квант, молекула изменяет свою энергию. О молекуле, поглотившей квант, говорят, что она возбуждена. А самый низкий энергетический уровень, на котором она может находиться, называют невозбужденным.
В возбужденном состоянии молекула не может находиться вечно. Чтобы вернуться в невозбужденное состояние, ей нужно сбросить избыток энергии. Сделать это она может различными путями либо передать избыточную энергию другой молекуле (скажем, столкнувшись с ней), либо излучить в виде кванта.
Но, как было уже сказано, кванты бывают различного энергетического достоинства. Какой же квант предпочтет испустить возбужденная молекула вещества, нагретого до заданной температуры? Такой же, как только, что поглотила? А может быть, более жесткий? Или более мягкий?
Когда нагретое тело светится, основная масса испускаемых квантов (максимум спектра излучения, как говорят физики) приходится на долю квантов некоторой средней энергии. Эта средняя энергия, а также частота и длина соответствующих электромагнитных волн зависят от температуры. Например, максимум спектра порядка двух микрометров соответствует температуре около 1500° К (напомним, что так обозначаются градусы абсолютной шкалы температур), максимум порядка одного микрометра - температуре 3000° К, порядка половины микрометра - 6000° К, и т. д. Как видно, указанные длины волн и абсолютные температуры обратно пропорциональны друг-другу.
Эту пропорциональность легко сделать наглядной, разогревая на огне предмет из достаточно тугоплавкого металла. При температуре около 500° С металл начинает светиться вишнево-красным светом. Это красное каление. Спектр излучения таков, что его максимум находится в далекой инфракрасной области. Среди немногих квантов видимого света преобладают «красные»
Цвет металла, нагреваемого все сильнее, постепенно становится алым, оранжевым, желтым. Наконец, при температуре около 1000° С наступает белое каление. Спектр излучения стал иным. Максимум его, по-прежнему находясь в инфракрасной области, довольно близко подошел к красной границе видимого спектра. Но наряду с «красными» в спектре излучения прибавилось много «зеленых», и «синих» квантов. Смешиваясь друг с другом, лучи всех цветов радуги дают белый свет.
Если температура нагретого тела не меняется со временем, то число квантов, испускаемых и поглощаемых молекулами за единицу времени, остается постоянным. Совсем, как на вокзале, где публика непрестанно обновляется - одни приезжают, другие уезжают, но в среднем число пассажиров остается постоянным. Физики называют такое постоянство динамическим равновесием. Подобная картина в мире молекул и квантов называется равновесным тепловым излучением.
Именно для равновесного теплового излучения характерно все то, что говорилось в этой главе о свечении нагретого тела, о спектре такого свечения, об обратной пропорциональности между абсолютной температурой тела и максимумом спектра его излучения.
А BCE-ТАКИ ОНИ СВЕТЯТСЯ
Взглянув на спектры излучения, приведенные слева, вы, читатель, вероятно, захотите расшифровать графики в соответствии со сказанным в предыдущей главе. Можно, например, по максимуму спектра оценить температуру тела, которое испускает рвет с таким распределением интенсивности по длинам волн. Несложный расчет приводит к выводу температура тела составляет около пяти-шести тысяч градусов.
Не многовато ли? Пять-шесть тысяч градусов - это же температура поверхности Солнца!
Вчитавшись в подпись под рисунком, вы окончательно убеждаетесь, что здесь скрывается, какое-то недоразумение. Ни одно химическое соединение, а тем более органическое вещество не выдержит нагрева до пяти-шести тысяч градусов, разложится и испарится при такой температуре.
Значит, формулы обманули нас? Нет, формулы верны. Но справедливы они, как подчеркивалось, лишь для равновесного теплового излучения. А здесь, как гласит подпись под рисунком, речь идет о люминесценции, о свечении особых люминесцирующих веществ - люминофоров.
Вывод напрашивается сам собой у люминесценции свои законы, отличные от законов равновесного теплового излучения. Говоря точнее, словами немецкого физика прошлого столетия Э. Видемана, люминесценция представляет собой избыток над тепловым излучением тела при данной температуре. Видный советский исследователь люминесценции академик С. И. Вавилов предложил включить в ее определение длительность люминесцентного свечения оказалось, что по этому признаку люминесценцию легко отличать от множества других свечений.
