Текст книги "Превращения гиперболоида инженера Гарина"
Автор книги: Ирина Радунская
сообщить о нарушении
Текущая страница: 18 (всего у книги 20 страниц)
ПОСЛЕДНИЕ ДА БУДУТ ПЕРВЫМИ
Но у Таунса, оказывается, была еще одна заветная мечта – побывать в МГУ! Да и кто из гостей Москвы не томился тем же желанием? Кто не знает или не слышал о Московском университете на Ленинских горах? Устремив в небо тонкий шпиль и гордо неся на плечах изящные башенки, он широко раскинул свои блистающие сотнями окон крылья. Размноженные миллионными тиражами изображения этого здания стали символом прогресса науки и культуры. Подходя к нему от реки, любуясь его отражением в глади обширных бассейнов, зеленью тенистых рощ, привольно разбежавшихся в обе стороны, вдыхая переменчивый аромат цветников, трудно представить себе, что это не университет, а лишь символ университета, его небольшая, можно сказать, парадная часть.
Конечно, главное здание содержит главные ценности университета. Здесь живут люди. Профессора, преподаватели, студенты и аспиранты. Это в крыльях. В центральной части – обширный и прекрасный зал, украшенный колоннами, клубные помещения с меньшим, но более уютным залом. Подо всем этим нескончаемый вестибюль, а еще ниже – вместительные столовые. Одним словом, здесь помещается то, что принято называть «золотым фондом», и почти все, что нужно для поддержания его блеска. Здесь обычно проводятся научные конференции, пресс-конференции, торжественные заседания, просто вечера отдыха.
Наука, как таковая, занимает здесь сравнительно мало места. Конечно, вечером она проникает и в квартиры и в общежития. Ученые, да и большинство студентов – добровольные рабы науки. Они почти никогда не сбрасывают ее нелегкие цепи. Но днем науке отдана лишь центральная башня, где расположен минералогический музей, и несколько аудиторий, занимаемых главным образом математиками и геологами.
По утрам туристы могут наблюдать поразительную картину. В университет идут одиночки. Зато густые потоки людей выливаются из многочисленных боковых подъездов и растекаются в разные стороны. Неужели здесь учатся по ночам, думает турист, не зная, что все эти люди спешат учить и учиться.
Войдем же и мы вместе с туристами по широким ступеням, пройдем через вестибюль, напоминающий первые станции Московского метро, минуем центральную часть с ее скоростными лифтами и через второй вестибюль выйдем с противоположной стороны здания.
Перед нами откроется широкий, поросший травой и деревьями плац. Слева и справа его замыкают два корпуса. Они похожи друг на друга не меньше, чем изображение в зеркале похоже на отражающийся в нем предмет. Это действительно братья-близнецы. Слева физический факультет, справа – химический. На них нет башенок и шпилей. Это здания-труженики. Сюда по утрам вливается часть людских потоков, так удивляющих туристов, томящихся у фасада. Сюда стремятся тысячи молодых людей со всей Москвы, со всех концов нашей страны и из многих других стран.
Сюда во второй половине дня во вторник приехал профессор Таунс, чтобы прочитать лекцию о квантовой электронике и познакомиться с исследованиями университетских физиков. Если мы хотим успеть на лекцию, придется отложить до более удобного времени знакомство с Московским университетом. Ведь только для того, чтобы обойти территорию, занимаемую «естественными» факультетами, от астрономов на левом фланге до биологов на правом, нам потребовалось бы около часа. И это не заглядывая внутрь. А есть еще гуманитарные факультеты, оставшиеся в старых зданиях в центре города. Да, отложим осмотр университета и зайдем к физикам.
Лекция заезжего профессора обычно не привлекает большого числа слушателей. Много ли скажешь за одну лекцию? Вот если бы курс, тогда открывай пошире двери. И умудренные опытом дамы из учебной части выделили для лекции профессора Таунса Малую физическую аудиторию.
Уже в половине третьего стало ясно, что дамы чего-то не учли. Малая, вмещающая сотни человек, была забита сверх предела, и прилегающие коридоры оказались запруженными грозно гудящей толпой студентов. Пришлось перенести лекцию в Большую физическую. При этом еще раз сработал бессмертный клич: «Последние да будут первыми». Толпившиеся в коридорах заняли первые ряды, а счастливцы, занимавшие нижние скамьи в Малой, оказались в Большой на самой верхотуре. Но такие мелочи не могут испортить настроение студента. В тесноте, да не в обиде! Слова «квантовая электроника» и перспектива увидеть сразу трех «нобелиатов» и услышать одного из них компенсировали все неудобства. Тем более что отличная акустика Большой позволяла всем хорошо слышать и без помощи микрофонов и усилителей.
