Текст книги "В поисках чуда (с илл.)"
Автор книги: Лев Бобров
сообщить о нарушении
Текущая страница: 14 (всего у книги 25 страниц)
Накал перед вспышкой
Да, квантовый генератор как прибор уходит своими истоками в радиоспектроскопию и отчасти в радиолокацию. А некоторые его принципы были известны теоретикам даже раньше – задолго до войны.
Возбужденный атом способен разрешиться от «бремени», от переполняющей его энергии двояко: либо добровольно, спонтанно, либо по принуждению – когда проносящийся мимо квант невежливо задевает частицу и пробуждает ее от оцепенения. Во втором случае речь идет об индуцированном (наведенном) излучении. Оно существенно отличается от самопроизвольного тем, что распространяется не куда угодно, а лишь в том направлении, которое задано внешним импульсом. В результате к кванту, наскочившему на атом, добавляется попутчик, устремляющийся в ту же сторону и имеющий ту же частоту: оба спутника, как говорят специалисты, когерентны. А ведь эта их характеристика была известна Дираку еще в 1927 году! Само же явление Эйнштейн предсказал в 1918 году.
Над заманчивой возможностью использовать «навязанную» радиацию размышляли и другие ученые.
«Установлено неизвестное ранее явление усиления электромагнитных волн при прохождении через среду, в которой концентрация частиц или их систем на верхних энергетических уровнях, соответствующих возбужденным состояниям, избыточна по сравнению с концентрацией в равновесном состоянии». Так говорится в дипломе, выданном в 1964 году Государственным комитетом по делам изобретений и открытий СССР Валентину Александровичу Фабриканту, Михаилу Мартыновичу Вудынскому и Фатиме Асланбековне Бутаевой. Мысль, сформулированная в дипломе, родилась у них в 1951 году. Более того: в двух шагах от одного из замечательнейших открытий XX века В. А. Фабрикант, ныне доктор физико-математических наук, стоял еще в 1939 году! Да, именно тогда Валентин Александрович, ученик академика С. И. Вавилова, защитил докторскую диссертацию, опубликованную годом позже, где содержалось теоретическое обоснование ныне всемирно известного явления. Оставалось провести решающий эксперимент, но тут грянула война…
Впрочем, как говорил академик А. М. Прохоров, квантовые генераторы вполне могли появиться и гораздо раньше. Могли. А вот поди ж ты…
Детально разобраться в теоретических и экспериментальных предпосылках, наметить конкретную цель поисков, четко, засучив рукава, разработать весь комплекс идей квантовой электроники, реализовать их, создать приборы и довести дело до конца сумели именно Александр Михайлович Прохоров, Николай Геннадьевич Басов и (одновременно с ними, но независимо от них) Ч. X. Таунс с Дж. Гордоном и X. Цайгером из Колумбийского университета да еще Дж. Вебер (Мэрилендский университет).
Широко известные ныне принципиальные схемы квантовых генераторов в диапазоне видимого света были предложены в 1957–1958 годах учеными СССР (Н. Г. Басов, Б. М. Вул, Ю. М. Попов) и США (Ч. Таунс, А. Шавлов).
Одним из барьеров, отделявших радиоволновые лазеры от оптических, была проблема резонаторов.
Говорят, будто пение тетивы боевого лука натолкнуло наших предков на мысль о сладкозвучных струнах. Потом к распоркам с туго натянутыми на них воловьими жилами приделали ящик с отверстием – звук стал громче, чище. А шедевры знаменитых скрипичных мастеров Страдивари, Амати, Гварнери ценятся именно за качество таких деревянных «ящиков», хотя, казалось бы, источником звука является только струна. Так вот: корпус гитары ли, скрипки ли – резонатор. Он выделяет и усиливает определенный тип вибраций, вызванных струной в воздухе. Примерно так действовал и металлический кожух, окружавший узкий молекулярный пучок («струну») в первом генераторе Прохорова и Басова. Настроенный на какую-то одну волну, он возбуждал и поддерживал именно ее, заставляя лавинообразно разрастаться поток одинаковых радиоквантов, исторгнутых возбужденными частицами. Для этого дистанция между его стенками подбиралась так, чтобы на ней укладывалась ровно одна половинка волны. Или две, три – лишь бы число их было целым.
