ХАУ ДУ Ю ДУ!

Низкий величественный звук потряс окрестности. Он заглушил тихое урчание двигателя «Волги». Водитель видел в зеркальце, как беззвучно шевелятся губы одного из пассажиров. Это было как в немом кино. Мимо автомобиля проносились густые подмосковные леса. Под колеса уходила серая полоса асфальта. Как тени, проскакивали встречные машины. Все звуки исчезли, подавленные ни с чем не сравнимым рокотом реактивных двигателей.

Не успели путники приспособиться к этому молчаливому и ревущему миру, как грохот начал быстро ослабевать и снова возник свист ветра за окнами и шуршание шин мчащейся машины, а потом и трели какой-то бесстрашной пичуги. Далеко впереди из-за леса появился силуэт реактивного лайнера, круто взмывающего в голубую высь.

Машина огибала Шереметьевский аэродром. Вдали, как затихающая струна контрабаса, звучал рокот уходящего самолета.

— Почти как на космодроме, — сказал один из путников.

— Не бывал, — откликнулся другой.

Машина проехала вдоль здания аэропорта и развернулась к стоянке. Вслед за ней подъехала вторая и стала рядом. Приехавшие вышли и направились туда, где на многих языках было написано «Прибытие».

Один из них — очень высокий и худощавый — что-то весело говорил, сопровождая слова энергичной жестикуляцией. Ему спокойно отвечал плотный человек в очках.

— Хуже нет, чем ждать, — сказал высокий.

— Хуже нет, чем ждать и догонять, — поправил его второй.

— Пожалуй, догонять хуже. Пусть лучше нас догоняют, — добавил их спутник.

— Подождем, — заключил высокий. — Подождем, осталось немного.

И действительно, вскоре у горизонта показался самолет. Он приближался, как орел к гнезду. Выпущенные под крыльями шасси напоминали огромные лапы. Переднюю стойку при некоторой дозе воображения можно было принять за клюв. Опущенные закрылки напоминали распущенные маховые крылья, которыми птица тормозит свой полет перед тем, как сесть.

Самолет мягко коснулся бетонной полосы, плавно затормозил и начал выруливать к зданию вокзала.

Несмотря на то, что из самолета вышло около сотни человек, встречающие сразу увидели тех, ради кого они приехали сюда в это раннее осеннее утро.

— Здравствуйте, как поживаете? — еще издали кричал один из приезжих, моложавый мужчина, его очки весело блистали в лучах яркого солнца. Он был высок ростом и легко нес свое небольшое брюшко.

— Хау ду ю ду, Саша, — радостно говорила его спутница, протягивая руку самому высокому из встречающих.

— Хау ду ю ду, Фрэнсис, — приветливо отвечал он, и они долго трясли друг другу руки.

И когда она со своим: «Хау ду ю ду, Никола» — обратилась ко второму из встречающих, первый со словами: «Здравствуйте, Чарли, вы здорово говорите по-русски», — протянул руку ее мужу.

— Здравствуйте, здравствуйте, я очень плохо говорю по-русски, — отвечал тот, а третий из встречающих, чуть отступя в сторону, щелкал своим фотоаппаратом.

Потом подошел и он и получил свою порцию «Хау ду ю ду» и «Как поживаете», и все направились в холл.

Обычные фразы «Как летели?», «Как самочувствие?» и «Вы прекрасно выглядите» заполнили первые минуты, и вскоре всем казалось, что они расстались только вчера, и легкая напряженность исчезла, и уже со стороны нельзя было определить, кто из них только что совершил перелет, начавшийся далеко за океаном, а кто еще вчера заканчивал приготовления к встрече гостей.

Вы, конечно, уже догадались, что мы присутствовали при прибытии в Москву лауреата Нобелевской премии Чарлза Таунса и его супруги, которых встречали разделившие с ним премию Басов и Прохоров. С ними были их друзья и сотрудники Крохин и Барчуков, ученый секретарь ФИАНа.

Любезный пограничник вручил приезжим паспорта, которые он украсил традиционными штампами прибытия, и пожелал им хорошо провести время в Советском Союзе.

— Теперь мы в Москве, — сказала миссис Таунс, — хотя пока это и не бросается в глаза. Разве только в уши. Некоторые здесь говорят по-русски, — улыбнулась она.