Дар лектора – особый дар. И никакой конспект, даже написанная им самим книга не заменят непосредственного воздействия хорошего лектора. А профессор Таунс оказался хорошим лектором.
Я передам содержание этой лекции. Не для того, чтобы опровергнуть утверждение о неполноценности конспектов, – это не будет даже конспектом, – а для того, чтобы показать, в каком виде Таунс хотел показать свой предмет слушателям. Мы с вами достаточно подготовлены, чтобы понять ее.
– Внутренняя энергия атомов и молекул, – начал он, – может принимать целый ряд фиксированных значений, характерных для данного типа атомов и молекул. Не будем говорить о всех сразу, а ограничимся какими-нибудь двумя значениями или уровнями энергии. – И он нарисовал на доске одну над другой две горизонтальные линии.
– Переход атома с верхнего уровня на нижний сопровождается излучением фотона. Энергия этого фотона равна разности между энергиями атома в верхнем и нижнем состояниях. Если мы имеем дело с большим числом одинаковых атомов и эти атомы достаточно долго не испытывали каких-нибудь особых внешних воздействий, то атомы будут находиться в таком состоянии, которое можно назвать равновесным. Это значит, что, несмотря на хаотическое движение атомов, число атомов в верхнем и в нижнем энергетических состояниях не будет меняться. Такое равновесие будет сохраняться и в том случае, если система атомов находится внутри замкнутой металлической полости, стенки которой способны излучать и поглощать электромагнитные волны. И система атомов и электромагнитное поле придут со временем к единому равновесному состоянию.
Я слушала и думала, что для нас с читателем это не новость. Ведь помните, в равновесном состоянии, как заметил еще Больцман, число атомов, находящихся в нижнем энергетическом состоянии, всегда несколько больше, чем их число в верхнем состоянии? И каждый атом, находящийся в нижнем энергетическом состоянии, может перейти в верхнее, поглотив из электромагнитного поля один фотон. И каждый атом, находящийся в верхнем состоянии, может перейти в нижнее, отдав полю излишнюю энергию в виде такого же фотона.
Это же подтвердил и Таунс. Он продолжал:
– Вероятность таких противоположных процессов одинакова. Это значит, что атом, находящийся в нижнем энергетическом состоянии, имеет столько же шансов перейти в верхнее, сколько шансов у атома, находящегося в верхнем состоянии, перейти в нижнее под действием того же электромагнитного поля. Но при равновесии число атомов в нижнем состоянии всегда больше, чем их число в верхнем. Казалось бы, если каждый атом имеет одинаковое число шансов перейти вверх или вниз, то в среднем вверх будет переходить больше атомов, чем вниз. Если бы это было так, равновесие должно было нарушиться и число атомов в обоих состояниях стало бы одинаковым.
(Сейчас он, наверно, заговорит об атомах-приемниках и атомахпередатчиках!)
– Эйнштейн объяснил, почему этого не происходит. Он показал, что наряду с переходами под действием поля, сопровождающимся поглощением и вынужденным испусканием фотонов, существует третий процесс – самопроизвольное излучение фотонов. Оно происходит независимо от поля и сопровождается переходом атомов из верхнего энергетического состояния в нижнее. Именно самопроизвольное испускание обеспечивает сохранение равновесного состояния. Все это вместе взятое объясняет, почему в обычных условиях все вещества поглощают проходящие через них волны света и радио. Но отсюда можно усмотреть и то, как заставить вещество превратиться из поглощающего в усиливающее.
(Вот, вот! Самое главное!)
– Для этого надо сильно нарушить тепловое равновесие, – заключил Таунс. – Так сильно, чтобы число частиц на верхнем из двух уровней стало большим, чем на нижнем. Теперь известно много путей достижения этой цели. Это пространственная фокусировка, примененная в аммиачном лазере. Это оптическая накачка, применяемая в рубиновом лазере. Это электрический разряд в газах или электрический ток в полупроводниках.
Но усиление является лишь одной частью задачи. Вторая, не менее важная часть – это генерация электромагнитных волн.
