Нил Тайсон - На службе у войны: негласный союз астрофизики и армии

Слово «лазер» – это аббревиатура, образованная из первых букв слов Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation («усиление света с помощью индуцированного излучения»), У лазера есть «брат» – мазер, буква «м» в названии которого означает «микроволновое излучение» [327]. В природных условиях на Земле ни в оптическом, ни в микроволновом диапазоне такого усиления не происходит. В обоих случаях причиной его является взаимодействие фотонов с некоторыми атомами, в которых электроны поглощают и излучают фотоны одного и того же вида. Задача заключается в том, чтобы генерировать как можно больше идентичных фотонов и затем направлять их наружу через отверстие. В лазере фотоны одной и той же частоты накапливаются в специально предназначенной для этого полости и излучаются в резонансе друг с другом, то есть так, что гребни и впадины всех световых волн совпадают. Физики называют такое состояние «когерентностью», и именно оно является причиной высокой интенсивности сфокусированного лазерного луча.

Идея лазера впервые появилась в художественной литературе, в частности в написанном в 1898 году романе Г. Дж. Уэллса «Война миров», вдохновившем множество фильмов и переделок. В романе она приобрела форму смертоносного «теплового луча», которым марсианские завоеватели, приземлившиеся близ Лондона, «безжалостно размахивали», сжигая все и вся на своем пути. Закованные в броню шарообразные пришельцы – стофутовой высоты «паровые котлы на ходулях <���…> шагающие как люди», применяли «невидимый тепловой луч», испускаемый «похожим на камеру генератором». Один солдат, видевший действие теплового луча вблизи, так выразился по адресу британских двенадцатифунтовых орудий, которые были выставлены для отпугивания захватчиков: «Это все равно что лук и стрелы против молнии» [328].

В течение нескольких десятилетий после выхода в свет «Войны миров», в особенности после мрачных событий Первой мировой войны, «тепловой луч» трансформировался в более общую идею «луча смерти» и превратился в постоянно возвращающуюся военную фантазию, или, скорее, кошмар. В 1924-м, в свои антивоенные годы, проведенные на задних скамейках парламента, Уинстон Черчилль в многократно перепечатывавшейся журнальной статье предупреждал, что среди вооружений предстоящей войны будут «электрические лучи, парализующие двигатели автомобилей, заставляющие падать аэропланы и теоретически разрушительные для человеческого зрения и самой жизни». Представители высшего эшелона британских властей, разрабатывавшие стратегию защиты страны, не устояли перед искушением этой фантазии, и Черчилль, ярый пропагандист оборонительных вооружений, стал добиваться ее воплощения в жизнь. Альберт Персиваль Роу, помощник директора Департамента научных исследований ВВС, которому вскоре предстояло и самому занять пост директора отдела телекоммуникационных исследований, так описывал реакцию британских военных:

На протяжении многих лет вопрос о «лучах смерти» регулярно поднимался оптимистически настроенными изобретателями. Изобретатель обычно сообщал, что лучи из построенного им секретного устройства (которое мы в Министерстве авиации называли «черным ящиком») убивают крыс на близком расстоянии и что, если только дать ему достаточно времени и денег – в особенности денег, – он, без сомнения, изготовит большее и лучшее устройство, способное уничтожить любой объект, например самолет Все изобретатели неизменно просили денег прежде, чем начинать какое-либо обсуждение своих идей. Министерство решило эту проблему, пообещав £1000 любому владельцу «черного ящика», который сможет с его помощью поразить овцу с расстояния в 100 ярдов; раскрывать секрет изобретения при этом не требовалось. Предложение не вызвало каких-либо изменений в статистике смертности среди овец [329].

Тем не менее интерес к «лучам смерти» не угасал. Учитывая быстрый прогресс в технике передачи радиоволн и в электрификации городов, Генри Вимперис, начальник Роу в Департаменте научных исследований, писал о своей «уверенности в том, что проблема передачи большого количества электрической энергии посредством ее излучения вдоль направленных каналов будет вот-вот решена. Если это случится, использование такой передачи в военных целях будет неизбежно». Предполагалось, что требуемую передачу энергии можно обеспечить при помощи радиоволн. Поэтому в середине января 1935 года Вимперис попросил исследователя радиоизлучения Роберта Уотсона-Уотта дать заключение по проблеме, которую Роу сформулировал так: «Можно ли сконцентрировать в электромагнитном луче достаточно энергии, чтобы расплавить металлические части самолета или вывести из строя его экипаж?» Умолчав о самолете и его экипаже, Уотсон-Уотт поручил это задание своему подчиненному, Арнольду Уилкинсу, в небрежно составленной записке попросив его «вычислить мощность радиоизлучения, которое необходимо для нагревания восьми пинт воды от 98 до 105 °F на расстоянии 5 километров и на высоте в 1 километр». Уилкинса, который помнил, что в человеческом теле содержится в среднем восемь пинт крови, эта маскировка не обманула:

Мне было ясно, что записка относилась к возможности нагрева крови в теле летчика при помощи «лучей смерти», и я предположил, что кто-то интересуется мнением Уотсона-Уотта о возможности создания этих лучей.

Как я и предполагал, вычисления показали, что для того, чтобы повысить температуру крови пилота самолета, на любой радиочастоте пришлось бы генерировать гигантскую мощность, <���…> Стало ясно, что «лучи смерти» в радиодиапазоне невозможны.

Однако Уилкинс предложил Уотсону-Уотту другую идею, основанную на сделанном некоторое время назад двумя радиоинженерами наблюдении: оказалось, что металлический фюзеляж самолета неизменно подавляет радиосигналы. «Благодаря этому, – сказал Уилкинс, – мы сможем узнать о присутствии самолета, даже не видя его». Уотсон-Уотт тут же отправил сообщение Вимперису, не упоминая имени Уилкинса. Так родилась концепция радара.

Итак, идея «лучей смерти» умерла? Нет, просто они не могли состоять из радиоволн. В 1948 году Роу писал: «Идея “лучей смерти” вовсе не была абсурдной, и в течение ближайшей сотни лет что-то в этом роде вполне может появиться».

Так и случилось.

___________________

В то время как астрофизический лазер – большая редкость, астрофизические мазеры, в общем, довольно обычная вещь. Одна из их разновидностей нередко встречается в глубине колоссальных газовых облаков, разбросанных по всему объему спиральных галактик. В недрах этих облаков, в плотных, ярких областях звездообразования, бесчисленные электроны в молекулах гидроксила (ОН), воды (Н 20) или аммиака (NH) «накачиваются» энергией, чтобы потом начать испускать резонансные фотоны.