— Действительно, — поддержал ее профессор Таунс, — аэропорт как в любом большом городе. Правда, не везде есть русские надписи.

Чемоданы приезжих легко поместились в багажнике «Волги». Сами они сели в разные машины, чтобы оба могли занять места на переднем сиденье, места, позволяющие лучше видеть и фотографировать.

Зеленые леса и горящие под солнцем золотые нивы проносились за открытыми окнами машины.

Перелетев через легкий мост и описав плавную дугу, машины спустились на Ленинградское шоссе. Две прямые широкие ленты дороги, разделенные поросшим травой газоном, были заполнены грузовиками, автобусами и легковыми автомобилями.

Вскоре слева появились большие дома и внизу под шоссе прошла такая же широкая двухпутная магистраль. Впереди показался высокий стальной мост с большими буквами «Москва».

— «Канал Москва — Волга», — прочитал приезжий на табличке.

— Хау ду ю ду, Москау, — сказала его жена. После того как машины углубились в город, какой-то светофор разделил их. А так как в суматохе встречи они не договорились о маршруте, их ждало первое приключение. Басов решил отвести Таунса прямо в издательство, чтобы он мог получить гонорар за перевод его книги. Но когда они достигли площади Маяковского, машину с Прохоровым и госпожой Таунс они не увидели. Лишь впоследствии выяснилось, что гостье так захотелось поехать прямо на Красную площадь, что она упросила Прохорова изменить маршрут. Так, вместо гостиницы, где для приезжих был приготовлен номер, они укатили в самый центр советской столицы. Волнения, вызванные этой короткой разлукой, еще долго давали пищу для шуток.

 

ФИАН

Профессор Таунс прибыл в Москву по приглашению Академии наук. Он стремился как можно больше увидеть и узнать о Советской стране и о той области физики, в которой он работает. Поэтому на следующий же день, оставив жену на попечении переводчицы, он прежде всего отправился в Физический институт Академии наук СССР. Да и как могло быть иначе? Ведь Физический институт, носящий имя Петра Николаевича Лебедева, замечательного ученого, впервые обнаружившего на опыте давление света и измерившего величину этого давления, стал одним из мировых центров физической науки. Недаром посещение «Лебедеф инститют» стало заветной целью физиков всех стран. В нем бывали Нильс Бор и Поль Дирак, Раман и Неру, Фредерик и Ирен Кюри и много других выдающихся ученых. И институт гостеприимно распахивает свои двери перед маститыми учеными и молодыми стажерами, приезжающими, чтобы набраться мудрости в теоретическом отделе — школе академика И. Е. Тамма, — или обучиться экспериментальному искусству в самых разнообразных областях современной физики. Удивительная многогранность и широта научных интересов является отличительной чертой и основой научного потенциала этого института.

Таунс видел немало физических институтов во многих странах, и все же его неотразимо привлекал ФИАН.

Ведь институты, как и отдельные ученые, обладают своим, зачастую неповторимым научным почерком, специфическим стилем, даже вкусом, проявляющимся в выборе тем исследований и методов работы. Институт — это сложный организм и, как живое существо, он рождается, развивается и, к несчастью, может умереть.

Кто не знает институтов-однолюбов, преданных одному, иногда двум направлениям. Таков, например, Институт физических проблем в Москве. Таков Институт теоретической физики в Копенгагене.

Институт физических проблем ограничил свою деятельность главным образом проблемами, связанными с исследованиями в области сверхнизких температур. И здесь он добился выдающихся успехов. Конечно, его вдохновители академики П. Л. Капица и Л. Д. Ландау и другие сотрудники получили первоклассные результаты во многих других областях физики, но этот институт в первую очередь — царство низких температур.

Упоминание о копенгагенском Институте теоретической физики немедленно вызывает ассоциации с квантовой механикой. И не мудрено. Копенгагенский дух в течение десятилетий доминировал в квантовой теории. И в будущие годы, пока на Земле сохранится род людской, квантовая теория, конечно усовершенствованная, несомненно развитая много дальше, останется мощнейшим оружием человеческого познания. И люди, вспоминая историю ее возникновения, будут с благодарностью и восхищением думать об интеллектуальной мощи копенгагенского Института теоретической физики.

Институты как люди. А люди не похожи друг на друга. Нильс Бор отдал все свои силы квантовой теории. Альберт Эйнштейн — теории относительности.