Для генерации нужна обратная связь. Осуществить обратную связь можно различными путями. В оптике и в диапазоне наиболее коротких радиоволн легче всего осуществить обратную связь, помещая рабочее вещество внутрь резонатора.
Любой квантовый генератор содержит рабочее вещество, находящееся в резонаторе, и устройство для приведения рабочего вещества в активное состояние. Фотон, испущенный вдоль оси резонатора, вызовет лавину точно таких же фотонов. Излучение квантового генератора отличается большой монохроматичностью и направленностью. Это определяет разнообразные возможности его применения.
Профессор коротко рассказал о перспективах, открываемых созданием лазеров перед наукой и техникой. Единственное, для чего лазер не предназначен, закончил он, это для убийства и разрушения.
– Я надеюсь, – сказал профессор Таунс, – что килл-лазер (лазер-убийца) никогда не будет построен!
Эти слова вызвали бурный восторг присутствующих. Лекция очень понравилась слушателям своей лаконичностью и простотой. Таунс в нескольких словах как бы подвел итог достижениям новой, замечательной науки.
Поток вопросов, захлестнувший Таунса, был прерван только сообщением о том, что ректор университета уже ожидает гостя.
ЛАЗЕР РОЖДАЕТ ЛАЗЕР
После окончания приема началась научная часть визита Профессор Таунс знакомился с лабораториями физического факультета МГУ. Естественно, что особое внимание он уделил отделению радиофизики, возглавляемому одним из учеников Мандельштама и Папалекси, профессором Владимиром Васильевичем Мигулиным, тем самым, который еще совсем молодым ученым руководил первыми шагами начинающего Прохорова. Мигулин до сих пор сохраняет пристрастие к теории колебаний, особенно к параметрическим колебаниям, которые неожиданно тесно переплелись с квантовой электроникой. Однако основную тяжесть этих исследований нес на себе тогда совсем молодой профессор Рем Викторович Хохлов. (Впоследствии академик, ректор МГУ)
И гость особенно заинтересовался главным направлением исследований кафедры, руководимой Хохловым, – нелинейными оптическими явлениями. Так называются разнообразные эффекты, возникающие, когда свойства вещества зависят от интенсивности действующего на него света. Как и в области радио, нелинейные явления в оптике становятся существенными только при очень больших электромагнитных полях. В долазерную эру оптики имели дело лишь с крайне слабыми полями, и для наблюдения нелинейных явлений приходилось создавать очень чувствительную аппаратуру.
Обсуждая эту ситуацию, академик Вавилов, введший в науку термин «нелинейная оптика», писал: «Физики настолько свыклись с линейностью обыденной оптики, что до сих пор нет даже формального строгого математического аппарата для решения реальных „нелинейных“ оптических задач».
С появлением лазеров, особенно лазеров с управляемой добротностью резонатора, дающих гигантские импульсы света мощностью в миллиарды ватт, нелинейные явления приобретают большое, иногда решающее значение не только для физики, но и для технических применений. Кстати, именно Хохлов со своим сотрудником С. А. Ахмановым написали первую монографию в этой области, суммировав и значительно развив в ней и теорию и математический аппарат, который имел в виду Вавилов. Эта монография, хорошо известная за рубежом, несомненно, была одной из причин интереса Таунса к работам ее авторов.
В предыдущих абзацах мы уже несколько раз применили выражение «нелинейные явления». Иногда совершенно невозможно избежать научных терминов. Однако специальные термины, в том числе и научные, вовсе не засоряют язык. Наоборот, они делают его проще, яснее и позволяют достичь краткости. Одно-два слова заменяют целую фразу, а иногда и несколько фраз.
Представим себе, например, график движения поезда, идущего с постоянной скоростью. Изображая путь, пройденный им за какое-нибудь время, мы получим прямую линию. Опуская слово «прямая», физик говорит о «линейном» законе движения, имея в виду, что пройденный путь пропорционален времени. Если же график изображает путь, пройденный свободно падающим камнем, то мы увидим на нем не прямую, а изогнутую линию. Не вдаваясь в подробности, не уточняя истинной формы этой кривой, физик говорит, что она не прямолинейна. Для краткости он говорит: она нелинейна. Это значит, что путь, пройденный падающим камнем, не пропорционален времени, он связан со временем нелинейной зависимостью.
