Текст книги "Диалоги (октябрь 2003 г.)"
Автор книги: Александр Гордон
сообщить о нарушении
Текущая страница: 12 (всего у книги 14 страниц)
Обратите внимание, как отличается фотография нейрона, полученная с помощью конфокального микроскопа, от той, которая получена с помощью светового микроскопа. Яркая полоса – это электрод, который мы используем для того, чтобы подсоединиться к нейрону и заполнить его красителем. Такой краситель не убивает клетку, а распространяется по ее отросткам. Теперь мы хорошо видим сому, дендриты и аксон клетки.
На данной анимации вы видите изображения нейрона, полученные при различном фокусе с шагом 2 микрометра. Теперь, если собрать отдельные изображения, то можно сделать трехмерную реконструкцию нейрона.
Сейчас перед вами участок дендрита нейрона, который наполнен кальциевым красителем, и по цветовой кодировке вы видите различные уровни кальция. Красный цвет означает низкий уровень, желтый – более высокий и так далее. Если активировать нейрон, то можно увидеть значительное увеличение кальция в этом дендрите. Кальций является важным ионом в жизнедеятельности клетки и принимает участие во многих физиологических процессах. Он может запускать как процессы, связанные с пластичностью, так и вызвать гибель клетки. Наши нейроны живут по определенной программе, которая управляется различными внешними и внутренними сигналами, и кальций – один из них.
На данном изображении мы видим различные морфологические детали, которые не видны при использовании светового микроскопа, например, дендритные шипики. Мы можем посмотреть, как в них изменяется кальций в реальном масштабе времени, и потом сделать трехмерную реконструкцию изображения.
А.Г. Насколько я помню из предыдущей передачи, которая у нас была, именно через дендритные шипики и передается информация к другим клеткам. Они как бы стоят на границе…
А.С. Да, дендритные шипики – это одна из составных частей возбуждающего синапса. Поскольку синапс – это контакт между нейронами, то и шипики принимают важное участие в передаче сигнала от клетки к клетке. Однако есть синапсы, которые не имеют шипиков. Разговор о них зашел, чтобы показать достоинства нового метода. Например, чтобы узнать, что происходит в мозге в различных условиях с использованием электронного микроскопа, мы должны взять ткань у двух различных животных: контрольного и после воздействия. Но это не совсем правильно, поскольку нужно видеть изменения в одной и той же клетке, что стало возможным с применением лазерной сканирующей микроскопии.
Поскольку речь зашла о синаптической передаче, давайте определим, какую она играет роль в нашем мозге. Итак, нейрон способен генерировать электрический потенциал действия, который, распространяясь по аксону, достигает пресинаптических терминалий. Терминали, или варикозные расширения, содержат везикулы, маленькие пузырьки с нейропередатчиком, который высвобождается в синаптическую щель. Синаптические рецепторы на соседней клетке активируются и приводят к генерации тока в этой клетке. Так нейроны могут передавать сигнал между собой. Таким образом, в данной системе существуют как минимум два типа передачи сигнала – электрический по клеточной мембране, и химический между клетками.
Примерно в конце 60-х годов был описан феномен долговременной потенциации синаптической передачи. Затем была открыта долговременная депрессия синаптической передачи. Ученые ликовали: «Поскольку мозг построен на основе синаптических связей между нейронами, то длительные изменения эффективности синаптической передачи должны являться механизмом обучения и памяти». Так возникла теория синаптической пластичности. Эта теория значительно усилила свои позиции со времени пионерских работ. До сих пор не ослабел поток работ, посвященных открытию новых рецепторов, ферментов, молекул-передатчиков, вовлекаемых в процессы синаптической пластичности. Однако уже более тридцати лет так и не удалось получить доказательства, что именно таким образом хранится память у нас в мозге. Вероятно, мозг организован гораздо сложнее, чем совокупность синапсов, и существуют другие, внесинаптические механизмы обработки информации.
