Кванты и музы - Ирина Радунская

Утратив связь этих проблем с тематикой лаборатории, я спрашиваю Прохорова:

— А при чём тут лазеры?

Он смотрит на меня с недоумением, будто я забыла, для чего в природе Солнце.

— Лазеры? Но ведь это орудия изучения твёрдого тела. Они не только помогают исследовать свойства веществ, но дают часто единственную возможность изменять состояние материалов. Например, уплотнять атомы. Лазер может обжать вещество на четыре порядка! А уплотнение — это путь к ещё более компактным элементам ЭВМ.

Вот почему в тематике нашей лаборатории и такая сверхмодная наука, как супермикроэлектроника, и разделы старомодной традиционной физики — исследование твёрдого тела, влияния давления на плотность и другие свойства веществ. Это естественно. Всякий шаг вперёд — и в жизни, и на войне, и в науке — вынуждает подтягивать тылы к переднему фронту. И надо сказать, что сегодняшний уровень физики подводит нас к одной плодотворной и решающей идее, подсказанной не только логикой развития науки, но и самой жизнью, — применению лазеров для получения термоядерной энергии.

Энергетический кризис в капиталистическом мире напомнил всем о необходимости быстрее найти пути к новым источникам энергии. Один указал академик Арцимович. Это установки типа Токамак, применяемые и у нас, и за рубежом. Но другой — лазерный — путь может оказаться более коротким. Мы идём по нему вместе с академиком Беликовым и другими.

Прохоров акцентирует внимание и на другом важнейшем направлении, уже вам знакомом: применении лазеров для управления химическими реакциями, для разделения изотопов. Это путь получения новых веществ, неизвестных в природе, недоступных традиционной химии.

— А разве менее увлекательна возможность лазерного воздействия на биологические процессы? — размышляет он вслух. — Ведь лазерный луч может воздействовать на тончайшие детали генетического механизма наследственности! Но всему своё время. Ни я, ни мои сотрудники не могут сделать всего. Да это и не нужно. В стране есть много квалифицированных научных коллективов, которые ведут интересные и важные исследования.

…Да, стиль учёного так же неповторим, как манера письма художника. Своеобразие научного почерка, остро та интуиции, необычная логика мысли — вот что приводит к открытиям, что действительно меняет облик окружающего нас мира. Это и есть как раз то, что характерно для Прохорова.

БЕГУЩИЕ ФОКУСЫ

Доверие к авторитетам… Есть ли в мире что-нибудь прочнее? Впрочем, может быть, с ним поспорит вера в привычку?

Века и века луч света слыл символом прямизны. Понадобилось мужество Френеля и его уверенность в правоте математики, чтобы признать за светом способность огибать препятствия. Но учёнейшие из учёных — члены французской Академии наук — ему не поверили. И выдвигали очевиднейшие опровержения, основанные на многовековом опыте.

Из формул Френеля следовало, что за непрозрачным экраном тень от свечи возникает не внезапно. Как бы набираясь сил, она появляется тонкими силуэтами, повторяющими контур экрана. Формулы утверждали, что контуры тени должны чередоваться со всё более слабеющими контурами света. Все подсознательно чувствовали, что это предсказание противоречит здравому смыслу.

Но на этом не кончались фантазии Френеля, этого опального инженера, изгнанного со службы во время наполеоновских «Ста дней». Физик-самоучка предсказывал, что за отверстием в непрозрачном экране свет должен перемежаться с темнотой. Такого никто никогда не видел, и все были уверены, что этого не может быть.

Рассудил опыт, который со времён Галилея и Ньютона утвердился в науке в качестве высшего авторитета. Но не безликий и безымянный «многовековый», а специально поставленный французским физиком Араго, простой, наглядный для каждого, по крайней мере, каждого студента университета. И нехитрый опыт Араго, и волновая теория Френеля вошли в золотой фонд науки. Их не опровергли, а лишь дополнили труды многих поколений учёных.

Темперамент, по-видимому, более чем что-либо другое определяет сферу деятельности учёного. Определяет главное — займётся ли человек развитием, дополнением, уточнением чужих результатов или он будет выдвигать и отстаивать свои собственные новые идеи? Чтобы подтвердить эту мысль, хочу рассказать об учёных, смело противопоставивших свои научные концепции прохоровским, и о том, что из этого получилось…

Не успел Гурген Ашотович Аскарьян по-настоящему акклиматизироваться в Физическом институте АН СССР имени Лебедева, как его коллеги поняли — такой не удовлетворится уточнением высказанных другими идей. Темперамент не тот. Ни привычка к освящённым веками истинам, ни доверие к авторитетам не смогут сдержать бурной генерации идей и безудержной фантазии.