Если же перейти от сантиметровых волн к миллиметровым, затем микронным (инфракрасный диапазон) и субмикронным (видимый свет), как тогда изготовить основной узел прибора? Неужто придется делать микроскопический ящичек?
В 1958 году А. М. Прохоров предлагает иное, принципиально новое конструктивное решение. Отражающие противоположные стенки, говорит он, могут быть раздвинуты на расстояние, которое в сотни и тысячи, если угодно, в сотни тысяч раз превосходит длину волны-коротышки. Надо лишь, чтобы на нем по-прежнему умещалось целое число полуволн. Чтобы выделить нужную разновидность колебаний, резонатор придется тонко юстировать. Ясно, что полировка торцов требуется идеальная: шероховатости не должны превышать длину падающей на них волны. А боковые стенки не нужны, от былой замкнутой трубки можно оставить лишь зеркальные донца. В наши дни все лазеры работают на основе открытых резонаторов. Боковые отражатели, имеющиеся в генераторах радиодиапазона, здесь отсутствуют. Путь наружу лучу преграждают только торцы. И кванты, которые устремились перпендикулярно к поверхности двух противолежащих зеркал, не смогут до какого-то момента выйти вон. Тысячекратно отражаясь, они будут при столкновении с частицами всякий раз вызывать вынужденное испускание фотона. Такой возвратно-поступательный поток начнет стремительно наращивать свою мощь.
Хорошо, а как же мечущийся туда-сюда луч-пленник вырвется наружу?
Сорок лет тому назад академик С. И. Вавилов и его сотрудник В. Л. Левшин описали замечательное явление. Желто-зеленое урановое стекло внезапно начинало лучше пропускать видимые лучи, когда яркость падающего на него света переваливала за какой-то предел. Правда, увеличение прозрачности не было большим, оно не превышало нескольких процентов, тем не менее открытие советских ученых имело огромное принципиальное значение: ведь коэффициент поглощения считался раньше величиной устойчивой, постоянной. На деле же оказалось, что он способен изменяться. Подобные эффекты нашли применение в лазерах. Созданы специальные оптические фильтры-затворы. Они не дают электромагнитному полю внутри резонатора разрядиться раньше срока. Но как только световой поток достигает огромной 176 мощности, он сам прокладывает себе «зеленую улицу» в веществе.
В других случаях одно из зеркал снабжается глазком – к нему луч, многократно отражаясь, подбирается постепенно.
Не так ли исподволь нараставший накал многочисленных исследований вылился в ослепительную вспышку изобретательской мысли, прорвавшуюся лазерным лучом через заслоны неизведанного?
Потоки когерентного света ведут себя совсем иначе, чем те, с которыми до сих пор имела дело оптика. В лазерном луче кванты равномощны и одинаково направлены; они наступают не редкой разношерстной толпой, не врассыпную, а тесно сомкнутыми шеренгами, как бы в ногу, плечом к плечу. Такая сплоченность боевых порядков способна утроить и учетверить ударную мощь многофотонной фаланги. То ли будет, когда (если!) появятся рентгеновские и гамма-лазеры!
Ультрафиолетовые уже существуют.
Луч можно перекрасить!
Зловонное исчадие выхлопных труб, тянущееся шлейфом позади автомобиля, на темном фоне кажется сизым. Но взгляните сквозь дым на снег: облачко неожиданно предстанет перед вашими глазами… бурым! Ясно, что скопище мельчайших крупинок не обладает собственным цветом – в отличие, скажем, от чернил. Его окраска обусловлена рассеянием света. Правда, облака тоже состоят из крохотных частичек. Между тем плывут над нами восхитительными белоснежными клубами. Вся хитрость тут вот в чем: составляющие их водяные капельки крупнее дымовых – тех, что образованы из дегтеподобной жидкости, возникающей при горении топлива. И рассеивают свет иначе – все волны примерно одинаково, без особого пристрастия к сиреневым тонам.
Открыв эти законы, английский физик Рэлей на грани нашего и минувшего века объяснил многократно воспетую лириками переменчивую окраску неба.