В воздухе, стекле, воде, в большинстве известных сред путь, пройденный светом, пропорционален времени. Это значит, что скорость света в этих средах постоянна. Для большинства веществ это верно при всех достижимых интенсивностях света, даже для лучей оптических квантовых генераторов. Но есть небольшое количество кристаллов, в которых скорость света меняется в зависимости от его силы. Более того, эта зависимость изменяется, если меняется направление света по отношению к ребрам кристалла и его граням. Такой закон распространения света естественно назвать нелинейным. Иногда слово «нелинейный» относят к самому кристаллу, имея в виду, что закон распространения света в этом кристалле отличен от линейного.
В радиотехнике давно применяют нелинейные зависимости тока от напряжения, наблюдающиеся в радиолампах и полупроводниковых приборах для умножения частоты. Это значит, что, имея ламповый генератор какой-то определенной частоты, можно, не меняя ничего в генераторе, получить колебания с вдвое, или втрое, или даже вдесятеро большей частотой.
Естественно, что после создания оптических квантовых генераторов физики решили получить нечто подобное и в оптике. Ведь до сих пор мощные квантовые генераторы работают только на двух длинах волн – квантовые генераторы с ионами неодима дают инфракрасные волны длиной около одного микрона, и рубиновые генераторы с ионами хрома излучают красный свет длиной около 0,69 микрона. Между тем, удвоив частоту неодимового генератора, то есть уменьшив его волну вдвое – до 0,5 микрона, можно получить зеленый свет, а утроить его частоту – значит получить ультрафиолетовые лучи длиной в 0,33 микрона. И не какие-нибудь лучи, а почти идеальные! Лазер рождает лазер!
Аналогичный результат дает умножение частоты рубинового генератора.
Действительно, пропуская луч квантового генератора через специально выращенные кристаллы, Франкен и его сотрудники смогли зарегистрировать появление излучения удвоенной частоты. Однако коэффициент преобразования был очень мал. Лишь ничтожная доля энергии падающей волны превращалась в энергию волны удвоенной частоты.
Хохлов и его сотрудники глубоко проанализировали это явление и поняли, что причина лежит в различии скоростей обеих волн. В результате действия различных участков кристалла не складываются, а даже частично уничтожаются. Но уравнения подсказали Хохлову выход из положения. Оказывается, в кристалле можно найти направления, в которых падающая волна и волна с умноженной частотой бегут с такими скоростями, при которых все точки кристалла вдоль направления распространения волн действуют согласованно и результаты их действия складываются. При этом очень большая часть энергии падающей волны превращается в энергию волны с умноженной частотой. Так были созданы весьма эффективные оптические генераторы гармоник.
Нелинейные кристаллы могут служить и своеобразными оптическими микрофонами. При их помощи можно модулировать световые волны так же, как при помощи микрофонов модулируют радиоволны для передачи музыки или речи.
Нелинейные оптические явления – это та область, где отчетливо проявляется неразделимое единство двойственной природы света. Все, что только что говорилось об умножении частоты света, выражалось при помощи привычных для радистов волнозых понятий. Но все это можно выразить и иначе.
Действительно, с квантовой точки зрения удвоение частоты выглядит так. Кристалл, обладающий нелинейными свойствами, превращает два кванта малой энергии (два кванта инфракрасного излучения) в один квант вдвое большей энергии (квант зеленого света).
Нелинейные среды способны вызвать еще более удивительные явления. Они могут объединить энергию кванта света – фотона с энергией кванта тепловых колебаний – фонона – и породить фотон с энергией большей, чем первоначальная. Это значит, что, проходя через кристалл, луч света будет отбирать часть тепловой энергии кристалла. При этом энергия света увеличится, а кристалл немного охладится.
Нечто подобное было давно открыто Мандельштамом и Папалекси в Москве и Раманом и Кришнаном в Калькутте. Это известное комбинационное рассеяние света. Но при обычном комбинационном рассеянии одновременно возникают не только фотоны, более энергичные, чем падающие, но в еще большем количестве фотоны, энергия которых меньше энергии фотонов падающего света. В итоге свет передает кристаллу часть своей энергии, и кристалл нагревается. В отличие от давно известных явлений излучение, вызванное комбинационным рассеянием мощных импульсов оптических квантовых генераторов, обладает такой же направленностью и узостью спектра, которая свойственна излучению самих оптических квантовых генераторов. Оно отличается только длиной волны. И именно возможность изменять длину волны заставляет ученых искать все новые и новые среды, пригодные для создания комбинационных преобразователей.