Среди множества вопросов, преследовавших Аскарьяна, к теме нашего рассказа относится один: что будет, если луч лазера попадёт в прозрачную для него среду? Природа среды неважна, существенна прозрачность. Не должно быть потерь энергии. Они только затуманят ответ на вопрос, который пытался дать ещё академик Вавилов, — как влияет вещество на свет, если мощность света велика? Тогда он не был ясным — не существовало столь мощных источников света, как сегодняшний лазер.

Размышления. Сопоставления, казалось бы, далёких фактов. Наскоро написанные и зачёркнутые формулы. Уныние и надежда… И вдруг озарение. Вывод, от которого отскакивают все возражения.

На этот раз он означал: должно существовать множество прозрачных веществ, в которых лазерный луч не будет расходиться, как расходятся лучи света от прожектора, фонаря. Не будет, хотя этого следовало бы ожидать на основе бесспорной теории Френеля.

Нет, Аскарьян не думал опровергать её. Он в ней не со мневался. Просто понял, что в наш лазерный век изменились условия. На авансцене появились новые источники света, новые взаимодействия и силы, совсем незнакомые Френелю. Надо было приучить себя к мысли, что в век новой оптики надо быть готовым к новым явлениям.

Полузабытый теперь нидерландский учёный Снеллиус впервые установил закон преломления света. Это была сенсация, потому что за этой формулой учёные гонялись много веков. И вот Снеллиус открыл (а Декарт подтвердил), что при переходе границы между двумя прозрачными средами падающий луч изламывается, давая начало лучу преломлённому. Первоначально учёные имели дело только с переходом света из воздуха в другую прозрачную среду или обратно. Угол между падающим и преломлённым лучами в этих случаях определяется только свойствами среды. Точнее, лишь её характеристикой, называемой показателем преломления. Великий Максвелл считал эту величину одной из важнейших постоянных и ввёл её в свои знаменитые уравнения.

Впрочем, уже в то время опыт намекал, что показатель преломления не является постоянной величиной в полном смысле этого слова, а сохраняется только при определённых внешних условиях. Он изменяется с температурой и давлением, под действием электрического и магнитного полей. Это знали все мало-мальски знакомые с оптикой. В своё время учёные, интересовавшиеся оптикой в достаточной мере, выяснили, как зависит показатель преломления от внешних условий. Большинство до наших дней считало эти знания вполне достаточными.

Лазеры открыли широкий путь в область, в которую ещё не входил никто, кроме Вавилова и его учеников, в область нелинейной оптики. Да и они лишь вступили на её порог, только доказали реальность её существования, только почувствовали, что физические «постоянные», на которых многие законы покоятся как на прочном фундаменте, в этой неизученной области ненадёжны! «Постоянные» могут изменяться и при абсолютно неизменных внешних ус ловиях. Они должны каким-то образом зависеть от мощности самого света и чувствовать её изменения…

Интуиция вела Вавилова правильным путём, но она подсказывала ему прозрения, которые невозможно было доказать в те времена.

При жизни Вавилова источники света были столь маломощны, что требовалось всё огромное искусство и его, и сотрудников, чтобы продемонстрировать реальность таких процессов.

И вот положение в корне меняется. Мощность лазерного луча может быть столь велика, что от неё, если Вавилов прав, должен зависеть показатель преломления даже в неизменных условиях. Должен зависеть уже не только теоретически, но и реально. И это можно наблюдать, можно увидеть, как лазерный луч будет при известных условиях сам себя изгибать!

— Новые явления, порождённые мощностью и когерентностью лазерного луча, этим не ограничатся. На пути луча должны наблюдаться и другие отступления от френелевских законов распространения света, — размышлял Аскарьян…

Из законов Френеля следует, например, что никому не удастся получить совершенно параллельный пучок света, даже если попытаться вырезать середину у достаточно широкого пучка. В любой среде любые пучки света расширяются как лучи прожектора. Расширение пучков света не зависит от природы вещества. В пустоте оно такое же, как в любой прозрачной среде. И не зависит от интенсивности света. Значит, лазерный луч любой мощности также подвластен законам Френеля, как свет далёких звёзд?