Ее виновники – молекулы воздуха, считал он. Они мельче крупинок дыма и, стало быть, рассеивая солнечный свет, еще пуще выметают из него голубизну, «насыщая» ею атмосферу. Потому-то полуденное небо и напоминает «синий шелк», а солнечный лик с земной поверхности кажется желтее, чем он есть на самом деле. Иное дело утром и вечером. Солнечные лучи по отношению к нам падают уже не отвесно, а косо. Путь, который пробегают они в атмосфере, отбирающей у них синеву, длиннее. Свет достигает наших глаз, уже растеряв по дороге почти весь свой «небесный цвет». Лишившись сине-фиолетового слагаемого своей семицветной гаммы, он проникает в наши зрачки покрасневшим (вспомните «бурый» дым!).
Базируясь на выводах Рэлея, патриарх квантовой физики Макс Планк создал стройную теорию, объяснившую ослабление света при его прохождении через прозрачную, оптически однородную среду. Минули годы, прежде чем обнаружилось: фундаментальная постройка, возведенная двумя крупнейшими зодчими физики, не что иное, как воздушный замок.
Мираж был рассеян нашим соотечественником, впоследствии академиком, видным советским физиком, а тогда совсем еще молодым доктором натуральной философии Леонидом Мандельштамом. Ученый убедился, что оптически однородная среда не способна рассеивать свет. Не отдельные молекулы, равномерно распределенные в объеме, обусловливают цвет неба, ибо они чересчур малы для этого, а их случайные скопления: в газовой среде беспрерывно возникают и тут же рассасываются, умирают и снова рождаются микронеоднородности, флуктуации, когда в одном месте «густо», а по соседству «пусто». Каждый такой мимолетный сгусточек (он меньше длины световой волны) действует под стать дымовой частице. Но если крупинка или капелька – образование устойчивое, долговечное, то локальное уплотнение в газе, напротив, эфемерно, неуловимо быстротечно. Периодически сменяясь разрежением, оно то сильнее, то слабее рассеивает свет. Эта искрометная рябь должна придавать воздушному океану игристость шампанского. Атмосфера должна мерцать! Но если даже газоразрядные лампы, моргающие относительно редко (периодичность – 50 герц) создают иллюзию непрерывного сияния, то стоит ли говорить о более высокочастотных и слабых, к тому же еще микроскопических небесных вспышках? Их не так-то просто обнаружить даже чувствительнейшей аппаратурой.
На чисто физические препятствия накладывались трудности иного толка – сугубо прозаические, материальные. В 1925 году, когда Мандельштам приступил к заведованию кафедрой на физическом факультете Московского университета, лаборатории не могли похвастать первоклассным оборудованием, как сейчас. Порой не хватало самых простых приборов, самых необходимых материалов. В такой обстановке сошлись пути двух советских ученых: Л. И. Мандельштама и Г. С. Ландсберга. Теоретическая зоркость первого и экспериментальное остроумие второго сделали возможным изящное исследование, которое привело к новому замечательному открытию.
Пусть мигания, порожденные уплотнениями, недоступны прямой регистрации. Но они должны проявляться косвенно – в изменении частоты рассеянного света. Именно этот эффект решили проанализировать Мандельштам и Ландсберг. Правда, не в воздухе. В кварце (хрустале). Ибо явление, которое они собирались изучать, универсально, оно имеет место в любых прозрачных средах, в кристалле же его скорее удастся выделить в наиболее чистом виде.
Геометрически правильной пространственной структуре твердого тела свойственны мимолетные самопроизвольные искажения, местные деформации. Всякое случайное уплотнение тотчас же передается, как по цепочке, вширь и вглубь, разбегаясь волной по всему объему. Это фононы («звуковые кванты»). Самого термина тогда еще не знали (его предложил И. Е. Тамм лишь в 1934 году), но периодические возмущения в кристалле были хорошо изучены. Именно они, коллективные движения, а не индивидуальные атомы кварца должны рассеивать свет. Расчеты показали: если впустить в кристалл не белый световой поток, а одноцветный (скажем, фиолетовый), то на его фотоны повлияют те фононы, частота которых равна примерно 10 тысячам мегагерц. Это в 70 тысяч раз меньше, чем у самой рассеиваемой волны (700 миллионов мегагерц), значит, ни о каком резонансном взаимодействии речи быть не может. Зато можно говорить о модуляции.