Сейчас вы видите схему синапса. Нейропередатчик высвобождается из везикул, находящихся в варикозном расширении аксона, попадает в синаптическую щель и активирует постсинаптические рецепторы. Классическая схема нейропередачи. Традиционно считалось, что нейропередатчик высвобождается в синаптическую щель, активирует рецепторы и тут же захватывается назад в клетки. Но оказалось, что он может диффундировать и за пределы синаптической щели и активировать рецепторы, расположенные на внесинаптической мембране постсинаптической клетки или даже соседних клеток. Таким образом, если синапс передает сигнал от одного нейрона к другому…
А.Г. Идет утечка информации.
А.С. Можно сказать и так. На самом деле, диффузный нейропередатчик также играет важную роль в передаче информации. Давайте представим, что синапсы работают не в одиночку. В нейрональной сети всегда есть вероятность одновременной активации нескольких соседних синапсов. В таком случае нейропередатчик, покидающий синапсы, может существенно менять свою локальную внесинаптическую концентрацию. Другими словами, нейроны находятся не в вакууме, а пространство между ними заполнено различными веществами, в том числе нейропередатчиками. Эти нейропередатчики могут изменять различные свойства нейронов, их возбудимость, выходную функцию.
А.Г. И в зависимости от идущих сигналов концентрация нейропередатчика может повышаться или понижаться в общей средовой культуре?
А.С. В окрестностях синаптических терминалей концентрация внесинаптического нейропередатчика может меняться в зависимости от активности. Причем, источником нейропередатчика могут быть не только синапсы. Он может высвобождаться глиальными клетками. Вообще говоря, глиальные клетки играют важную роль в нейрональной сети, но это предмет для отдельного разговора.
Таким образом, совокупная синаптическая активность и несинаптическое высвобождение нейропередатчика приводят к тому, что концентрация нейропередатчика постоянно варьируется во внеклеточном пространстве. Возникают локальные флуктуации концентрации нейропередатчика, которые влияют на внесинаптические рецепторы и меняют свойства мембраны нейрональных компартментов. Эти изменения могут играть важную роль и определять механизмы обработки и хранения информации в мозге при неизменной эффективности отдельных синапсов. Давайте представим, что нет пластичности в синапсах, а есть только вот эти внеклеточные флуктуации нейропередатчика, которые активируют внесинаптические рецепторы и изменяют свойства нейрональной мембраны – проводимость, возбудимость, ионные градиенты.
Изменение биофизических свойств мембраны нейрона или его отдельных компартментов (сомы, ответвлений дендритов) при активации внесинаптических рецепторов диффузный нейропередатчик может изменять характеристики входящих синаптических токов (подавление, усиление, укорачивание, удлинение). Причем, эти изменения происходят благодаря свойствам мембраны нейронов, лежащей за пределами синапсов. Так, можно представить, что в условиях неизменной эффективности синаптической передачи, синаптические токи могут быть подавлены или усилены в зависимости от компартмента нейрона посредством внеклеточного нейропередатчика.
Если нейрональная обработка синаптического сигнала будет изменять свои параметры во времени, то этот процесс будет называться «нейрональной пластичностью». Такие изменения могут носить как кратковременный, так и долговременный характер.
Приведу конкретный пример. Внесинаптические рецепторы гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) способны поддерживать постоянный тонический ток. В нашей лаборатории удалось показать, что условия возникновения тонического тока различаются в различных типах нейронов. В возбуждающих нейронах при нормальных условиях ГАМКергический тонический ток отсутствовал, но регистрировался в тормозных. Мы предположили, что это связано с различием в локальной концентрации внеклеточной ГАМК. При эпилептических судорогах у животных этот тонический ток появлялся в обоих типах клеток. Это служит примером долговременного изменения нейрональной обработки сигнала и указывает на роль нейрональной пластичности в патологических состояниях мозга.
А.Г. То есть, это тоже структура, и достаточно устойчивая.
А.С. Если говорить о том, что тонический ток есть в одном типе клеток и отсутствует в другом, то можно провести аналогию с синаптической передачей. Есть активные синапсы, а есть «молчащие». Важно, что ситуация с «тонически молчащими» нейронами может изменяться, как мы это показали при эпилептической активности.
Таким образом, мы приходим к заключению, что в мозге, кроме синаптической нейропередачи, есть диффузная нейропередача, которая обеспечивает нейрональную обработку информации.
А.Г. В другой контур происходит передача информации.