Эрнест Резерфорд — экспериментальному исследованию атома и атомного ядра. Это ученые-однолюбы. Конечно, и они иногда изменяли, сходили с основного пути. Так, Эйнштейн походя родил фотоны — кванты электромагнитного поля — и заложил основы квантовой статистики. Но это, быть может, плоды случайного увлечения. Он всегда возвращался к основной цели своей жизни.

Наряду с узкими специалистами всегда жили гениальные универсалы, великие энциклопедисты, подобные Ломоносову или Леонардо да Винчи. Мы встречаем и научные учреждения широчайшего охвата, каким является и всемирно известный «Лебедеф инститют» в Москве. Сила таких людей и таких научных коллективов не в предельной сосредоточенности, а в широком живом обмене, во взаимном дополнении. И несомненно, замечательные открытия, сделанные в стенах Физического института, в значительной мере обязаны коллективному стилю, характерному для этого института.

Профессор Таунс знал многие труды его первого директора академика Сергея Ивановича Вавилова, всю свою жизнь работавшего в области оптики. Он специализировался главным образом на исследовании явления, казавшегося во времена его молодости одним из наиболее таинственных. В природе оно проявляется в свечении многих насекомых — светлячков, в мерцании морских волн или гнилушек, в холодном блеске желтого фосфора. Эти и многие другие явления охватываются близкими по сути понятиями люминесценции, флюоресценции и фосфоресценции. Но, сосредоточив свои личные способности в узкой области, Сергей Иванович оставался по своей натуре энциклопедистом. Он создал и развивал не институт люминесценции, даже не оптический институт, а физический институт. Он привлек в него молодых одаренных специалистов многих областей физики, и это принесло свои плоды. Эти особенности Вавилова, стремление не замыкаться в облюбованной области, забота об общем развитии науки привели к его избранию на высшую научную ступень — на пост президента Академии наук СССР.

Но ведь ученый — это еще и человек. Особенно такой ученый, каким был Сергей Иванович Вавилов! Его портрет висит в конференц-зале Физического института рядом с портретом Петра Николаевича Лебедева. Школа Вавилова разрастается, как роща вокруг поверженного дуба. Многие помнят, как ежедневно в 9 часов он входил в лабораторию, работал сам, вникал в затруднения сотрудников, учил аспирантов и студентов. В двенадцать он становился директором. После обеда президентом. То, что мы называем свободным временем, уходило на написание книг, редактирование Большой Советской Энциклопедии… Раз в месяц он уезжал в Ленинград. Огромный Оптический институт считал его своим научным руководителем. Он помогал прокладывать курс корабля. Он многие годы сплачивал и обучал его команду. И команда была достойна своего штурмана. От капитана до юнги.

Знал Таунс труды и других ученых, имена которых тесно переплелись с историей ФИАНа. И прежде всего здесь нужно назвать академика Григория Самуиловича Ландсберга — замечательного экспериментатора, специалиста в области оптики, открывшего вместе с академиком Леонидом Исааковичем Мандельштамом замечательное явление комбинационного рассеяния света. Ландсберг по научным интересам был, пожалуй, ближе всех к Вавилову. Сейчас школа Ландсберга и школа Вавилова переплелись, как кроны двух стоящих рядом деревьев. Издали это одно целое. Нужно подойти к подножью огромных стволов, чтобы определить, от какого из них идет тот или иной сук. И любимые детища обоих замечательных ученых — люминесценция и комбинационное рассеяние — слились и обрели новую жизнь в квантовой электронике, толчок к развитию которой дали Басов и Прохоров в ФИАНе и Таунс, работавший в Колумбийском университете в Нью-Йорке.

Таунс, конечно, хотел увидеть академика Владимира Иосифовича Векслера, независимо и одновременно с американцем Мак-Милланом выдвинувшего идею автофазировки. Как и с мазерами, это был еще один случай, когда советская и американская наука шла нога в ногу. Идея автофазировки позволила изобрести синхротрон, синхрофазотрон и другие типы ускорителей заряженных частиц. Эти гигантские машины буквально родили десятки новых элементарных частиц и своей нарастающей плодовитостью заставили физиков пересмотреть само понятие элементарности. Это была одна из причин, приведшая физику к новой ломке, к новой великой революции.