Огромная интенсивность излучения оптических квантовых генераторов позволяет наблюдать много других поразительных эффектов. Но отложим это на будущее. Профессор Таунс должен закончить свой визит в МГУ и спешить в аэропорт. Он улетает в Ленинград, а потом на восток и юг нашей обширной страны. Всюду его и его супругу любезно встречают коллеги, показывая не только лаборатории, но и достопримечательности своих городов и их окрестностей.
Меня очень удивляет, что некоторые круги в США с непонятной настойчивостью внушают американцам выдумки о «замкнутом» советском обществе, о том, что советские люди сторонятся иностранцев, относятся к ним недоверчиво и подозрительно. Тысячи ученых и сотни тысяч туристов, убедившись в лживости этих басен, рассказывают за границей правду о нашей стране. Эта правда, запечатленная в десятках книг и статей, еще и еще раз доказывает всему миру лживость пропагандистов «холодной войны».
Наше традиционное гостеприимство не обошло чету Таунсов. Они посещали не только театры, концерты и цирк. Их приглашали в рестораны и в Дом ученых. Все свободные вечера они проводили в семейном кругу, в квартирах своих старых и новых друзей.
И когда наступил час прощания, провожающие и улетающие желали друг другу не только здоровья и успехов, но и скорой встречи.
ГИПЕРБОЛОИДЫ И ГИПЕРБОЛЫ
Оптические квантовые генераторы в течение нескольких лет занимали главное место в моей жизни. Я не только изучала все, что имеет к ним хоть малейшее отношение, но при любой возможности беседовала о них с самыми разнообразными людьми. Конечно, больше всего с Басовым и Прохоровым и их сотрудниками в ФИАНе. Но иногда удавалось поговорить и с теми, кто делает эти приборы и применяет их в самых разнообразных областях науки и техники.
Вначале меня поразило одно обстоятельство. Я спрашивала об оптических квантовых генераторах, а мне отвечали о лазерах. Люди, которые в книгах и научных статьях писали «оптический квантовый генератор», говорили «лазер». Я, естественно, недоумевала. Но мне сказали: это лабораторный жаргон. Мы знаем, что слово «лазер» – белая ворона в нашем языке. Нужно говорить «оптический квантовый генератор», а сокращенно «окаге». Мы и пишем ОКГ, а по привычке говорим «лазер». И я постепенно привыкла.
Сколько раз вы встречали в этой книге слова «лазер» и «мазер»! Но каждый раз, садясь к пишущей машинке, я, как и мои друзья-ученые, представляла себе указующий перст редактора. Книга подходит к концу. И я пишу «оптический квантовый генератор». И самое большое, на что я могу решиться, – это писать на последних страницах ОКГ.
Пожалуй, нет ничего более поразительного в истории науки, чем быстрота, с которой ОКГ получили путевку в жизнь. Они еще не вышли из пеленок, их еще не выпускал ни один завод, а в научных журналах и даже в газетах уже появились сообщения, одно сенсационней другого.
«Молодой ученый ослеп, попав на расстоянии в 10 миль под луч лазера».
«Окулисты применяют ОКГ для сложных операций по закреплению сетчатки, отслаивающейся от глазного дна».
«Невропатологи применяют сфокусированный луч ОКГ для операций на нервах».
«Хирурги экспериментируют с бескровным световым ножом». (Луч ОКГ, разрезая ткани, вызывает коагуляцию крови по краям разреза, препятствуя кровотечению.)
«Цитологи применяют лучи ОКГ для операции внутри живой клетки».
«ОКГ меняет наследственные свойства простейших одноклеточных существ». (Ученые учатся нащупывать лучом ОКГ отдельные гены, несущие наследственную информацию, и, воздействуя на них, пытаются, пока в простейших случаях, управлять наследственностью.)
Это, так сказать, одно направление. А вот второе.
«Лазер испаряет алмаз».
«При помощи луча ОКГ сверлится отверстие в алмазном фильере» (фильер – тончайший глазок, через который выдавливаются синтетические нити или волочится проволока. Они изготавливаются из наиболее твердых материалов).
«Луч ОКГ сваривает металлы».
«ОКГ испаряет самые тугоплавкие вещества».