Воспользуемся акустической аналогией – пусть перед нами дрожит гитарная струна. Начните ритмично покачивать гриф инструмента – вы услышите «биения»: звук то замирает, то усиливается в такт вашим движениям. Наложив низкочастотное колебание на высокочастотное, вы осуществили модуляцию. Нечто подобное ожидалось Мандельштамом и Ландсбергом, разве только в области оптики: у них звуком модулировались электромагнитные колебания. Предполагалось, что рассеянный луч будет отличаться своей частотой (цветом) от первичного на мизерную величину – тысячные доли процента. Но случилось иначе.
Разница в длинах волн оказалась настолько резкой, что никак не укладывалась в рамки прежней теории. Не ошибка ли? Многократная перепроверка лишь подтвердила: налицо неизвестный эффект, которым полностью маскировался тот, ожидаемый.
Не сразу ученые нашли ему объяснение. А когда нашли, то, прежде чем заявить во всеуслышание о своем открытии, решили подвергнуть гипотезу всестороннему испытанию.
В начале 1928 года огромная работа была завершена. Мандельштам и Ландсберг направили описание своих опытов вместе с исчерпывающей теоретической интерпретацией полученных результатов в немецкий журнал «Натурвиссеншафтен» и одновременно в «Журнал русского физико-химического общества». Вскоре рукопись вернулась из Германии: редакция просила сократить ее. Авторы выполнили это требование и снова отослали статью. До выхода номера в свет оставалось несколько недель, как вдруг…
Просматривая мартовскую очередную тетрадь «Нэйчур», Мандельштам и Ландсберг увидели сводку экспериментальных результатов, похожую на их собственную! Сообщение в британский еженедельник пришло с берегов Ганга от Ч. В. Рамана и К. С. Кришнана. Да, они тоже столкнулись с аномальным увеличением длины волны в опытах по рассеянию света, только не в твердом теле, а в жидкостях и газах. Потом выяснилось: индусы, едва получив первые результаты, поспешили отправить в Лондон победную каблограмму. Но чем внимательней вчитывались москвичи в куцую заметку своих калькуттских коллег, тем яснее становилась ошибка индийских физиков. Сообщение называлось «Оптический вариант эффекта Комптона».
Еще в 1923 году американский ученый А. X. Комптон установил, что рентгеновы и гамма-лучи взаимодействуют с веществом не так, как видимые, которые менее энергичны. И уж тем более не так, как радиоволны, которые совсем слабосильны.
Известно, что электрон способен впитать угодившую в него порцию света, возбудиться, а потом, переходя в прежнее состояние, возвратить ее целиком в том же качестве и количестве. У фотона, выпущенного таким образом на свободу, частота (длина волны) остается той же, какой была до «пленения», изменяется лишь первоначальное направление его движения. Гамма-квант – мощнейший сгусток электромагнитного поля. Он не поглощается целиком, а теряет лишь жалкие крохи своей энергии, но и их достаточно, чтобы выбить электрон «из седла». Похоже, будто взаимодействуют не волна и частица, а две корпускулы, сшибаясь, как движущийся бильярдный шар с покоящимся. (Кстати, по словам Сергея Ивановича Вавилова, эффект Комптона есть не что иное, как осуществление лебедевского опыта по световому давлению, только не в макро-, а в микромасштабах – в элементарном процессе.)
Жесткое излучение, покинув атакованное им вещество, оказывается мягче; длина его волны увеличивается.
«Оптическое подобие эффекту Комптона очевидно, – писали Раман и Кришнан, – за исключением одного: мы имеем дело с гораздо большим изменением длины волны…» Вот именно: гораздо большим, чем благодаря эффекту Комптона…
Нет, здесь другой механизм! Перед нами совершенно новое явление, оно не имеет прецедентов среди уже известных науке. Так заявили в своей статье Мандельштам и Ландсберг. Причина кроется не в деформациях решетки, модулирующих световую волну, как считали раньше сами авторы, и не в упругом рассеянии фотонов электронами по Комптону, как думают Раман и Кришнан, а в вибрациях атомов внутри каждой молекулы, то растягивающих, то сжимающих пружинку химической связи. Этот процесс быстрее, энергичней, ему свойственна в сотни раз более высокая частота, чем фононам, – десятки миллионов мегагерц. Потому-то его влияние и сказывается намного заметнее. Частота внутримолекулярных колебаний либо приплюсовывается к модулируемой, либо вычитается из нее. Такая комбинация дает целый набор волн – у одних результирующая частота равна сумме первоначальной и модулирующей, у других – их разности, у третьих сохраняется неизменной. Вращение молекул также накладывает свой отпечаток на излучение, проходящее через прозрачную среду.