Американец, конечно, знал и имя Павла Алексеевича Черенкова. Ведь счетчики Черенкова — эти полпреды советской науки — помогли открыть много неведомых частиц на Брукхэвенском космотроне. Они летают на американских космических ракетах и спутниках… Открытие Черенкова вызвало резонанс во всем мире. Число работ в новой области продолжает возрастать.

Интересно, рассказывал ли кто-нибудь заокеанскому гостю о том, как молодой аспирант, сидя в темном подвале, изучал люминесценцию чистых жидкостей? У нас об этом не раз писали, и вы уже догадываетесь, что подвал принадлежал лаборатории С. И. Вавилова, а аспирант — его ученик. Добавим, что время действия — начало тридцатых годов, а аспиранта зовут Павел Черенков. То, что он видит, не укладывается в неоднократно проверенную теорию учителя. Черенков после долгих и трудных опытов приходит к выводу, что наблюдаемое им свечение не люминесценция. Эксперименты, их обсуждение, их осмысливание занимают месяцы и годы. Но опыты Черенкова приводят только к увеличению количества утверждений, начинающихся на «не». То, что он наблюдает, не люминесценция, не тормозное излучение, не…, не…, не…, но ничего более определенного сказать нельзя.

В игру включаются теоретики — И. Е. Тамм и И. М. Франк. Они бесспорно доказали, что Черенков открыл новое, совершенно неожиданное явление, ставшее с тех пор известным всему миру под названием «эффект Черенкова». Вместе с Вавиловым они разработали строгую и ясную теорию этого эффекта, получившего теперь широкое применение как новое орудие исследования микромира.

Вряд ли профессор Таунс когда-либо слышал эту историю. Но он, несомненно, знал, что П. А. Черенков и И. М. Франк и академик И. Е. Тамм были его предшественниками в Стокгольме. Ведь они в 1958 году получили Нобелевскую премию за открытие и объяснение эффекта Черенкова. Я не знаю другого института, кроме ФИАНа, где одновременно работают пять лауреатов Нобелевской премии!

Итак, Таунс прежде всего устремился в ФИАН, как называют его наши физики. Коротко и динамично. В устах иностранца это слово звучало особенно певуче и таинственно. Пусть говорят что хотят враги сокращений. ФИАН — красивое слово. Конечно, бывают сокращения-монстры, сокращения-сорняки. Но ФИАН вошел в наш язык так же прочно, как фотон, фонон или термояд. Да здравствует ФИАН — Мекка физиков!

С Петровских линий, в которых помещается «Будапешт», одна из старых московских гостиниц, ставшая временной обителью супругов Таунс, машина въехала в узкую часть Петровки и, влившись в односторонний поток движения, покатила к центру.

У шумного Столешникова переулка улица вдруг расширилась, но, видно, недостаточно и, уступив пешеходам часть мостовой, отгородилась от них красным металлическим барьером. Справа один за другим в улицу спускались узкие переулки. У перекрестка показалась более широкая улица, круто поднимающаяся налево. «Кузнецкий мост», — прочитал профессор, но никакого моста не было.

Обогнув Большой театр с его толстыми белыми колоннами, уходившими выше, чем позволяла видеть крыша машины, они попали на обширную площадь. Справа, на широких ступенях между восемью колоннами, и слева на зеленеющем сквере бродили стайки туристов. Блестели объективы фотоаппаратов и кинокамер. За широким проездом на площади показался второй сквер. Величественная бородатая голова, высеченная из серого гранита, смотрела на площадь. Карл Маркс, узнал профессор.

Американский физик был в центре коммунистического мира. Что ждет его здесь? Он оглянулся. Теперь театр был виден целиком. На высоком фронтоне застыла знакомая по фотографиям квадрига вздыбленных коней. Слева показалось опоясанное балконами здание. Справа на строгом сером фасаде горели золотые буквы: «Совет Министров СССР». Впереди снова открылась залитая асфальтом площадь. Из-за гостиницы показались башни и стены Кремля. Далеко направо уходил широкий прямой проспект. В самом начале его виднелась строительная площадка, обнесенная белой дощатой загородкой.

Машина медленно катилась по гладкому асфальту мимо старинных и новых зданий. Кремль исчезал и проглядывал вновь. Вот он снова предстал перед приезжим во всей красе, когда машина поднялась на широкий мост. За мостом они свернули в узкую уличку, которая вскоре влилась в площадь и перешла в прямую широкую магистраль. Машина пошла быстрее. Наконец она развернулась и, описав петлю, подъехала к ажурной решетке перед стоящим в глубине небольшого сада зданием.

