1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

...Третий век до нашей эры. Римский флот блокировал сицилийский порт Сиракузы, где жил гениальный ученый и мыслитель древности Архимед. Похоже, спасения не было. Но Архимед нашел выход. Он распорядился, чтобы тысячи воинов-сиракузцев направили свои отполированные медные щиты в сторону римских кораблей. И безобидные «солнечные зайчики» от щитов, сфокусированные в одной точке, совершают чудо. Вражеские корабли вспыхивают один за другим... В рядах римлян смятение, и грозная морская армада убирается восвояси.

Этот факт, который иногда считается легендой, был неоднократно экспериментально подтвержден, хотя и в меньших масштабах. А сегодня, отталкиваясь от идеи великого математика древности, во многих странах таким же методом используют солнечное тепло, приводя в действие целые энергетические комплексы.

Долгие годы человечество неуклонно продвигалось к революционному перевороту, каким явилось создание лазерной техники. И здесь вначале были фантазия, гипотезы. Чаще рожденные писательским воображением. Вспомним хотя бы «гиперболоид» инженера Гарина, «изобретенный» Алексеем Толстым. И еще большее приближение к лазеру — таинственное всепоражающее лучевое оружие марсианских пришельцев из романа английского писателя-фантаста Герберта Уэллса «Война миров».

«Как будто чей-то невидимый раскаленный палец двигался между мной и марсианами, — читаем в романе, — вычерчивая огненную кривую, и повсюду кругом темная земля дымилась и шипела...» Разве не похож этот «огненный палец» на лазерный луч?! Писатель не берется рассуждать о природе и принципах действия марсианского оружия, но весьма прозрачно намекает на них: «До сих пор не объяснено, каким образом марсиане смогли умертвлять людей так быстро и так бесшумно. Многие предполагают, что они как-то конденсировали интенсивную теплоту в абсолютно не проводящей тепло камере. Эту конденсированную теплоту они бросали параллельными лучами на тот предмет, который они избрали целью, при посредстве полированного параболического зеркала из неизвестного вещества, подобно тому, как параболическое зеркало маяка отбрасывает снопы света. Но никто не сумел убедительно это доказать. Несомненно одно: здесь действовали тепловые лучи, тепло, невидимые лучи вместо «видимого света».

А теперь коротко о том, как рождалась, выкристаллизовывалась идея лазера, который оказался не только лучом-воителем, но и лучом-рабочим, лучом-исследователем, лучом-целителем. Кстати, это еще одно подтверждение тому, что сама жизнь богаче, чем самая изощренная фантазия.

Физиков долгое время озадачивала способность вещества поглощать и излучать свет строго определенными дозами. Ну а как объяснить тот факт, что кварцевое стекло, поглощая инфракрасные лучи, нагревается, а ультрафиолетовые (во много раз более энергоемкие) — пропускает, оставаясь холодным? А почему — как ни «накачивай» отдельные химические элементы энергией, они испускают только один какой-либо свет — или красный, или, напротив — зеленый? Объяснения этим явлениям долгое время не находилось. И только квантовая механика решила эту загадку. Решила, но и внесла сумятицу в умы, лишив физику наглядности ее непреложных законов, утверждающих: все видимые предметы состоят из атомов, удаленных друг от друга на громадные (относительно своих размеров) расстояния, но настолько сильно взаимодействующие, что этого достаточно, чтобы вещество не рассыпалось и оставалось цельным.

В действительности все процессы в веществе протекают скачками, своеобразными «порциями». Причем все элементарные частицы выступают как носители корпускулярных и волновых свойств, которые не исключают, как думалось раньше, а дополняют друг друга. Законы квантовой механики гласят, что каждый атом «намертво» закреплен на определенном для каждого элемента энергетическом уровне. Самый нижний из этих уровней считается стабильным, все иные — возбужденными, и возникают последние потому, что атом непременно стремится избавиться от излишка энергии. Но ведь промежуточные уровни ему «запрещены» и поэтому отдавать или принимать энергию атом может только порциями (квантами или фотонами), равными разнице энергий между дозволенными уровнями. На этом принципе, кстати, базируется и теория испускания и поглощения света веществом.

Еще в 1917 г. Альберт Эйнштейн теоретически доказал, что вместе с процессом вынужденного поглощения должен существовать и обратный — вынужденного испускания света. Иначе говоря, если на возбужденный атом подействовать квантом света, то это заставит его перейти в основное энергетическое состояние с испусканием собственного кванта света. Итог — два кванта вместо одного. Затем эти два кванта, вступая во взаимодействие с другими атомами, заставляют излучать их. Так — по цепочке. И образуется лавина электронов.

Напомним, что электроны, бешено вращаясь вокруг ядра, находятся на строго определенных орбитах, уровнях. Вынужденные «прыжки» электронов на более близкую к ядру орбиту приводят к излучению световых волн. Но эти прыжки должны быть строго управляемыми — тогда достигается эффект лазерного излучения. Само слово «лазер» собрано из начальных букв английского названия: Lightamplification by stimulated emission of radiation (усиление света путем вынужденного излучения).

Но ведь луч прожектора тоже является источником мощного светового излучения? Несомненно! Только направленность и плотность по сравнению с лучом лазера ничтожны. Лазер может осуществлять световые контакты с планетами в космосе. На Земле уже принят луч лазера, посланный к Луне и отраженный от нее. При этом пучок излучения, направленный на Луну, освещает на ней область, диаметр которой не превышает 40 километров.

И все это достигается за счет когерентной лавины «прыгающих» как во времени, так и в пространстве электронов. Пространственная когерентность обеспечивает очень большую сходимость лазерного пучка, а временная — высокую монохроматичность излучения. Ведь луч лазера не бывает белым, а имеет свое ярко выраженное «цветовое лицо» — красное, зеленое...

Более трех десятилетий минуло, прежде чем советские ученые Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и американские физики во главе с Таунсом, работая параллельно, открыли принципы создания усилителя и генератора когерентного излучения, за что были удостоены Нобелевской премии. Первый лазер на рубиновом кристалле был построен в 1960 г. Свойства его были настолько поразительны, что он сразу же привлек к себе живейшее внимание и уже спустя два года лазерных установок насчитывалось сотни. Затем родился газовый лазер. С тех пор мы являемся свидетелями триумфального шествия генератора «когерентной лавины электронов» едва ли не во всех сферах человеческой деятельности. Лазер трудится в ядерной энергетике, обрабатывает различные материалы и осуществляет функции ОТК на промышленных предприятиях, изучает микромир, осуществляет дальнюю связь, реставрирует ценнейшие произведения искусств, измеряет расстояния от Земли до небесных тел, улучшает урожайность семян в сельском хозяйстве, в качестве мастера-закройщика выкраивает одежду на швейных фабриках. И наконец, «работает» врачом и исследователем в учреждениях здравоохранения.


Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Copyright ©, МЕДИЦИНА Научно-популярный журнал, 2012-1018. Все права защищены.