Комбинационным рассеянием назвали Мандельштам, и Ландсберг это исключительно важное для исследовательской практики явление, ими открытое и обоснованное. С их толкованием Раман и Кришнан сразу же и полностью согласились.
А в 1930 году Раману вручили Нобелевскую премию.
Вот как комментирует это событие автор исторических очерков о физике А. Ливанова: «Сыграли ли тут роль политические причины – ведь советским ученым в течение многих лет не присуждали Нобелевских премий – или какие-нибудь еще, но так или иначе премию получил один Раман. Решение Нобелевского комитета навсегда останется актом крайней несправедливости. Наши ученые раньше открыли явление, полнее его исследовали, точнее описали и правильнее объяснили». Кстати, знаменитый геттингенский теоретик Макс Борн в знак протеста против дискриминации советских физиков вышел из состава Нобелевского комитета.
Ныне комбинационное рассеяние света, широко используемое в спектроскопии молекул, нашло еще одно применение. Американская фирма «Хьюз эйркрафт» в декабре 1962 года испытала квантовый генератор нового типа. В нем рассеивающей средой служили органические жидкости – бензол и толуол. Прошедший сквозь них луч рубинового лазера подвергся частотному преобразованию, правда, по несколько иным законам, чем в классическом результате Мандельштама и Ландсберга.
Луч лазера вписал новый параграф в классическую главу физики – оптику.
Мощный когерентный поток, ворвавшийся в вещество, подобен цунами. Его электромагнитное поле с огромной силой раскачивает заряды во встречных атомах, изменяя оптические свойства среды в своем собственном ритме. Эти навязанные колебания не остаются в долгу. «Возмутитель спокойствия» тотчас испытывает их обратное воздействие: световая волна удваивает частоту. Она сама себя модулирует! Так с помощью специально подобранных кристаллов можно утроить и учетверить ее периодичность.
Представляете масштабы? Учетверить! В опытах Мандельштама и Ландсберга с кварцем ритм колебаний практически не учащался – увеличение темпа составляло жалкие доли процента. Здесь же – 300 процентов прироста! И надо думать, это не предел.
Уже удалось с помощью того же кварца преобразовать инфракрасный свет в зеленый, красный – в ультрафиолетовый. А если попытаться подобным же способом превратить ультрафиолетовые лучи квантового генератора в рентгеновы?
Лавирование в рентгеновском диапазоне требует нового типа резонаторов. Прежде всего потому, что жесткое излучение пройдет сквозь любые зеркала, не отражаясь и даже почти не «застревая» в них. Кроме того, резонансное поглощение для столь коротковолновых квантов много меньше во всех возбуждаемых средах, с которыми сейчас имеют дело физики. Но может, кто-то найдет принципиально иной подход?
Еще никому не ведома, еще никем не придумана та стратегема, с помощью которой ученые перехитрят упорствующую природу и создадут рентгеновский, а может и гамма-квантовый, генератор; но раз физика не налагает вето на такую возможность в принципе, то отчего же – она, несомненно, будет реализована. Впрочем, разве и без того мало перспектив у лазера?
Пистолет, стреляющий молнией
…Однажды в марте 1965 года с башни высотного здания МГУ раздался неслышный выстрел. Необычный пистолет был нацелен на один из домов в районе Зубовской площади – там находится подстанция Г-6 Арбатского телефонного узла. Над излучиной Москвы-реки протянулся тоненький, бесплотный, бесподобно прямолинейный кабель, состоявший из двух световых жилочек – вторая (обратная) тянулась от Г-6 к АВ-9.
Так началось приобщение лазерного луча к миру современной телефонии. Серийный отечественный газовый (гелий-неоновый) лазер типа ЛГ-34 дает непрерывный красный луч такой яркости, что хорошо виден даже днем. Свет улавливается фотоприемниками. Многие москвичи, говоря по телефону, даже и не догадываются, что их соединила световая линия…
«Качество передачи великолепное, – констатирует организатор эксперимента А. Г. Мурадян. – Мы надеемся вскоре создать целую сеть лазерных телефонных линий, возможно, даже с использованием Останкинской телебашни, откуда световые „провода“ протянутся ко всем узлам столицы».