По обеим сторонам ворот располагались небольшие павильоны. Вывеска у дверей правого из них сообщала, что именно здесь расположен Физический институт Академии наук СССР. Посреди обширной клумбы на постаменте возвышался бюст Петра Николаевича Лебедева. Тяжелые оштукатуренные колонны придавали зданию торжественно-казенный вид. Холодный вестибюль с мраморным полом с равным успехом мог быть вестибюлем и театра и банка. Две мраморные лестницы, устланные красными ковровыми дорожками, поднимались на второй этаж.

В небольшом холле второго этажа в глаза бросались два стенда. На одном под надписью «Импульс» виднелись рисунки, фотографии и тексты, напечатанные на пишущей машинке. Внимание привлекал крупный заголовок: «Что я видел и чего не понял в России».

— Это наша газета, — сказал сопровождавший профессора молодой ученый, — стенная газета. В нее пишут и сотрудники и наши гости.

Стенд справа был покрыт рядами фотографий. На некоторых из них были изображены знакомые профессору лица. Надпись на стенде гласила: «Доска почета». Этого он еще никогда не видел.

Таунс ожидал, что его примет директор института академик Дмитрий Владимирович Скобельцын. Благородные черты лица Скобельцына хорошо известны американцам по газетным фотографиям конца сороковых годов, когда он в качестве советского представителя в атомной комиссии Организации Объединенных Наций боролся против пресловутого плана Баруха. Плана, целью которого было установление атомной монополии США под вывеской Объединенных Наций. Американцы знали, что академик Скобельцын после смерти С. И. Вавилова был избран директором ФИАНа. Знали, что фамилия Скобельцыных записана в Бархатную книгу, что это древнейший боярский род. И когда Скобельцын бывал в Америке, кое-кто по-своему пытался льстить ему, уверяя, что у него внешность сенатора.

Американским физикам хорошо известен и Скобельцын-ученый. Во многих учебниках описано, как, задумав изучить передачу энергии от кванта света — фотона к электрону, Скобельцын поместил камеру Вильсона в магнитное поле. Так он мог не только видеть следы электронов, но и измерять их энергию. Комптон, патриарх американской науки, прочитав его статью, прислал тогда еще совсем молодому ученому поздравительную телеграмму. Сейчас такой метод широко применяется во многих областях физики. При его помощи в начале двадцатых годов Скобельцын впервые увидел след космической частицы. Увидел и на всю жизнь увлекся изучением физики космических частиц. Увлекся и увлек за собой многих. Его ученики и ученики его учеников в ФИАНе и в десятке других институтов составили самую мощную, самую передовую школу исследователей космических частиц. Эта школа дала многочисленные побеги, проросшие в других областях физики, прежде всего в области ядерной физики_и физики элементарных частиц.

Таунсу, однако, не повезло — Скобельцына не было в Москве. Но нет худа без добра. Его встречал заместитель Скобельцына, которым оказался не кто иной, как Басов. Поэтому они смогли, не мешкая, перейти к самому, с их точки зрения, главному — к знакомству с работами в области квантовой электроники. Правда, до этого Басов ознакомил Таунса с подготовленной для него программой. Посещение лабораторий Басова и Прохорова в пятницу и субботу. Лекция профессора Таунса и посещение Института радиотехники и электроники Академии наук в понедельник. Осмотр других лабораторий ФИАНа — по его выбору и физического факультета МГУ во вторник. Поездка в Ленинград, поездка в Новосибирск, поездка в среднеазиатские республики, поездка в Ереван и Тбилиси. Наконец возвращение в Москву и заключительный визит в Институт кристаллографии Академии наук.

Кроме научной программы, предусматривались посещения театров, осмотр Кремля, экскурсии по городу и Подмосковью.

Таунс был явно поражен. Он, конечно, слышал о русском гостеприимстве. Но, несомненно, кто-то внушал ему мысль о «замкнутом обществе», о духе недоверчивости и секретности, о «железном занавесе». И вот он встретил радушный и доброжелательный прием, попал в атмосферу делового и искреннего сотрудничества.

Однако программа есть программа, и ее надо выполнять. Снова через холл мимо фотографий и потом налево по длинному коридору они прошли в крыло, в котором помещается лаборатория квантовой радиофизики, руководимая Басовым.