Но довольно заголовков. Их не перечесть. Поток их не иссякает, а разрастается, как лавина. Как снежная лавина в горах, как лавина фотонов внутри включаемого ОКГ.
Десятки и сотни ученых, прочитав первые сообщения, устремились в новую, неизведанную область науки. Сотни и тысячи инженеров, почувствовав разнообразнейшие возможности, открываемые лучами ОКГ, по собственной инициативе или по заказу начали разработку различных технических проектов – от вполне реальных до самых фантастических.
Но скоро горячие головы поостыли. Гиперболоиды оказались гиперболами и вернулись во власть фантастов. А острословы среди американских ученых начали упражняться в новых вариантах расшифровки слова «MASER». Вот некоторые из них:
More Applied Scientists Eat Regularen (больше ученых-прикладников едят регулярно).
Money Acquirion Scheme for Expensive Research (способ выколачивания денег для дорогих исследований).
Military Application Seem Extremely Remote (военные применения кажутся крайне отдаленными).
А серьезные ученые и инженеры, те, кто, отдавая все силы, влечет за собой колесницу прогресса, продолжали разрабатывать все более фантастические и вместе с тем совершенно реальные проекты.
Вспомните, сколько раз вы читали о торжественной сбойке туннелей. Глубоко под землей, под городскими улицами или сквозь горный хребет бесстрашные проходчики с двух сторон ведут туннель. И вот они соединились. Вместе с проходчиками торжествуют маркшейдеры. Обеспечить правильный курс горного щита, выдержать безупречную ось туннеля, пожалуй, труднее, чем привести корабль в порт назначения. Штурману помогают звезды и Солнце, а в сумрачную погоду его выручает радио. Под землей ничего этого нет. Есть лишь простейшие приборы и сложная наука, граничащая с искусством. Скоро труд маркшейдеров неизмеримо облегчится. Ось туннеля будет зримо отмечена лучом ОКГ. Если выработку ведет щит, то автоматы, покорные лучу, не дадут щиту отклониться ни на сантиметр.
Кто не видел девушек-геодезистов, переносящих тяжелые треноги своих нивелиров. Недалек тот день, когда портативные ОКГ облегчат и ускорят эту трудную работу не только в романтических экспедициях, но и в буднях бесчисленных строительных площадок. Луч ОКГ поможет железнодорожникам «по ниточке» ровнять железнодорожные рельсы, строителям – возводить стены зданий – словом, он поможет всюду, где нужна точность.
Предельная точность нужна метрологам, людям, посвятившим свою жизнь измерениям. Они стремятся по возможности заменить случайные, сложившиеся исторически системы измерения и рукодельные образцовые меры и эталоны научными системами мер и природными эталонами. Метр заменил фут и аршин. Метровые линейки, хранящиеся в Севре под Парижем и в палатах мер всех промышленных стран, заменили спектральные линии.
Сейчас значение метра выражено через длину волны спектральной линии одного из изотопов криптона с погрешностью, не превышающей одну миллионную. Оптический квантовый генератор на смеси гелия и неона с автоматической подстройкой резонатора способен уменьшить ошибку еще в десятки тысяч раз.
Но еще меньше будет погрешность после подробного изучения нового оптического генератора, созданного в ФИАНе.
Этот генератор работает с удивительным резонатором. Одно из его зеркал заменено рассеивающей матовой поверхностью. Такой резонатор почти не влияет на частоту генерации. Она определяется практически только самим активным веществом. Такой генератор может стать еще более точным эталоном длины.
Тысячу лет служит человеку компас. Но иногда он подводит. То точность мала, то нужны кропотливые работы по устранению девиации – мешающего действия больших масс железа на судах и самолетах. А в высоких широтах магнитный компас совсем выходит из строя. Попав слишком далеко на север или юг, он даже не чувствует, где же находится полюс. Здесь выручает гирокомпас или радионавигация. Но и они не свободны от ошибок. Хуже всего, что ошибка гирокомпаса все более увеличивается со временем. Самолету, который быстро прилетает к цели, это не страшно. Иное дело для морских тихоходов.
ОКГ и здесь не остаются в стороне. Правда, не обычные, а так называемые кольцевые. Впрочем, слово «кольцевые» здесь тоже от лабораторного жаргона. Может ли ревнитель языка согласиться с тем, чтобы кольцом называли треугольник или квадрат? А кольцевой ОКГ Прохорова имеет форму правильного треугольника. Другие ученые предпочитают делать «кольцо» квадратным. Впрочем, большинство инженеров теперь поддерживают прохоровский вариант.