Емкость светового диапазона баснословно велика: на полосе частот в 400 миллионов мегагерц, охватываемой им, можно одновременно передавать десятки миллионов радио– и телепрограмм, вести миллиарды телефонных переговоров (жителей на Земле сейчас 3 миллиарда).
Чего ж раньше никто не реализовал эти самоочевидные преимущества?
Отсутствовали источники когерентного, монохроматического излучения. Вернее, они имелись, но не в инфракрасной и оптической области спектра. Любая радиостанция дает высокоорганизованный, согласованный поток квантов-близнецов, если только можно назвать так упорядоченный цуг волн. Он способен служить безупречным носителем информации. Чтобы передать сигнал, остается отчеканить на этой череде колебаний определенные знаки в виде каких-то меток.
Вполне понятно, что чем меньше на переносчике естественных изъянов («шумов»), тем реже искажения, которым подвергаются передаваемые им сигналы. Колебания, порожденные квантовым генератором, почти идеальны: форма у них безупречна в своем плавном ритмическом однообразии.
В павильоне «Электроника» на ВДНХ демонстрируется опытная телевизионная установка, где изображение передается не радиоволнами от антенны к антенне, а многометровым световым лучиком, нацеленным в фотоприемник. Лучом серийного лазера ЛГ-24М – одного из многих типов, выпускаемых нашей промышленностью.
С каждым годом растет и разнообразится семья квантовых чудо-приборов, все многогранней становятся и их возможности.
Не далее как в июле 1960 года появился первенец квантовой электроники, работавший в оптическом диапазоне. Его сконструировал инженер американской фирмы «Хьюз эйркрафт» Теодор Мейман. Сердцем прибора был однородный рубиновый кристалл, по форме напоминавший сигарету, только тоньше и короче. Красная световая игла прошивала воздух короткими прерывистыми уколами.
Не прошло и трех лет, как наряду с импульсными появились лазеры непрерывного действия, наряду с кристаллическими – жидкостные и газовые; генерировались как невидимые (инфракрасные и ультрафиолетовые) лучи, так и видимые разных цветов, как мощные, так и слабые. Среди твердых материалов уже не только рубин использовался в качестве сердечника, но и шеелит, флюорит, а также другие минералы, наконец, стекло и пластмасса. В 1964 году на Международной лейпцигской ярмарке демонстрировались советские лазеры тринадцати типов. Сейчас большинство их сходит с конвейера, словно обычные электроосветительные аппараты.
Среди всего этого многообразия квантовых генераторов есть одна их категория, которая заслуживает особого внимания.
В конце 1962 года Н. Г. Басов и Б. М. Вул, объединив усилия своих лабораторий, создали одновременно с американскими учеными первые полупроводниковые лазеры, несмотря на явный скепсис, сквозивший всего несколько лет назад в выступлениях многих ученых на II Международной конференции по квантовой электронике.
Полупроводниковые представители лазерного семейства отнюдь не славятся мощностью. Напротив, они принадлежат к разряду «слабосильных», подобно газовым, только в отличие от них не обладают столь же высокой монохроматичностью генерируемого света. Да и луч их с расстоянием шире раздается в стороны, скорее теряет узость. Чем же тогда они интересны?
Прежде всего вот чем: их к. п. д. гораздо выше, чем у большинства других лазеров. Но это не все.
Мы уже имеем представление о размерах современных квантовых генераторов. Рубиновый «карандашик» в опытах Меймана был четырехсантиметровым коротышкой с диаметром 5 миллиметров. Бывают стержни и побольше. Трубки газовых лазеров достигают десятиметровой длины. Все равно не так много, не правда ли? Ну, а полупроводниковые лазеры – как вы думаете, каких размеров они могут быть?
Микронных. Хотите верьте, хотите нет: за работу примутся едва различимые глазом кристаллики, у которых расстояние между гладкими противолежащими гранями (зеркалами) будет доведено до тысячных долей миллиметра. Такой микроскопический резонатор, сравнимый с длиной волны, в ответ на внешнее «раздражение» способен в миллион раз скорее приходить в состояние «боевой готовности», чтобы выстрелить светом. Когда лазерные кристаллики станут ячейками электронного мозга, быстродействие «думающих» устройств возрастет в тысячи, если не в миллионы раз – до триллионов операций в секунду.