А.С. Можно сказать и так. Существует одна нейрональная сеть, но два параллельных пути передачи информации: синаптический и внесинаптический. Они взаимодействуют между собой, что принципиально важно.
А.Г. Это принципиально важно, поскольку умножает количество вариантов передаваемых сигналов в геометрической прогрессии и делает систему, по сути дела, открытой.
А.С. В принципе, любая биологическая система открытая: будь то синаптическая, внесинаптическая или их комбинация. Важно то, что мы начинаем больше узнавать о мозге. Еще шесть лет назад я сам думал, что обработка информации в мозге происходит благодаря только синаптической передаче и пластичности.
Если мыслить более широко и представить, что синаптическая и диффузная нейропередачи не являются единственными двумя способами передачи информации и что нейроны могут передавать сигнал посредством электрического поля или других неизвестных еще путей, то наш мозг может оказаться намного более сложно устроенным. В связи с этим разумными кажутся не только научная разработка известных направлений, но и поиск новых механизмов работы мозга. Только в этом направление возможен прогресс в объяснении существования разума.
Помимо прочего существует практический аспект данного вопроса. Некоторые лекарства, как мы уже обсуждали, разрабатываются с применением подхода «мозг – черный ящик». Представим, что стал известен эффект этого препарата на синаптическую передачу. На самом деле, это вещество может…
А.Г. Одновременно может вызывать целый ряд изменений и внесинаптической системы…
А.С. Совершенно верно.
Например, известно, что некоторые препараты, которые используются как антиэпилептические, обладают нежелательными побочными эффектами. Мы обнаружили, что эффект таких лекарств на синаптическую передачу делает нейрональную сеть менее возбудимой, а их действие на диффузную нейропередачу оказывается совсем противоположным. Кроме того, дозы лекарств, которые не действуют на синаптическую передачу, назовем их «сверхмалыми», вполне могут оказывать эффект на более «чувствительные» внесинаптические рецепторы.
Важно отметить, что синаптическая и диффузная нейропередачи развиваются по-разному в постэмбриональном периоде. Это не только дает нам новый взгляд на развитие мозга, но и объясняет, почему действия лекарств могут различаться в разные периоды жизни.
А.Г. Скорость передачи информации в диффузной системе меньше, чем в синаптической…
А.С. В зависимости от того, что подразумевается под передачей информации.
А.Г. Сигнал.
А.С. В синапсе информация передается от точки к точке. Синапс соединяет между собой две клетки, и сигнал мгновенно передается от одной из них к другой. Диффузный сигнал может передаваться сразу нескольким клеткам, но ограничен скоростью диффузии. Как посчитать скорость передачи информации? Если мы поделим число клеток, на которые передался сигнал, на время передачи, то может получиться, что диффузная система более эффективна. С другой стороны, информация, переносимая в синаптической и диффузной нейропередаче, качественно отлична. Это два принципиально отличных пути передачи сигнала в мозге.
А.Г. А что входит в круг интересов вашей лаборатории в ближайшее время? Кроме выполнения практических задач по разработке лекарств.
А.С. Мы не занимаемся разработкой лекарств. Наша лаборатория проводит фундаментальные исследования. Есть еще много вопросов, которые предстоит решить на пути понимания механизмов обработки информации мозгом. Было бы интересно, используя парадигму различных систем передачи и обработки информации мозгом, помочь ученым переосмыслить и объяснить непонятные результаты, которые время от времени появляются и обычно кладутся в стол…
А.Г. Поскольку не соответствуют…
А.С. Потому что не укладываются в современную систему знаний и наводят на мысли о сверхъестественном. Если представленную сегодня парадигму суметь донести до ученых и подвести под нее достаточную экспериментальную базу, то это будет уже достижением, которое можно считать законченным.
А.Г. Что я могу сказать – удачи.
А.С. Спасибо.
Эктоны
29.10.03
(хр. 00:38:14)
Участник:
Геннадий Андреевич Месяц – академик, вице-президент РАН
Александр Гордон: …электротехнике уже больше 200 лет. Но что за процессы происходят в электрической дуге – это до сих пор вызывают споры. Наша передача называется «Эктоны и взрывная электронная эмиссия». Вам принадлежит честь открытия эктонов. Не могли бы вы, может быть, начать с этого. Что это такое, и каким образом это объясняет процессы, которые происходят в выключателе всякий раз, когда рука до него дотрагивается?