Ясен и другой вывод, подсказанный различием спектров вещество не может люминесцировать за счет равновесной энергии хаотического теплового движения; для возникновения люминесценции требуется, какой-нибудь внешний источник энергии. Так, в привычной люминесцентной лампе люминофор, покрывающий ее стенки изнутри, светится под действием ультрафиолетового излучения газового разряда, горящего внутри лампы. Появлением светящейся картины на люминесцентном экране телевизора мы обязаны пучку электронов, бомбардирующих телеэкран. Наконец, люминесценцию можно возбудить даже таким примитивным способом, как. удар молотком. Желтые кристаллы азотнокислого урана от сильного удара испускают красивый зеленый свет. (Замечательно, что они светятся точно так же, и от облучения синими или ультрафиолетовыми лучами. Это доказывает, что спектр люминесценции определяется химической природой вещества.)
Чем же объясняется своеобразие законов люминесцентного излучения? Быть может, возбуждение молекул вещества и испускание квантов здесь происходят по, каким-то особым законам? Нет, это не совсем так. Элементарные акты возбуждения молекул и испускания света в принципе одинаковы, как в случае теплового излучения, так и в случае люминесценции. Различие в деталях, но по своим последствиям это различие весьма существенно.
Поглотив квант большой энергии, молекула люминесцентного вещества не спешит вернуться в невозбужденное состояние. Полученную энергию она способна сохранять очень долго - в сотни раз дольше, чем молекулы прочих кристаллов и жидкостей. (Чем объясняется столь необычайная бережливость, будет сказано позже.) В конце концов молекула люминофора теряет полученную энергию. Излученный квант оказывается почти таким же, что и поглощенный.
Сказанного достаточно, чтобы объяснить явление, которое с давних пор удивляло людей.
...Еще Аристотель размышлял над холодным свечением гнилушек. Плиний писал о драгоценных камнях, внутри которых светится пламя. В 1602 году сапожник по профессии и алхимик по призванию Кашиарола из Болоньи, прокаливая куски тяжелого шпата, найденные в окрестностях города и надеясь выплавить из них золото, с изумлением наблюдал уже остывшие камни испускали таинственное красноватое свечение. Галилей демонстрировал диковинные камни своим друзьям.
Знаменитый сказочник Ершов, автор «Конька-горбунка», добавил в портрет Жар-птицы несколько эффектных штрихов люминесцентными красками:
Огонек горит светлее,
Горбунок бежит скорее.
Вот уж он перед огнем.
Светит поле, словно днем;
Чудный свет крутом струится,
Но не греет, не дымится.
Диву дался тут Иван.
«Что, - сказал он, - за шайтан!
Шапок с пять найдется свету,
А тепла и дыма нету;
Эко чудо-огонек!»
Удивляться действительно есть чему. На протяжении многовековой истории человек всегда бессознательно отождествлял источники света с источниками тепла.
Солнце, костер, электрическая лампочка - все они и светят, и греют. Нарушение тождества казалось невероятным. «Как может быть, чтоб мерзлый пар среди зимы рождал пожар?» - вопрошал Ломоносов, описывая северное сияние. Размышления привели ученого к выводу «Свет и тепло не всегда взаимно связаны и потому различествуют»
Именно так и обстоит дело с люминесценцией. Она чудесна именно тем, что ее спектр и спектр теплового излучения вещества при данной температуре существенно различествуют.
В самом деле, почему светится гнилой пень в ночном лесу? Дело в том, что и лес, и грибы, и земля тоже светятся, но так, что максимум их теплового излучения при данной температуре приходится на область инфракрасных лучей, человеческому глазу недоступных. В ночном лесу царит привычный мрак. Но гнилушка - это природный люминофор. Энергия, необходимая для люминесценции, здесь высвобождается в химических процессах гниения. Люминесценция - это избыток над тепловым излучением при данной температуре. Максимум этого добавочного люминесцентного излучения приходится на область видимого света, притом оно столь сильно, что вполне заметно невооруженным глазом и воспринимается, как загадочное холодное свечение.