«Создание полупроводниковых квантовых генераторов, – заявил президент Академии наук СССР М. В. Келдыш, – открывает новые перспективы технического прогресса, в частности, в области автоматики и приборостроения».
В 1964 году за эти работы члену-корреспонденту АН СССР Б. М. Вулу, кандидатам физико-математических наук О. Н. Крохину, Ю. М. Попову, А. П. Шотову (все фиановцы), докторам физико-математических наук Д. Н. Наследову, С. М. Рывкину, научным сотрудникам А. А. Рогачеву и Б. В. Царенкову (все из Ленинградского физико-технического института имени А. Ф. Иоффе АН СССР) вручена Ленинская премия.
Однородный, без внутренних дефектов, правильно сформированный кубик из арсенида галлия с ребром в миллиметр – таким крошкой он выглядит уже сегодня, этот поистине драгоценный светоносный камень, сделанный искусными руками советских людей.
Каким он будет завтра?
Вчерашний первенец полупроводниковой квантовой электроники не одинок, у него уже появились собратья – другие карликовые источники неистового света, готовые затмить само Солнце. Соединения галлия, индия, свинца, кадмия с мышьяком, сурьмой, фосфором, селеном, теллуром – все богаче ассортимент лавирующих материалов, все пестрее палитра частот, перекрытых их лучами в видимом и инфракрасном диапазоне.
Множится и семья лазеров – «ветеранов». От синтетического рубина до простого стекла – список твердых тел, рождающих луч, пополняется из года в год.
А газы? Всего лет 13 назад заработал у Прохорова и Басова молекулярный генератор на аммиаке.
В 1960 году советские исследователи В. К. Аблеков, М. Е. Песин и И. Л. Фабелинский, пропустив электрический разряд через смесь ртутных и цинковых паров, десятикратно усилили поток излучения. Пары ртути, цезия, других металлов сейчас успешно применяются в лазерной технике. Гелий, неон, аргон, криптон, ксенон… Наряду с этой благородной когортой мощно засветились кислород, азот с двуокисью углерода, даже пары воды. Правда, в отличие от инертных газов все они испускают излучение не путем электронных переходов, а благодаря колебательным движениям атомов в молекуле – тем самым, которые обусловливают комбинационное рассеяние. Коэффициент усиления у них меньше, поэтому трубки таких лазеров напоминают стеклянные колонны длиной в метры.
Уж коли физики дошли до газов, которыми мы дышим, то не заставят ли они лазировать обыкновенный воздух? А творец первого генератора на инертных газах американский физик Али Джаван поговаривает о создании… огненного лазера! Он считает, что когерентное излучение удастся получить от пламени, возникающего при горении некоторых веществ.
Уж не гаринские ли «пирамидки» шагнут в действительность из утопии Алексея Толстого?
На первый взгляд гаринские чертежи могут показаться чуть ли не патентной заявкой на рецепт квантового генератора. На деле же они не имеют с этим изобретением решительно ничего общего, кроме чисто внешнего сходства. Но если Гарину не удалось предвосхитить принцип лазера, то нельзя отказать в прозорливости другому герою романа – коммунисту Шельге. Правда, слова Шельги касаются применения, а не изготовления прибора: «Опасность величайшая, неизмеримая грозит миру…»
«Икс-оружие», «пушки, стреляющие молнией», «лучи смерти» – за этими названиями, будто сошедшими со страниц фантастического романа, стоят вполне реальные ассигнования Пентагона на разработку наисовременнейших наступательных средств а-ля гаринский гиперболоид (проект «Дефендер»).
В марте 1962 года американский журнал, посвященный авиационной и космической технике, напечатал статью Б. Миллера «США приступают к программам лазерного вооружения».
Бесславно закончилась авантюра Гарина, употребившего гиперболоид на то, чтобы стать властелином мира. Несдобровать и тем, кто захочет сделать новое чудо света слугой тьмы, оружием насилия.
Трудно предугадать судьбы лазера, когда он возмужает, – ведь сейчас он переживает пору своего младенчества. Кто знал лет 60 назад, какое будущее ожидает радиоприемник или электронную лампу?
А вспомните стремительную поступь расщепленного атома и космической ракеты!
Или историю радиолокации.
