Лев Бобров - В поисках чуда (с илл.)

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?

…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.