Кванты и музы
Шрифт:
Один из физиков медленно вращал ручку прибора, и изгиб кривой постепенно уменьшался, пока она не превращалась в прямую линию. Затем на месте провала возникал плавный подъём. Действуя очень осторожно, можно было заставить кривую вознестись вверх так, как она только что изгибалась вниз. Потом кривая опять выпрямлялась, и, наконец, на ней снова возникал провал.
Ещё несколько дней назад это казалось очень интересным и важным. Но теперь изящная кривая вызывала досаду и отвращение. Ведь не для этого же, в самом деле, разбирали они прибор, полировали его детали, вновь и вновь откачивали из него воздух!
— Рискнём? — спросил Прохоров.
Басов только кивнул. Движение руки. Стрелка вольтметра подскочила ещё на несколько тысяч вольт.
В который раз медленно вращается ручка прибора. И опять кривая становится прямой и начинает изгибаться вверх. Вдруг на её вершине возникает узкая полоска.
Прохоров и Басов переглянулись. Неужели?!
Всё так же методично движется рука, вращающая рукоять прибора. Медленно увеличивается и расширяется полоска. И вот в её середине отчётливо виден поясок.
Типичный бантик, — сказал один.
Работает, — отозвался второй.
Так в Лаборатории колебаний Физического института Академии наук СССР родился молекулярный генератор, поразительный прибор, сердцем которого был не мотор, не шестерни, не какие-нибудь другие детали. Главную роль в нём играли невидимые глазу молекулы аммиака, которые делали то, чего никто никогда от них не ждал. Они излучали радиоволны.
Именно бантик на капризной кривой и возвестил учёным о долгожданной минуте. Никто не знает, как распространяются слухи. Физики убеждены, что они летят быстрее, чем свет. А это значит, что они не материальны. И на сей раз слух непостижимо проник через стены, полы и потолки. Открылась дверь, и в комнату начали входить научные работники, лаборанты, механики… Каждый хотел взглянуть на бантик, поздравить, а если позволят, и покрутить ручку. Конечно, такой чести удостоились далеко не все. Для этого нужно было пользоваться большим уважением или принять хоть малое участие в работе, которая ещё безнадёжно далека от завершения. И первым по праву положил руку на рукоять прибора Бардин, талантливый механик, сделавший, как говорят физики, «всё железо». А «всё желе зо» — это и тончайший резонатор из специального сплава — суперинвара, и корпус из нержавеющей стали… Бардина сменил Никитин, монтировавший радиосхемы, — радиотехник и студент-заочник, вскоре ставший инженером, а впоследствии научным сотрудником, кандидатом и доктором наук. И только потом к прибору прорвался маститый теоретик и неожиданно для всех закрыл вентиль баллона, из которого поступал аммиак. Бантик исчез и ко всеобщему восторгу возник вновь, как только был открыт вентиль.
— Наука торжествует, — изрёк теоретик и отошёл в сторону.
Так физики праздновали победу. И при этом говорили только о том, что надо проверить, измерить, переделать. И праздник перешёл в трудовые будни. И по-прежнему по утрам уборщица, выметая обрезки проводов и капли олова, вздыхает: «Кванты, кванты…» — и толкует своим подругам, работающим на других этажах:
— А мы запустили молекулярный генератор.
…Научные открытия часто рождаются близнецами. В 1954 году в США заработал прибор, которому его создатель Таунс и его сотрудники Гордон и Цайгер дали странное имя мазер. Оно было составлено из первых букв фразы, описывающей на английском языке принцип действия прибора. После первых сообщений всем стало ясно, что в Физическом институте в Москве и в Колумбийском университете в Нью-Йорке независимо проводилась работа с одинаковым результатом.
Вскоре молекулярный генератор появился и в Институте радиотехники и электроники Академии наук СССР, и в метрологическом институте в Харькове, и во многих других местах. А затем в работу включилась промышленность. Басов и Прохоров были вдохновителями и идейными руководителями всех основных работ в новой области науки, развившейся из их пионерских исследований.
За открытие нового принципа и создание молекулярных генераторов и усилителей Басов и Прохоров в 1959 году были удостоены Ленинской премии.
Вы заметили, мы упомянули о молекулярных
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.