Еще несколько лет назад Басов и Прохоров работали вместе. Но за эти годы молодая квантовая электроника так развилась, приток молодежи стал настолько большим, что работать в рамках одной лаборатории оказалось невозможным. Произошло организационное разделение. Так родилась Лаборатория квантовой радиофизики, «Басов-лэб», как ее называют иностранцы. Прохоров сохранил за своей старое название — лаборатория колебаний.

Итак, профессор Таунс входил в святая святых, к алтарю того бога, которому он и его спутники служили верой и правдой, в лабораторию квантовой радиофизики.

Отстанем от них. Они сейчас зайдут в небольшой кабинет Басова и начнут говорить о вещах, для нас, простых смертных, слишком сложных. Лучше подождем немного и присоединимся к ним, когда начнется осмотр лаборатории.

 

БАСОВ-ЛЭБ

Вот открывается дверь, и из кабинета Басова выходит Таунс. За ним Басов и его сотрудники. Они направляются в лабораторию. Пойдемте за ними. Квантовая теория нам не помешает. Наоборот, она поможет нам многое понять. Конечно, мы не будем пытаться изучить ее так, на ходу. Это невозможно, и не стоит пробовать. Но мы по мере необходимости будем пользоваться ее плодами. Ведь срывая яблоки с древа познания, не обязательно нагибаться к его корням, изучать движение жизненных соков, проникать в тайны фотосинтеза и строение хлорофилла.

Лаборатория! Велик русский язык. Но, как и другие языки, он далек от совершенства. Один из его пороков — многозначие слов. Вот, например, слово «лаборатория». Оно обозначает учреждение или часть учреждения, в котором ведутся исследовательские работы. Оно же обозначает и помещение, приспособленное для научной работы, для проведения специальных испытаний или учебы.

Не больше пятнадцати лет прошло с тех пор, как Басов и Прохоров работали в помещении, состоящем из одной-единственной комнаты. Теперь их лаборатории — это большие творческие коллективы, работающие в прекрасно оборудованных помещениях. В них более сотни сотрудников. Уже многие' из них стали кандидатами и докторами наук. В этом году к защите намечены двадцать диссертаций! Да и сами Басов и Прохоров приобрели солидность. Звание академиков — пока набиралась книга, их избрали в АН СССР, — ленинских и нобелевских лауреатов обязывает. Некоторые их ученики уже руководят большими коллективами в других институтах. И нам придется потрудиться, если мы хотим вместе с Таунсом познакомиться со всем, что делается здесь, в лабораториях. Ведь Таунс специалист, он понимает своих коллег с полуслова. Но не будем падать духом и пойдем за ним.

В комнате, в которую они вошли, стоял первый молекулярный генератор. Нет, он уже не работал. Сделав свое, он превратился в музейный экспонат. Как паровоз Черепановых, он уступил дорогу своим потомкам, которых теперь успешно вытесняют тепловозы и электровозы. Трудно сказать, к какому поколению относятся молекулярные генераторы, которые с интересом рассматривал Таунс. Во всяком случае, они успели изменить специальность. Они уже не отсчитывают точное время, а помогают ученым изучать тончайшие детали строения молекул, атомов и атомных ядер. Они вновь превратились в радиоспектроскопы, от которых они происходят, замкнув цикл эволюции.

Спектроскописты стремятся все более подробно изучать строение спектральных линий. Но спектроскопы, как и телескопы или микроскопы, не могут быть безгранично зоркими. Тонкие, но важные подробности ускользают от нас вследствие несовершенства существующих приборов. Теория строения атомов и молекул говорит, что многие спектральные линии состоят из нескольких линий, сливающихся воедино только по вине спектроскопа. Именно эти недоступные наблюдению линии должны стать ступенями на пути к еще не покоренным вершинам науки. Для проверки теории и уточнения наших знаний крайне важно рассмотреть по отдельности эти слившиеся линии.

Изучение свойств молекулярных генераторов с двумя резонаторами открыло фиановцам еще одно свойство их приборов. Оказалось, что при медленном изменении расстояния между резонаторами на ленте самописца одна за другой появляются неразличимые ранее линии спектра аммиака. Те самые, предсказанные теорией линии, увидеть которые еще недавно считалось невозможным.