КАК УСТРОЕН ЦВЕТОВОЙ ТРАНСФОРМАТОР
...Знойный летний день. Луг, напоенный ароматом трав. Бык, лениво щиплющий сочную зелень. Эта несколько натуралистичная картина будет неполной, если не сказать о туче оводов и слепней, вьющихся вокруг быка.
Не думайте, читатель, что в статью о люминесценции по ошибке попали строки из материала по животноводству. Беглая зарисовка быка на лугу потребовалась нам для того, чтобы проиллюстрировать некоторые свойства молекул.
Быка мы хотим уподобить остову молекулы, сложенному из ядер атомов, ее составляющих. Тучу зловредных насекомых, вьющихся вокруг быка, - электронному облаку, окружающему ядра.
Как пасущийся бык не остается неподвижным, так и каркас молекулы непрестанно пульсирует ядра колеблются, сближаясь и расходясь, отдельные части молекулы вращаются друг относительно друга, и т. д. Следует заметить, что энергия каждого из таких колебательных и вращательных движений строго определенна, изменяется только размеренными порциями, - как говорят, квантование.
Масса электронов, окружающих каркас из ядер, ничтожна по сравнению с общей массой молекулы. Но в электронном облаке может быть заключена огромная энергия, в десятки и сотни раз превосходящая среднюю энергию теплового движения молекул. Именно в электронное облако поступает энергия большого кванта, поглощаемого молекулой.
Энергию может поглощать и каркас молекулы. В результате становятся более интенсивными различные колебания и вращения ядер. Кванты энергии, соответствующей таким движениям, в десятки раз меньше тех, что поглощаются электронным облаком.
Наконец, электронное облако и остов молекулы могут обмениваться энергией. Как беспощадные оводы и злые слепни, кусая быка, приводят его в возбужденное состояние, так и электронное облако, отдавая свою энергию каркасу молекулы, усиливает его разнообразные колебания и вращения. На мелкие кванты этой колебательной и вращательной энергии в первую очередь и разменивается крупный квант, поглощенный электронным облаком.
Так обстоит дело с одной молекулой, уединенной в нашем мысленном эксперименте. В реальном веществе молекул множество. В газах и жидкостях они бешено сталкиваются друг с другом. Но, и в твердом теле, где молекулы выстроены по узлам кристаллической решетки, они так или иначе взаимодействуют друг с другом.
Каждое соударение, каждое взаимодействие молекул отражается прежде всего на их каркасах. В столкновениях каркасы молекул обмениваются квантами колебательной и вращательной энергии.
Так энергия, поглощенная электронным облаком одной молекулы, быстро распределяется по всему веществу. У подавляющего большинства веществ подобный обмен идет весьма интенсивно.
У люминофоров все не так.
Электронное облако молекул, входящих в их состав, почти не связано энергетическим обменом с каркасом из ядер и притом очень устойчиво. Энергия, поглощенная электронным облаком, надолго застаивается там, не перетекая к остову молекулы. Вот почему, поглотив большой квант, такая молекула не отдает полученную энергию в общее распределение и держит ее долго, пока не ис пустит в виде кванта с такой же, а вернее чуть меньшей энергией.
Поправку «чуть меньшей» сделал в 1852 году английский физик Дж. Стокс, имя которого носит один из законов люминесценции максимум спектра люминесцентного излучения сдвинут в сторону длинных волн по отношению к максимуму спектра поглощения.
Люминесцентные вещества работают, как своеобразный цветовой трансформатор. Понижающий трансформатор - продолжили бы мы это электротехническое сравнение он понижает частоту излучения. Причина такого понижения в том, что электронное облако любой молекулы все-таки не способно сохранить поглощенную энергию в неприкосновенности и отдает ее часть остову из ядер.
Так, под действием ультрафиолетовых лучей неочищенная серная кислота дает голубое свечение, под действием синих - зеленоватое, под действием зеленых - кирпично-коричневое.
