Ирина Радунская - Кванты и музы
Вы заметили, мы упомянули о молекулярных усилителях. Да, молекулы породили не только идеальный радиопередатчик, но и бесшумный радиоприёмник. В обычном радиоприёмнике даже при отсутствии помех все время слышно слабое шипение. Это шумят электронные лампы. Молекулы же — самый бесшумный «прибор» на свете. Поэтому молекулярный усилитель улавливает такие далёкие сигналы, которые безнадёжно потонули бы в шуме радиоламп.
Однажды — через несколько лет после описываемых событий — академик Котельников делал доклад о своих замечательных работах по радиолокации планет. Один из слушателей спросил: почему радиолокационный сигнал, полученный им от планеты Меркурий, оказался много яснее, чем сигнал от планеты Венера? Это был далеко не праздный вопрос. Ведь Венера в четыре раза больше Меркурия и она приближается к Земле гораздо ближе, чем он. Следовало ожидать, что сигнал от Меркурия будет гораздо слабее, чем от Венеры.
Ответ Котельникова был прост. Да, сигнал много слабее, но наблюдался он несравненно более ясно потому, что в это время планетный радиолокатор уже был оснащён новым молекулярным усилителем. Этот прибор, основанный на использовании законов квантовой физики, изготовили в Институте радиотехники и электроники АН СССР под руководством профессора Жаботинского.
Всем памятна и первая межпланетная радиосвязь, когда через планету Венера радиотелеграф передал слова ЛЕНИН, СССР, МИР. Это осуществили советские учёные тоже с помощью нового усилителя.
Об этой — радиоастрономической — ветви квантовой электроники мы ещё поговорим подробнее. А сейчас пойдём по пути от мазера к лазеру.
Квантовая радиоэлектроника начала своё триумфальное шествие с радиоволн. Но Басов и Прохоров в Москве и Таунс в Нью-Йорке открыли ей дорогу к световым волнам.
Однако первый успех в этой области пришёл не к ним. Впервые квантовый генератор оптического диапазона построил американский учёный Мейман. Он изготовил из рубина стерженёк, тщательно отполировал и посеребрил торцы, затем осветил его мощной лампой-вспышкой. И свершилось чудо. Из торца стержня вылетел нестерпимо яркий луч красного света! Американцы дали новому прибору имя лазер.
Этот универсальный прибор наших дней на вид странно прост. Почти примитивен. Кусок искусственного рубина или специального стекла… 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 лазерный луч стал незаменимым инструментом для обработки алмазов и сверхтвёрдых сплавов, его применяют для ускорения потоков заряженных частиц и 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 первая совместная работа с Вулом и 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 Наследова и Рывкина в Ленинграде. Ленинградцы первые получили обнадёживающие результаты. Вскоре удивительный ла зер засветился и 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 достойно оценила шведская Академия наук, присудив им Нобелевскую премию.
…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.
— Наша лаборатория, как видите, выросла, но дело, конечно, не в количественном росте. Главное — существенно изменилась тематика, — рассказывает Прохоров. — Прежде для нас важнейшим был молекулярный генератор, от него пошло все мазеростроение. Мы исследовали кристаллы рубина. Создавали сверхчувствительные усилители. Новый этап развития квантовой электроники — создание лазеров, исследование вещества с помощью лазера и для создания новых типов лазеров, применение лазеров в различных областях науки и техники.
Войдём же в Лабораторию колебаний ФИАНа и попытаемся увидеть всё своими глазами.
Сектор мощных лазеров. Здесь всё крупномасштабно — и сами лазеры, и вспомогательные устройства. Лазеры установлены на массивных металлических столах, тянущихся вдоль длинных комнат. Их окружают выпрямители, блоки питания, жгуты электрических проводов, внушительные системы охлаждения. Оптические зеркала и призмы корректируют, направляют луч лазера. В углу лаборатории вижу резиновые калоши на Гулливера — с высоким напряжением работать небезопасно. На рабочих столах — непременно синие защитные очки.
Многие мощные лазеры, созданные здесь, уже работают на заводах. Они сваривают металлы, которые обычным способом не свариваются, например титан и нержавеющие стали. Режут, штампуют, плавят массивные металлические детали, с искусством виртуозов обрабатывают миниатюрные часовые механизмы. Как рассказывает заведующий одним из секторов мощных лазеров профессор Карлов, лаборатория даже занималась раскроем рулонных материалов. Раскрой их лазерным лучом оказался экономически выгодным. Это делается в непрерывном потоке, по точно рассчитанной программе.
— Создание лазеров для промышленности основная наша задача, — говорит Карлов, — но не единственная. Александр Михайлович Прохоров поставил перед нами новую, сложную и пока никем до конца не решённую проблему. Как вы знаете, молекулы веществ колеблются. Частоты колебаний разных молекул различны. Возникла мысль — нельзя ли, раскачав молекулы лазером, разорвать в них внутренние связи и заставить осколки молекул вступить в новые, недоступные обычной химии соединения? Мы реализовали эту идею и осуществили трудную реакцию соединения бора с водородом, получили так называемые высшие бораны. Рождается новая наука — лазерная фотохимия, она поможет получать сверхчистые химические соединения, в том числе избранного изотопического состава. Например, тяжёлую воду без малейшей примеси обычной воды. Это будет переворотом в промышленности будущего. Задача трудная, она ещё в начальной стадии созревания, но в неё вовлечены немалые силы.
Карлов уже выполнил несколько работ, ставших основополагающими в радиоастрономии и радиоспектроскопии. В Крымской астрофизической обсерватории он занимался повышением чувствительности космических приёмников. Когда родились молекулярные генераторы, включился в мизерный проект.
У Карлова три мечты.
— Мне хочется иметь в руках лазерный импульс, — говорит он, — очень-очень-очень большой и посмотреть эффекты взаимодействия его луча с веществом. Это раз. Мне хочется осуществить управляемую лазерным лучом экзотическую химическую реакцию, которая никем никогда не была осуществлена. Два. Мне хочется получить ясность в вопросе лазерного разделения изотопов. Это три.
Три мечты, и каждая — не просто этап в планомерном развитии традиционной области исследований, а скачок в область, где действуют ещё неведомые людям законы. И каждая — фактически уже не мечта, а повседневная работа. Карлов подводит к установке, где осуществляет вместе с сотрудниками разделение изотопов редкоземельного элемента европия. Европий загружается в тугоплавкий тигель. Нагревается до тысячи градусов. Раскалённый газ поступает в стальную камеру — через стеклянное окошко видно оранжевое облачко. Это смесь атомов европия. До рождения понятия «изотоп» эти атомы считались абсолютно идентичными в своём физическом и химическом проявлениях. Но сегодня физики так уже не думают. Они знают: эта идентичность кажущаяся. На самом деле атомы европия бывают двух сортов, двух изотонических составов, чуть-чуть различающихся атомным весом: европий-151 и европий