Геннадий Месяц: Да, действительно, электрическая дуга была открыта больше 200 лет назад. Ведутся споры, кто первый описал это явление. И действительно есть факты, доказывающие, что это сделал наш академик Петров в своей книге по описанию работы так называемого «вольтова столба». Но в серьезной физической литературе это впервые сделал Дэви.
На катоде образуется так называемое катодное пятно, у которого абсолютно необычное свойство. Например, из этого катодного пятна ионы движутся в обратную сторону, то есть положительные ионы двигаются в сторону анода, то есть в положительном направлении. Кроме того, скорости струй такие огромные – миллион сантиметров в секунду, – что дуга должна быть нагрета до миллиона градусов. Очень известный наш московский ученый, российский, покойный, к сожалению, профессор Кесаев в одной из своих книг написал, что, наверное, проще понять, что происходит на Солнце, чем то, что происходит в дуге.
Так вот, все считали, что это катодное пятно, это нагретый до высокой температуры металл, который испускает электроны, то есть, как обычно в электронной трубке телевизора, например, получается электронный луч, испускаемый нагретым катодом. Но наши исследования показали, что эта эмиссия происходит порциями, отдельными небольшими порциями. Длительность этих порций примерно 10 наносекунд, порядка миллиардной доли секунды, и в каждой порции примерно 10-12 электронов. Это можно назвать «электронный кластер» или «взрывной центр». Поскольку это было обнаружено во взрывных центрах, которые образуют на катоде нечто похожее на кратер на Луне, и поскольку оба названия в английском начинаются с букв «эй» и «си», собственно говоря, я и придумал этому название «эктон».
Но, вообще говоря, всё началось не с этого. Всё началось с того, что мы обнаружили эту взрывную электронную эмиссию при исследовании эмиссии электронов из тонкого металлического острия при высоких электрических полях, когда образуется ток автоэлектронной эмиссии. Когда очень высокая плотность тока – миллиард ампер на квадратный сантиметр, – то это остриё не плавится, как обычная проволочка, а взрывается, потому что там выделяется очень большая энергия. И этот взрыв приводит к образованию большого электронного тока, из места, где произошел взрыв, испускается большой электронный ток. Если до взрыва, положим, ток идет порядка одного ампер и даже меньше ампера, то после взрыва – уже сотни ампер и больше.
Когда мы это явление ещё в 60-х годах обнаружили, то стали создавать новый тип электронных приборов, возникла новая электроника, она получила название «сильноточной электроники». Это приборы, которые позволяют получать очень большие электронные токи, вплоть до миллионов ампер: кратковременной длительности, различных размеров, можно сфокусированные токи получать, предположим, десятки миллионов ампер на квадратный сантиметр. Вначале это использовалось для термоядерного синтеза, были очень большие программы и в Советском Союзе, и в Америке. Потом стали получать широкие электронные пучки, мы их стали использовать для накачки лазеров. Фактически, все мощные газовые лазеры, которые сейчас функционируют, вообще говоря, основаны как раз на использовании таких широких электронных пучков, но размерами до многих метров.
Потом стали получать так называемые кольцевые, цилиндрические электронные пучки, для генераторов СВЧ-излучения. Фактически, появилась новая электроника. Есть микроэлектроника, полупроводниковая электроника, а есть вакуумная сильноточная электроника.
А.Г. То есть целая технология возникла.
Г.М. Совершенно верно.
А.Г. Но пока ещё без объяснения того, что происходит.
Г.М. Да. Было ясно, что это взрыв. Было абсолютно ясно, что это взрыв, это взрывной процесс, это электрический взрыв в микроскопическом объеме.