Время, в течение которого удерживается поглощенный квант, - важная характеристика люминофора. Чем больше это время, тем дольше светится вещество после возбуждения. Люминесцирующий экран телевизора гаснет сразу, как только нажмешь на кнопку выключателя. Не случайно здесь применены люминофоры с такими свойствами именно поэтому на телеэкране можно воспроизводить быстрые движения, сменяя, как в кино, двадцать с лишним картинок в секунду. А вот сернистый цинк с примесью меди может светиться десять часов и более после того, как погаснет возбудившая его подсветка. Из такого вещества удобно делать самосветящиеся надписи.
Когда температура вещества повышается, то его молекулы начинают двигаться быстрее, чаще и сильнее сталкиваются друг с другом, каркасы молекул приходят в более интенсивное колебательное и вращательное движение. Если при этом остов молекулы деформируется слишком сильно, то искажается и конфигурация электронного облака. Для молекул люминофора это оборачивается катастрофой электронное облако теряет прежнюю устойчивость, а вместе с нею теряются и люминесцентные свойства. Перегрев приводит, как правило, к тушению люминесценции.
Зависимость люминесцентного излучения от температуры может носить пороговый характер. Стоит температуре лишь на несколько градусов превысить некоторое критическое значение и свечение исчезает.
ПОРТРЕТ РАДИОВОЛНЫ
Разные судьбы у научных открытий. Порой с момента самого открытия до его широкого применения в повседневной практике проходят считанные годы. Так было с оптическими квантовыми генераторами - лазерами.
Люминесценция - пример совсем иной судьбы. Удивлявшая еще Аристотеля, она упорно уходила от разгадки. Правда, откупалась она дорогой ценой.
...Вильгельм Конрад Рентген заинтересовался люминесценцией стеклянного корпуса трубки Крукса - прибора, в котором поток электронов падал на металлическую пластинку. Приступая к опытам, Рентген прикрыл дно трубки черным картоном. Каково же было удивление ученого, когда в затененной части стола, куда свет не мог пробиться сквозь плотный картон, засветилась, люминесцируя, бумага, пропитанная платиносинеродистым барием! Так в октябре 1895 года были открыты рентгеновские лучи.
Рентгеновские лучи поначалу объяснялись люминесцентными свойствами стекла. Следуя этой гипотезе, Анри Беккерель решил испытать проникающую способность люминесцентного свечения различных веществ. В коллекции своего деда Эдмонда Беккереля (кстати сказать, автора первых количественных исследований по люминесценции) он нашел образцы солей урана. Ученый клал их на фотопластинку, завернутую в черную бумагу и выставлял на солнце для возбуждения люминесценции. Во время этого исследования выдалось три пасмурных дня; урановые образцы пролежали на фотопластинках, не облученные солнцем. Между тем погода прояснилась и Беккерель вновь приступил к опытам. Как аккуратный экспериментатор, он решил проверить качество фотопластинок и проявил одну из них. Каково же было удивление ученого, когда он обнаружил, что пластинка засвечена! Так в марте 1896 года была открыта радиоактивность урана.
Люминесценция была понята лишь в век квантовой физики. И с этого момента началось ее серьезное и широкое применение (нельзя же принимать всерьез игрушечных зверей из люминесцентных веществ, распространенных в 17-м веке!).
...В отдел технического контроля поступила деталь. Требуется проверить, нет ли на ее поверхности мелких, невидимых глазу трещин. Деталь покрывают пастой из люминесцентного вещества. Затем пасту тщательно стирают и она застревает лишь в трещинах. Когда деталь освещают ультрафиолетовыми лучами, люминесцентное вещество начинает ярко светиться и выдает эти трещины.
...Эксперт-криминалист хочет проверить, не подделан ли документ, не сделана ли надпись на нем поверх стертой. В темноте он облучает подозрительный участок документа ультрафиолетовыми лучами. Светлыми штрихами на бумаге проступают знаки совсем другого текста. Чернила, которыми была сделана прежняя надпись, оказались способными к люминесценции. Крошечные следы чернил остались на бумаге, когда злоумышленник стирал надпись.
...Пациент стоит перед экраном рентгеновского аппарата. Экран покрыт слоем люминофора, который светится видимым светом под действием рентгеновских лучей. Благодаря этому и становится видной картина, которую рисуют, падая на экран, невидимые лучи.
