Ирина Радунская - Крушение парадоксов

Басов и его сотрудники построили такой лазер. Он состоял из, двух частей — лазера, дающего пикосекундные импульсы с энергией от 10 –3до 10 –2джоуля, и затвора, пропускающего во вторую часть установки только один из этих импульсов. Вторая часть представляла собой, по существу, лазерный усилитель бегущей волны. Его активный элемент располагался в одной из сторон треугольника, образованного тремя зеркалами. Рядом с ним помещалась и кювета с раствором красителя, достаточно концентрированным для того, чтобы полностью исключить возможность самовозбуждения усилительного каскада.

Но как только сверхкороткий импульс, поступавший из первой части установки, просветлял краситель, он, этот маломощный импульс, пять-семь раз обегал треугольник, образованный зеркалами, и выкачивал из активного элемента всю запасенную в нем энергию. Измерения показали, что полная энергия цуга из полученных таким образом пяти или семи сверхкоротких импульсов составляла 18 джоулей. А величина энергии импульса при этом увеличивалась в несколько сот раз!

Установка оказалась рекордной для своего времени. Но в запасе у фиановских физиков есть еще пока не реализованные возможности.

Привычка... Есть ли в мире что-нибудь прочнее привычки? Впрочем, может быть, с ней поспорит доверие к авторитетам. Недаром столько нелепиц тысячелетия слыли истинами только потому, что таково мнение Аристотеля.

Века и века луч света был символом прямизны. Понадобилось мужество Френеля и его уверенность в мощи математики, чтобы признать за светом способность огибать препятствия. Но ученейшие из ученых — члены Французской академии наук — ему не поверили. И выдвигали очевиднейшие опровержения, основанные на многовековом опыте.

Из формул Френеля следовало, что за непрозрачным экраном область тени не появляется внезапно. Как бы набираясь сил, она возникает тонкими полосками, повторяющими контуры экрана и перемежающимися со все более слабеющими линиями света. Все знали, что это предсказание противоречит очевидным фактам. Более того, этот опальный инженер, изгнанный со службы во время наполеоновских Ста дней, этот физик-самоучка, по существу, предсказывал, что за отверстием в непрозрачном экране свет должен перемежаться с темнотой. Такого никто никогда не видел, и все были уверены, что так не может быть.

Рассудил опыт, который к тому времени уже утвердился в качестве высшего авторитета в науке. Но не безликий и безымянный «многовековый», а специально поставленный Френелем вместе с французским физиком Арго, простой, наглядный и доступный каждому, по крайней мере каждому студенту университета. И нехитрый опыт, и волновая теория Френеля вошли в золотой фонд науки. Их не опровергли, а лишь дополнили труды многих поколений ученых. Темперамент, по-видимому, более чем что-либо другое, определяет, займется ли человек развитием, дополнением, уточнением чужих результатов или ему предстоит выдвигать и отстаивать свои собственные новые идеи.

Не успел Гурген Ашотович Аскарьян по-настоящему акклиматизироваться в Физическом институте АН СССР имени Лебедева, как его новые друзья поняли — такой не удовлетворится развитием и уточнением. Вопрос: «Что будет, если?..» — не возникал у него только тогда, когда к данному случаю лучше подходил вопрос «почему?». А правильно поставленный вопрос — это половина ответа. И Аскарьян не успокаивался, пока не находил вторую половину.

Среди множества вопросов, преследовавших Аскарьяна и многих, на которые ему удалось найти ответ, к теме нашего рассказа относится такой: что будет, если луч лазера попадет в прозрачную для него среду? Природа среды неважна, существенна прозрачность. Не должно быть потерь энергии. Они только затуманят вопрос, восходящий еще к академику Вавилову: как влияет вещество на свет, если мощность света велика?

Размышления... Сопоставления, казалось бы, далеких фактов... Наскоро написанные и зачеркнутые формулы... Уныние и надежды... И вдруг озарение. Всегда вдруг. Вывод, от которого отскакивают все возражения.

На этот раз ответ гласил: должно существовать множество прозрачных веществ, в которых лазерный луч не будет расходиться, как следовало бы ожидать на основе бесспорной теории Френеля.

Нет, Аскарьян не думал опровергать теорию Френеля. Он не сомневался в ней. Просто он понял, что в наш лазерный век условия изменились. На авансцене появились новые силы, совсем незнакомые Френелю. Силы, бывшие в то время второстепенными, вышли на первый план.

Давно забытый астроном Снеллиус установил закон преломления света. При переходе границы между двумя прозрачными средами падающий луч изламывается, давая начало преломленному. Первоначально ученые имели дело только с переходом света из воздуха в другую прозрачную среду или обратно — из такой среды в воздух. Угол между падающим и преломленным лучами в таких случаях определяется только свойствами среды. Точнее, лишь одной ее характеристикой, называемой показателем преломления.

Великий Максвелл считал эту величину одной из важнейших постоянных и ввел ее в свои знаменитые уравнения. Впрочем, уже в то время было известно, что показатель преломления не является постоянной величиной в полном смысле слова. Для каждого вещества он неизменен только при определенных внешних условиях. Он изменяется с температурой и давлением, под действием электрического и магнитного полей. Это знали все мало-мальски знакомые с оптикой. В свое время ученые, интересовавшиеся оптикой, в достаточной мере выяснили, как зависит показатель преломления от внешних условий.

Аскарьян знал, что лазеры открыли широкий путь в область, в которую еще не входил никто, кроме Вавилова и его учеников, — в область нелинейной оптики. Да и они лишь вступили на ее порог, только доказали реальность ее существования. В этой неизученной области «постоянные» величины изменяются даже при абсолютно неизменных внешних условиях. Они зависят от мощности самого света, и остро чувствуют его изменения.

Правда, при жизни Вавилова источники света были столь маломощны, что потребовалось все его искусство, чтобы продемонстрировать реальность таких процессов.

Но теперь положение в корне изменилось. Мощность лазерного луча может быть столь велика, что от него должен зависеть показатель преломления. А раз так, лазерный луч должен при известных условиях сам себя изгибать!

«Прежде всего это должно выявиться, — думал Аскарьян, — в отступлении от френелевских законов распространения света».

Из законов Френеля следует, что в оптике многое, кажущееся совсем простым, совершенно недостижимо. Например, никому не удастся получить совершенно параллельный пучок света, вырезав при помощи узкого отверстия середину почти параллельного пучка. Если первоначальный пучок выходил из широкого отверстия, то трудно установить, параллелен он или нет. Но если отверстие, при помощи которого вырезается узкий луч, достаточно мало, то установить не параллельность выходящего из него луча не составляет труда. Нужно лишь отойти достаточно далеко от отверстия.