Но было ясно, что процесс не стационарный. Когда уже потом стали более тщательно смотреть, то оказалось, что этот процесс порционный и не просто порционный, но самоподдерживающийся. Когда происходит взрыв, то он создает очень высокое давление, образуется плазма, плазма создает очень высокое давление, порядка 10 тысяч атмосфер на катод, и на катоде образуется, кроме того, жидкий металл. Этот жидкий металл разбрызгивается и, находясь в плазме, капли и струи жидкого металла взрываются уже вторично, то есть получается вторичный взрыв, и получается самоподдерживающийся процесс. Тогда пришла идея, что этот самоподдерживающийся процесс – это и есть электрическая дуга. Тогда уже стали заниматься исследованием дуги, то есть попытались понять уже те явления, которые сотни лет мы все используем. Вы правильно сказали: мы утром встаем, зажигаем свет, вечером ложимся спать, гасим свет, идем в туалет, зажигаем. Так вот, когда мы включаем и выключаем свет, происходят миллиарды электрических взрывов, вот таких, как показано на этом слайде.
Дальше стали думать над другими процессами. Оказалось, что есть очень много абсолютно не объясненных процессов. Например, ТОКАМАКи. В ТОКАМАКах есть очень большая проблема: когда плазма взаимодействует со стенкой, то начинает её через какое-то время разъедать, она, как короед, двигается, и этот металл исчезает. Оказывается, что это так называемая униполярная дуга: при взаимодействии плазмы с этим металлом образуется слой ионов, который создает высокое электрическое поле. И в этом высоком электрическом поле за счет автоэлектронной эмиссии возникают эти взрывы.
То есть, стало возможным объяснить многие явления в электрических разрядах в газе. В частности, некоторые процессы так называемого коронного разряда. Это очень давно известный процесс, открытый ещё в позапрошлом веке. Но там тоже были неясны некоторые эффекты, например, так называемая «корона Тричела». Почему она импульсная? Она то возникает, то исчезает. То есть оказалось, что это явление, которое позволило объяснить многие давно изученные процессы, и как бы внешне изученные. Но никто до нас не мог проникнуть в суть этих процессов.
То есть фактически есть два результата этих исследований. Одно – это создание совершенно новой электроники, очень важной для технологии, для оборонных дел. Например, сейчас можно получать электронные пучки и мощные электромагнитные источники, которые имитируют в небольших объемах взрывы, например, атомной бомбы. Фактически, это одна из технологий, которая позволила вместе с компьютерными методами избежать натурных испытаний. Это с одной стороны. А с другой стороны, мы смогли объяснить целый ряд физических явлений и фактически совершенно по-другому к ним подойти. То есть это уже объяснение явления природы. Вот, собственно говоря, что это такое.
А.Г. А можно чуть подробнее? Что происходит как раз в этот момент, при каких температурах, за какое время? Вы уже начали говорить об этом. Какие нужны приборы при эксперименте для того, чтобы отследить этот процесс? Поскольку он происходит и при очень высокой температуре, как я понимаю, и при сильном токе, и за очень короткое время.
Г.М. Вообще говоря, парадокс состоит в том, что всё происходит просто, в обычном вакууме, между обычными двумя электродами. То есть это плоские электроды, катод плоский и анод плоский. Но когда смотришь под микроскопом, то у самого гладкого катода всегда имеются микроскопические выступы, они небольшие, но они имеются. И когда мы прикладываем между катодом и анодом электрическое поле, то на этих микроскопических выступах электрическое поле усиливается.
Положим, у нас поле миллион вольт на сантиметр, это достаточно обычное поле при приложении кратковременных импульсов. А на микроскопических остриях эти поля усиливаются ещё в сотни раз. То есть, получается примерно сотни миллионов вольт на сантиметр. При таких высоких полях возникает так называемая холодная эмиссия или автоэлектронная эмиссия. Это туннельный эффект, он довольно хорошо исследован. Ещё до появления полупроводниковых приборов его пытались активно использовать для того, чтобы создавать новые электронные приборы.
Но проблема состояла в том, что зависимость плотности тока от приложенного электрического поля настолько сильно экспоненциальна, что этот прибор очень быстро выходил из строя. То есть маленькое перенапряжение, и катод сгорает, катод просто оплавляется, и ничего не получается. И всем казалось, что всё, проблема, так сказать, закрыта, катод использовать нельзя. Но! Мы показали, что в течение короткого времени, когда взрыв произошел, эта плазма, этот взрыв испускает электронный пучок.
