Ирина Радунская - Проклятые вопросы
Мейман рассказывал коллегам, что стерженёк сделан из искусственного рубина. Такой же рубин, но ещё более светлый, применяется в мазерах для усиления радиоволн. Лампа-вспышка осуществляет оптическую накачку кристалла.
В поглощении света участвует не весь материал, образующий кристалл, а только ионы хрома, которых здесь лишь доли процента. Свойства рубина подробно изучены при разработке мазеров. Облучая его радиоволной, можно заставить ионы хрома усиливать радиоволны.
Мейман первый догадался, что, облучая рубин светом лампы-вспышки, можно заставить его усиливать свет. Опыт работы с мазерами и статья Таунса (а может быть, он читал статьи Прохорова и Басова) говорили о том, что, применив обратную связь, можно превратить усилитель в генератор — генератор света, действующий совершенно так же, как обычный радиопередатчик. Какой резонатор можно применить при работе со светом, тоже было известно — пару параллельных зеркал. Проще всего отполировать торцы рубинового стержня и прямо на них нанести зеркальный слой серебра.
Новый прибор оказался настолько похожим на мазер, что Мейман в его названии заменил лишь одну букву, превратив мазер в лазер. Буква «л» — сокращение слова «лайт» (свет). Остальные буквы означают «усиление при помощи вынужденного испускания». Он сказал: «Это потому, что принцип действия обоих приборов одинаков. Различаются только диапазоны длин волн, в которых они работают».
В лазере источником света служат миллиарды миллиардов электронов, входящих в состав ионов хрома, рассеянных в толще рубинового стержня. И все эти электроны испускают свет не независимо, не хаотически, не самопроизвольно. Они испускают его под влиянием резонатора — двух посеребрённых торцов стержня — более согласованно, чем звучат скрипки в хорошем оркестре.
Оптики называют такое совпадение основных характеристик световых волн когерентностью. Почти все умопомрачительные достижения лазеров так или иначе связаны с когерентностью. С тем, что вынужденное испускание света отдельными частицами в результате обратной связи оказывается жёстко связанным и вся масса активного вещества генерирует как одно целое.
До появления лазера оптики почти всегда имели дело с не когерентным светом. Лазер впервые показал, что и в оптике слаженный коллектив приобретает качества и возможности, недоступные хаотическому сборищу индивидуальностей.
Физики имели дело с вынужденным испусканием электромагнитных волн в сантиметровом диапазоне радиоволн. Там оно привело к недостижимой ранее стабильности генераторов, к предельной чувствительности приёмников.
Теперь им было ясно, что вынужденное испускание в оптике даёт гораздо больше, чем простое усиление света, о котором писал Фабрикант в своей диссертации. Вынужденное испускание в оптике открывает путь для небывалой концентрации энергии, для её передачи на огромные расстояния с очень малыми потерями, для создания новых систем связи… Впрочем, здесь могут возникнуть перспективы, о которых никто ещё не мечтал.
Первый лазер на вид странно прост. Почти примитивен. Кусок искусственного рубина… Лампа-вспышка, только размерами отличающаяся от применяемых фотографами… И больше ничего. Но один из зарубежных исследователей, случайно попавший под луч лазера на расстоянии мили от него, получил тяжёлое повреждение зрения. Яркость этого луча в миллион раз больше яркости Солнца! Луч лазера мгновенно пробивает отверстие в стальных пластинах. Вот почему он стал незаменимым инструментом для обработки алмазов и сверхтвёрдых сплавов. Его применяют для ускорения потоков заряженных частиц и для управления химическими реакциями.
Басов вскоре после изобретения молекулярного генератора увлёкся идеей создания лазеров на полупроводниках. Здесь открывалась заманчивая перспектива прямого преобразования электричества в световые волны. И уже его мерная совместная работа с Б. М. Вулом и Ю. М. Поповым заложила теоретические основы для построения таких приборов. Но трудности на пути к практике были столь велики, что долгое время в создание лазеров на полупроводниках не верил никто, кроме самих участников работы.
