Николай Непомнящий - 100 великих событий ХХ века

Сенсационно завершилось погружение в бездны Марианской впадины американского беспилотного батискафа-платформы. Оснащенный мощными прожекторами, высокочувствительными датчиками и телекамерами, он опускался в глубины океана с помощью стальной сети, сплетенной из тросов толщиной 20 мм. После того как батискаф достиг дна, камеры и микрофоны несколько часов не регистрировали ничего существенного. А затем внезапно на экранах телевизионных мониторов в лучах прожекторов замелькали силуэты странных огромных тел. Когда аппарат был спешно поднят на поверхность, часть его конструкций оказалась погнутой.

А в 2004 г. британский журнал «Нью сайентист» подробно рассказал о таинственных звуках в глубинах Тихого океана, засеченных подводными датчиками американской системы слежения SOSUS. Она была создана в годы «холодной войны» для наблюдения за советскими подводными лодками. Специалисты, которые изучали записи сигналов высокочувствительных гидрофонов, выделили на фоне шума, представляющего собой «позывные» различных морских обитателей, некий гораздо более мощный звук, явно издаваемый каким-то существом, живущим в океане. Этот таинственный сигнал, впервые зафиксированный в 1977 г., значительно мощнее и тех инфразвуков, с помощью которых общаются между собой крупные киты на расстоянии сотен километров друг от друга.

Когда-то мир жил без лазеров. Это сейчас достижения квантовой физики, лазерной электроники, компьютерные технологии являются неотъемлемыми составляющими нашей жизни, применяются даже в быту. А у истоков глобальных перемен стояли выдающиеся физики XX века Н.Г. Басов, А.М. Прохоров и Ч. Таунс.

Слово «лазер» – это аббревиатура: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света в результате вынужденного излучения). Лазеры являются принципиально новыми источниками света (а также излучения инфракрасного и ультрафиолетового диапазона), какого не существует в природе. Лазерное излучение когерентно, то есть строго упорядочено по фазе, поэтому его можно очень сильно фокусировать. Для освещения лазеры применять бессмысленно, а вот в измерительной технике, в линиях связи, в компьютерах (для считывания и записи информации на компакт-дисках), в медицине (операции на глазах), в технологическом оборудовании (гравирование, сварка, поверхностная закалка, сверление, резка труднообрабатываемых материалов) они нашли широчайшее применение. Дешевые полупроводниковые лазеры используются даже в детских игрушках.

Лазеры просты по конструкции: активный элемент помещен между двумя строго параллельными зеркалами. Одно из зеркал делают полупрозрачным – для выхода луча. Активный элемент «накачивают» энергией от внешнего источника, возбужденные атомы при соблюдении некоторых условий испускают фотоны согласованно, и лазер рождает почти нерасходящийся луч. Можно сказать, сбылась мечта инженера Гарина из книги Алексея Толстого.

Первыми (1960 г.) были созданы импульсные лазеры с выращенным кристаллом рубина в качестве активного элемента. «Накачка» происходила от газоразрядной лампы.

Советский физик Н.Г. Басов

Американский физик Чарльз Таунс

Сейчас разработано множество типов лазеров – газовые (на инертных газах, на углекислом газе), жидкостные (на красителях), твердотельные (на кристаллах и специальных стеклах), полупроводниковые. Лазерный луч можно получить даже от струи реактивного двигателя или ядерного взрыва.

В 1922 г. в городе Усмани Липецкой области, в профессорской семье Басовых родился мальчик, которого назвали Николаем. Едва закончив школу, он отправился на фронт Великой Отечественной. После демобилизации в декабре 45‑го поступил в Московский механический институт (впоследствии – знаменитый МИФИ). Он понимал, что физика – его наука, несмотря на то, что родители прочили ему карьеру врача. И с 1948 года, наряду с учебой, Николай Басов начинает научную деятельность в лаборатории колебаний Физического института им. Лебедева АН СССР (ФИАН) под руководством профессора Прохорова. Первые его работы относятся к области радиоспектроскопических методов определения ядерных моментов.

Примерно в это же время в США известный ученый Чарльз Таунс, один из «отцов» квантовой физики, работал над тем же, над чем размышляли Прохоров и его подопечный Басов. Одновременно и независимо друг от друга Таунс и Басов с Прохоровым выдвинули и теоретически обосновали принципы усиления и генерации электромагнитных волн квантовыми системами с инверсной заселенностью. Эта теория позволила создать в 1955 г. принципиально новые источники электромагнитных волн микроволнового диапазона – квантовые генераторы, так называемые мазеры, и малошумящие квантовые усилители радиоволн диапазона СВЧ.

Это было одним из важнейших открытий XX века. В 1958 г. Прохоров предложил применять в квантовой электронике рубины и выдвинул идею открытых резонаторов. Эти идеи были использованы при создании источников когерентного света – лазеров. За открытие нового принципа генерации излучения и создание квантового генератора на пучке молекул аммиака в 1959 г. Басову и Прохорову была присуждена Ленинская премия. А исследования по полупроводниковым лазерам и вовсе предопределили интенсивное развитие физики и техники.

Значимость новой науки стала неоспоримой. Сегодня объем производства полупроводниковых лазеров различных типов составляет сотни миллионов штук в год, а стоимость излучателя зачастую не превышает одного доллара. За разработки в квантовой электронике, приведшие к созданию мазеров и лазеров, Прохоров, Басов и Таунс были удостоены в 1964 г. Нобелевской премии.

Басов, не останавливаясь на достигнутом, выдвинул казавшуюся в то время утопической идею лазерного подхода к проблеме управляемого термоядерного синтеза. И уже в 1968 г. он и его сотрудники зарегистрировали нейтроны, полученные лазерным облучением. Эти результаты, представленные Басовым на Международной конференции по квантовой электронике в США (1968 г.), создали почву для международного сотрудничества по лазерному термоядерному синтезу. Под руководством Басова была создана многоканальная лазерная установка «Кальмар», которая обеспечивала симметричное и одновременное импульсное облучение мишеней, содержащих термоядерное топливо. Важнейшим достоинством данного подхода была его полная безопасность.

Лазерные технологии были признаны очень перспективными, и с 1962 года Басов возглавляет разработку устройств квантовой электроники повышенной мощности, ориентированных на использование в обороне страны, в частности, для лазерного поражения воздушно-космических целей. На основе этих разработок ученые создали множество всевозможных типов лазеров – фотодиссоционных (йодных), эксимерных, электроионизационных, химических. Вместе с научным коллективом знаменитого секретного города Арзамас-16 Басов создает сверхмощные йодные лазеры взрывного типа.