Я ещё раз повторяю, вначале катод холодный, но в результате взрыва плазма нагревается практически до миллионов градусов, сам катод нагревается до тысячи градусов, до таких температур, которые приводят к плавлению и испарению. Но этот процесс очень кратковременный – именно процесс нагрева, процесс взрыва длится всего единицы наносекунд, то есть миллиардные доли секунды. Взрыв произошел, смотришь, а на катоде ничего нету, и если не поглядишь в микроскоп, то ничего не увидишь.
Что нужно было для того, чтобы исследовать это явление? Что нам потребовалось, и почему, собственно говоря, взрывная эмиссия была открыта в 66 году? Мы смогли посмотреть всё это в очень мощный усилитель света, использующий электронно-оптические преобразователи, когда можно было регистрировать отдельные кванты. Потому что взрывающаяся масса здесь ничтожная – 10-13 грамма, такова масса, которая при взрыве уходит, и поэтому свечение очень слабое. В 30-е годы обычно смотрели при помощи ячейки Керра так называемой, она очень ослабляла свет, ничего увидеть было нельзя. Только благодаря тому, что мы стали смотреть с экспозицией в наносекунды и с усилением света в миллион ампер, мы смогли наблюдать, как на катоде появляется первое свечение.
Когда потом стали смотреть в электронный микроскоп, мы увидели, что это свечение сопровождается появлением кратера – кратера не видели, пока не было электронных микроскопов. Фактически, наличие электронных микроскопов, то есть прибора, который позволяет иметь высокое пространственное разрешение, и высокоскоростной фотографии, которая позволяет иметь очень большое временное разрешение, наносекундное, позволило это явление открыть. А потом уже, когда появился радиационной метод, методы определения массы и так далее, мы смогли уже определить, сколько граммов на кулон уносится. Но самое главное, я считаю, – это усилитель света с электронно-оптическим преобразователем и очень мощный микроскоп. И осциллограф, естественно, потому что нужно регистрировать очень короткий ток. Я уже говорил, что вся наша электроника работала в наносекундном диапазоне. Сейчас мы перешли уже в пикосекундный диапазон, и тут, конечно, нужен осциллограф с очень высоким временным разрешением.
А.Г. Разве хватает временного разрешения осциллографа для того, чтобы зафиксировать эти процессы с допустимой погрешностью?
Г.М. Сейчас есть осциллографы, которые позволяют регистрировать времена порядка пикосекунд. Но импульсы, которые мы получаем, это электронные пучки, световые пучки, рентгеновские пучки длительностью в сотни пикосекунд. Это уже стало нормальным, обычным явлением. И фактически сейчас появилось новое направление, которое называется «техника мощных пикосекундных импульсов», «техника пикосекундных электронных пучков». Там появляются совершенно новые возможности.
А.Г. Мы об этом чуть-чуть позже поговорим. А пока я хотел задать вам вопрос. Верно ли, что далеко не все разделяют ваш подход к объяснению того, что происходит в вольтовой дуге, несмотря на экспериментальное подтверждение вашей теории?
Г.М. Понимаете, какая ситуация. Когда, например, Лавуазье доказывал, что горение связано с окисление, его идею при жизни так и не признали, считали, что это флогистон… Люди, с которыми мы сейчас живем, всю свою научную карьеру сделали на утверждении, что дуга начинается оттого, что разогревается катод, из катода идет обычная термоэлектронная эмиссия, и так далее. И поэтому очень трудно сейчас признать, что кто-то пришел из другой области, вдруг всё исследовал и всё открыл. Я-то их очень хорошо понимаю, и, в общем-то, есть вещи, о которых мы дискутируем.
Во всяком случае, даже самые отчаянные, так сказать, противники сейчас однозначно признают, что как минимум должен существовать первый взрыв. Потому что всегда есть кратер. Откуда кратер появился? Потом – откуда берутся ионы? При взрыве совершенно очевидно, почему ионы двигаются в другую сторону. Потому что при самом взрыве, очень кратковременном, выделяется энергия до ста тысяч джоулей в грамме, это уже энергия существенно большая, чем энергия взрывчатки. Там уже образуется плазма, плазма образуется при самом процессе разогрева. И там имеются и ионы, и электроны, то есть обычная плазма. И в результате взрыва по инерции ионы летят в противоположную сторону. Этот непонятный эффект так называемых «аномальных ионов» был открыт ещё в 30-х годах. Сначала думали, что это просто пар, а потом наш ученый Плютто в Сухумском физико-техническом институте обнаружил, что это не пар, а ионы. А сейчас мы понимаем, откуда эти ионы происходят.