Все это примеры того, как с помощью люминесценции оказалось возможным видеть невидимое. Во всех перечисленных примерах это невидимое испускало видимый свет, поглощая невидимые лучи более высокой частоты. Полное соответствие закону Стокса, о котором говорилось в предыдущей главе. Цветовой трансформатор - люминесцентное вещество - работает только на понижение частоты.
Казалось бы, правило Стокса запрещает видеть электромагнитные излучения, частоты которых меньше, чем у лучей видимого света. Например, заведомо нельзя увидеть радиоволны.
Но успех был достигнут и здесь, правда, в результате обходного маневра. Ученые взяли в союзники сильную чувствительность некоторых люминофоров к температуре (помните эффект тушения люминесценции?).
На эбонитовое кольцо натянута лавсановая пленка. На пленку напылен тонкий слой алюминия. Алюминий покрыт слоем люминофора, чувствительного к температурным перепадам. Люминофор подсвечивается ультрафиолетовыми лучами и в полном соответствии с законом Стокса трансформирует их в видимый свет. Экран испускает неяркое, ровное свечение.
Но вот на экран упала радиоволна со сложным пространственным распределением интенсивности. Алюминиевая подложка поглощает радиоволну и нагревается. Но нагревается она неравномерно - сильнее там, где амплитуда радиоволны больше.
Итак, температура алюминия, а, следовательно и люминофора, которым он покрыт, - увеличилась и кое-где даже превзошла пороговую. Там люминесценция гаснет. На экране темными пятнами проступает весьма контрастный портрет радиоволны.
Так работает радиовизор - оригинальный прибор, позволяющий видеть радиоволны. Его сконструировали ученые Физического института АН СССР имени П. Н. Лебедева, сотрудники лаборатории люминесценции и лаборатории колебаний А. П. Бажулин, Е. А. Виноградов, Н. А. Ирисова, Н. В. Митрофанова, Ю. П. Тимофеев, С. А. Фридман, В. В. Щаенко. Работа потребовала немало времени начатая в 1968 году по инициативе академика А. М. Прохорова, она была закончена в 1971 году.
Радиовизор позволяет видеть радиоволны всех частот чувствительность экрана к той или иной волне определяется лишь мощностью волны. В портрете радиоволны на экране радиовизора можно разглядеть детали порядка десятой доли миллиметра. Если распределение интенсивности в радиоволне меняется не слишком быстро, за время порядка секунды, радиовизор отразит столь медленные изменения.
Итак, радиоволну мы увидели и при этом не вступили ни в, какое противоречие с законом Стокса.
Однако можно спросить, а носит ли этот строгий закон столь уж всеобъемлющий характер?
«В соответствии с законом Стокса, - писал С. И. Вавилов, - принципиально нет никаких препятствий к преобразованию световых лучей с короткими длинами волн в излучения с большей длиной волны. Но возможно ли, что-нибудь сделать в обратном направлении, то есть трансформировать длинноволновые лучи, например, невидимые инфракрасные в коротковолновые, видимые?»
Время дало положительный ответ на вопрос ученого. Превращение длинноволновых лучей в коротковолновые наблюдал в конце пятидесятых годов ленинградский физик, член-корреспондент АН СССР П. П. Феофилов, освещая инфракрасными лучами кристаллы с примесями редкоземельных элементов.
Свечение, наблюдавшееся им, назвали «антистоксовским». Впрочем, среди специалистов бытует другой термин «кооперативная люминесценция»
Суть дела в том, что отдельные редкоземельные ионы, входящие в состав некоторых люминофоров, при определенных условиях могут поглотить один за другим два кванта возбуждающего излучения и перейти на возбужденный уровень, соответствующий кванту двойной частоты. Если частота возбуждающего излучения, будучи удвоена, превзойдет частоты видимого света, то поглощенная энергия сможет быть испущена в виде кванта оптического диапазона.
ЛИТЕР АТУ Р А
Вавилов С. И. Глаз и солнце. М.. Изд. АН СССР, 1961.
Левшин В. Л. и Левшин Л. В. Люминесценция и ее применение. М.. «Наука» (научно-популярная серия). 1972.
Читайте в любое время