Итак, кольцевой генератор образован тремя зеркалами, укрепленными на жесткой раме так, что каждое из них образует угол 120 градусов с другими. Если поместить между этими зеркалами трубку со смесью гелия и неона и пропустить через нее сильный электрический разряд, то под его воздействием молекулы начнут излучать свет. Только в отличие от обычного, ставшего классическим лазера на рубине, в котором световые волны бегают взад и вперед между параллельными зеркалами, здесь они будут бежать по замкнутому треугольнику, последовательно отражаясь от трех зеркал и вновь и вновь проходя свой путь. Так тоже осуществляется обратная связь, необходимая для поддержания генерации. Ведь волна многократно пробегает один и тот же путь, связывая при этом между собой все молекулы газа, лежащие на ее дороге.
В обычном ОКГ две волны: та, которая первоначально побежала налево, и та, которая в это время побежала направо, объединяются в стоячую волну. В кольцевом ОКГ также объединяется волна, бегущая по часовой стрелке, с волной, движущейся в противоположном направлении. Частоты колебаний в волнах, бегущих в противоположных направлениях, строго одинаковы.
Положим теперь кольцевой ОКГ на вращающуюся платформу так, чтобы ее ось проходила через середину треугольника. При этом обнаружится, что частоты колебаний в обеих бегущих волнах перестанут быть равными. Причем разность частот окажется пропорциональной скорости вращения всей системы.
Именно это и имели в виду ученые. По измерению разности частот они могут очень точно измерять медленные вращения. Если кольцевой ОКГ поместить на корабль, то всякий поворот корабля приведет к появлению разности частот двух световых волн, бегущих внутри ОКГ. Так ОКГ позволяет измерять скорость поворота корабля. Объединив такой оптический измеритель с точными часами, отмечающими время поворота, можно автоматически определить угол, на который повернулся корабль, а именно это и делает компас.
Я предвижу два вопроса. Первый – как оптический гироскоп определяет направление поворота? Ведь он не может отличить поворот направо от поворота налево. Совершенно верно, простой кольцевой ОКГ не может этого сделать. Но если добиться того, чтобы частоты левой и правой волн с самого начала немного различались, то при повороте в одну сторону эта разность возрастет, а при обратном повороте она уменьшится. Добиться необходимого первоначального различия можно многими путями. Пожалуй, проще всего этого можно достичь, поместив на пути лучей кольцевого ОКГ кусок вещества, в котором при прохождении слева направо и справа налево укладывается различное число длин волн.
Такие свойства приобретают некоторые стекла и кристаллы под действием магнитного поля. Это же наблюдается в текущих жидкостях, которые, как заметил еще в 1857 году Физо, увлекают своим течением свет.
Второй законный вопрос состоит в следующем. Не обнаружит ли вращения и обычный ОКГ, если поместить его на ту же платформу, на которой лежит наш кольцевой ОКГ? Расчет показывает, что вращение действует и на обычный ОКГ, но это действие так мало, что обнаружить его практически невозможно. Ученые убедились, что вращение сказывается здесь не непосредственно, а через линейную скорость. И результат получается замысловатый, он зависит от квадрата отношения скорости движения ОКГ к скорости света. А в обычных условиях это величины, перед которыми стоят пятнадцать-восемнадцать нулей! Конечно, никто не станет в таком случае связываться с обычным лазером, если уже создан кольцевой.
Кто не слышал о термояде? Получение управляемых термоядерных реакций обещает навсегда избавить человечество от топливного голода, поможет решить такие злокозненные задачи, как управление погодой и даже климатом. Впрочем, об этом написано множество книг. Естественно, что ученые сразу задумались над применением ОКГ для разогрева плазмы. Мы уже знаем, об этом не раз писалось, что точные измерения Прохорова, Мандельштама и их сотрудников показали, что пока удается достичь лишь полумиллиона градусов. Но еще не все резервы пущены в ход. Конечно, до вожделенных двадцати миллионов градусов предстоит еще нелегкий путь. Ученые, несомненно, пройдут его с честью, и мы еще услышим об их победе. Эта возможность использования лазеров очень важна, но мне, честно говоря, не терпится перейти к одной области, которая меня просто поразила. Впрочем, она поражает и видавших виды физиков. Я говорю о голографии.