Во всяком случае, по моим оценкам, было 15 абсолютно непонятных, разрозненных фактов, которые никто не мог объединить в единой теории. Принятие идеологии порционности, эктонности этого процесса привело к тому, что я смог объединить все 15 фактов в единое целое. Ведь квантовая механика тоже не сразу была признана, и, кстати, человек, который получил Нобелевскую премию за теоретическое доказательство квантовой природы света – Эйнштейн – до конца жизни сомневался в том, что кванты – это реальность. И сейчас есть люди, которые сомневаются. Но я опираюсь на факты, причем, на факты, полученные самыми современными методами.
А.Г. Квантовая механика, как бы её ни объясняли и какие бы ни приводили логики для внушения принципов квантовой механики всему человечеству, это всё-таки уже инженерная наука, она работает, с её помощью исчисляются вещи, которые заставляют работать приборы и целые технологии. Вы сказали, что на основе ваших открытий тоже возникает новая технология. А нельзя ли сказать подробнее о перспективах ее развития, что, грубо говоря, наш колхоз может получить от этого явления?
Г.М. Во-первых, из-за того что все приборы работают в импульсном режиме за очень короткие времена, то все приборы – очень компактны. Я могу сказать, что при импульсе напряжения в 200 киловольт требуется обычная высоковольтная линия передачи, огромная, вы знаете, стоят железные столбы и так далее. Так вот, в наносекундном диапазоне такой импульс можно подавать по кабелю в 5 миллиметров, и кабель не будет пробиваться. То есть все приборы становятся очень компактными. Прибор в миллион вольт напряжения имеет размер с этот стул. Это означает, что все высоковольтные технологии, которые известны при постоянных напряжениях, становятся простыми, компактными и дешевыми. При постоянном напряжении для миллиона вольт нужна огромная высоковольтная система размером с эту студию. То есть, фактически, все обычные высоковольтные технологии становятся очень простыми и доступными. Это колоссально, это очень важно.
Второе, это то, что есть параметры, например, электронных пучков, которые другими способами принципиально не достижимы. Какие способы извлечения электронов существуют? Термоэлектронная эмиссия – в лучшем случае можно получить амперы на квадратный сантиметр. Автоэлектронная эмиссия, которая очень устойчива из-за того, что при ней ток сильно зависит от напряженности электрического поля. И существует ещё вторичная электронная эмиссия, это побочный эффект, который мешает.
А здесь – эффект, который позволяет получать огромные, я повторяю, до миллионов ампер, электронные токи, превращать их в энергию высокочастотного излучения, в энергию лазерного излучения, в энергию рентгеновского излучения – фактически, во всех направлениях произошел переворот. Если мы получали раньше рентгеновский импульс для того, чтобы просветить человека, сейчас мы получаем рентгеновский импульс, при помощи которого можем просвечивать, положим, стены толщиной во много метров и рассматривать, что там происходит. То есть, просто трудно переоценить всё это.
Я не говорю уже о лазерах, потому что появление так называемых газовых лазеров с электронной накачкой позволило в миллион раз поднять мощности лазеров. Потому что если раньше лазеры работали при очень маленьких давлениях, порядка несколько миллиметров ртутного столба, то сейчас они работают при десятках атмосфер. А мощность примерно пропорциональна квадрату давления. Это настолько уже всё широко продвинулось, что за это уже стали и премии давать, и ежегодные международные конференции организовывают, и прочее, и прочее.
И надо сказать, что в этой области нам удалось сохранить лидирующие позиции, потому что мы этим стали заниматься в 50-х годах. Это моя студенческая работа была, когда я начал заниматься этой наносекундной техникой. В 63 году, 40 лет назад, была опубликована первая в мире книжка. И у нас сохранилась школа, которая идет от наших физиков, которые работали когда-то в Сибири, в Томске. Многому мы учились у академика Будкера, выдающегося физика, который основал ядерный институт в Новосибирске в 50-х годах.