Однако Басов, Крохин и Попов всё же додумались, как, пропуская через полупроводник электрический ток, полностью, почти без потерь, превращать его в луч света. Работа закипела в лабораториях Басова и Вула в Москве и Д. Н. Наследова в Ленинграде. Ленинградцы первые получили обнадёживающие результаты. Вскоре удивительный лазер засветился в США и в СССР. Большой цикл работ советских учёных, приведших к созданию полупроводниковых лазеров, был удостоен Ленинской премии за 1964 год. А потом Басов и его сотрудники опять добились успеха. Их новый лазер светился благодаря бомбардировке полупроводника пучком электронов.
Над созданием и применением новых приборов — мазеров и лазеров — теперь работают тысячи учёных в сотнях лабораторий. Но главную, ведущую роль здесь сыграли Басов, Прохоров и Таунс. Это признала мировая научная общественность. Их деятельность по достоинству оценила Шведская академия наук, присудив им Нобелевскую премию.
НОБЕЛЕВСКАЯ…10 декабря 1964 года… Зал Стокгольмского концертхауса переполнен. Под звуки фанфар входят Басов, Прохоров и Таунс. Учёные идут тем же путём, каким до них входили сюда многие замечательные исследователи.
Этот зал помнит Эйнштейна, Планка, Бора…
Высокий статный старик, король Швеции, приветствует новых лауреатов. Адольф VI, король-профессор, который каждый год брал трёхмесячный творческий отпуск для научной работы, отлично понимал значение открытия, сделанного одновременно и независимо в СССР и США. Но для королевы и её фрейлин, да и для большинства сидящих в зале речь одного из шведских академиков, произнесённая на родном шведском языке, была не более понятна, чем средневековая латынь.
Неудивительно, что в зале шёпотом переговаривались:
Что они изобрели?
Генератор…
Мало ли генераторов на свете?
Но это необыкновенный генератор…
Необыкновенно мощный?
Нет, необыкновенно немощный…
Господи, тогда зачем же он?!
Законный вопрос… Каждый образованный человек знает, что генераторы электрического тока достигли в наши дни огромных мощностей в 300, 500 тысяч и даже в миллион киловатт. Какова же мощность молекулярного генератора? Около одной миллиардной доли ватта! Жужжание комара куда сильнее…
Так что же привлекательного в этом немощном приборе? В своей нобелевской речи Прохоров рассказал о том, что излучение молекул и атомов привлекательно не мощностью, а точностью.
В молекулярном приборе нет радиоламп, конденсаторов, сопротивлений — всех тех деталей, порча которых терзает нервы владельцев радиоприёмников и телевизоров. Нерукотворные молекулы, дружно излучающие электромагнитные волны, сообщают новому прибору свои качества — неизменность и постоянство. Расчёты показывали: с его помощью можно так точно измерять время, как это никогда не удавалось людям раньше. Часы, управляемые молекулами, могут обладать поразительным постоянством хода: ошибка в одну секунду набежит лишь через 3000 лет…
Конечно, в обыденной жизни такие часы ни к чему. Но они необходимы штурманам кораблей и самолётов, нужны для управления космическими ракетами, для решения многих технических задач.
Прохоров подчеркнул, что лазеры и мазеры вобрали в себя самые новейшие достижения науки. Они стоят на трёх китах. Это явление парамагнитного резонанса, открытое академиком Завойским, и особый метод приведения квантовых систем в излучающее состояние, предложенный Басовым и Прохоровым, и техника работ при сверхнизких температурах, разработанная академиком Капицей.
На словах путь к лазеру казался простым и скорым! На самом деле он не менее тернист, чем путь от осознания атомной структуры материи до атомной электростанции, от первых полётов братьев Райт над песками Китти-Хоук до космического старта Гагарина.
Этот путь привёл к революционной ломке прежних физических представлений. Ведь лазер, рождённый сегодняшней действительностью, даже если он совсем невелик по размерам, может излучать свет во много миллионов раз более интенсивный, чем все светильники, предложенные прежней оптикой, вместе взятые, и даже более яркий, чем у гиперболоида инженера Гарина — лазера, придуманного писателем-фантастом.
При взаимодействии такого мощного луча с окружающей средой возникают явления, не предвиденные ни прежней физикой, ни человеческим воображением. Они-то и стали предметом изучения квантовой радиофизики и квантовой электроники — новых областей физики и техники, возникших в результате находок Басова, Прохорова и Таунса.
Сегодня пишутся только первые страницы этой науки. Своим появлением лазеры вызвали рождение новых идей, отраслей знания, дали толчок развитию новых технологических процессов в промышленности.