Этот результат особенно заинтересовал гостя потому, что он почувствовал здесь рождение новой главы спектроскопии. Он отлично понимал, что новый метод позволит увидеть незримые подробности спектра не только в аммиаке, но и во многих других молекулах.

Басов, Ораевский и Страховский сказали Таунсу, что ветеран квантовой электроники — молекулярный генератор еще не отказался от борьбы за звание эталона частоты. Им не надо было объяснять гостю, что все надежды ветерана в соревновании с молодым соперником — водородным генератором — в том, чтобы сбросить излишнюю полноту со своей спектральной линии. Ведь в аммиачном генераторе она примерно в три тысячи раз толще, чем в водородном. Все они знали и путь к похудению. Нужно было увеличить время пребывания молекул в резонаторе.

Но то, что удалось в случае атомов, не подходило для молекул аммиака. Пока не известно ни одного вещества, столкновение с которым проходило бы для аммиака так же незаметно, как это бывает при соударении атома водорода с пленкой парафина или тефлона. Поэтому создать для аммиачного генератора накопительную колбу пока невозможно. Басов и Ораевский, зная это, давно предложили несколько путей к заветной цели. Все эти пути должны были привести к одному результату — получению очень медленных молекул аммиака. Таких медленных, чтобы они не проскакивали через резонатор за тысячные доли секунды, а спокойно летели бы в нем как можно дольше. Они мечтали о секундах или хотя бы десятых долях секунды.

Свыше десяти лет назад американский ученый Захарайс стремился получить медленные атомы цезия для увеличения стабильности атомнолучевых трубок. Он предложил создать для этой цели атомный фонтан. Идея была удивительно простой и изящной. Все знают, что в любом газе атомы (или молекулы) движутся хаотически. Некоторые очень быстро, другие медленно. Как масса атомов распределяется по всевозможным скоростям, вычислил еще Максвелл. Захарайс решил направить пучок атомов вверх наподобие струи воды в фонтане. Конечно, атомный фонтан можно создать только внутри установки, из которой тщательно откачан воздух. Тогда быстрые атомы, он имел в виду цезий, ударятся в верхнюю крышку установки и прилипнут к ней. Медленные, не долетев до крышки, замедлятся под действием притяжения Земли и повернут обратно. Если источник пучка немного наклонен, то медленные атомы опишут плавную дугу, изгибающуюся подобно пучку переспевшей ржи. Чем медленнее атомы, тем круче их путь. Теперь остается поместить резонатор там, где к нижней части установки опускаются атомы, скорость которых привлекает экспериментатора.

Захарайс соорудил высокий вакуумный колпак и расположил под ним свой фонтан. Насосы откачали воздух, источник пучка атомов нагрелся до нужной температуры и… никакие атомы не возвратились в нижнюю часть установки. Результат потряс не только Захарайса, но и всех, узнавших о странном поведении его фонтана. Природа нарушала закон Максвелла! Именно так говорили все, ибо до сих пор закон Максвелла правильно описывал все, с чем встречались люди в природе и в специально поставленных опытах. Понадобилось большое время и упорный труд, чтобы реабилитировать природу и Максвелла. Ведь никто серьезно не обвинял природу. Все понимали, что ее законы не зависят от людей. Во всем был виноват фонтан. Оказалось, что канал, формирующий струю атомов, не пропускает медленных атомов. Вылетающий пучок в отличие от газа в сосуде, содержит преимущественно быстрые атомы, медленных там почти нет. А раз они не вылетают вверх, их нечего ожидать и внизу.

Басов и Ораевский предложили другие способы получения медленных молекул. Большинство из них были основаны на том или ином способе замедления тех быстрых молекул, которые составляют большинство в молекулярных пучках. Но экспериментальные трудности не позволили пока реализовать ни один из этих способов.

К приезду Таунса действовал лишь один, простейший способ. Его простота не позволяла рассчитывать на многое, но важно было, как говорят физики, зацепиться. Вместо обычной сортирующей системы в молекулярном генераторе стояло то, что механики лаборатории окрестили «кривым ружьем». Это была сортирующая система в виде ряда колец, предложенная двумя учеными, Крупновым и Сиворцовым из Горького. Но в отличие от того, что делалось раньше, воображаемая ось, проходящая внутри колец, была прогнута. Электрические силы заставили медленные молекулы следовать вдоль искривленной системы, а быстрые молекулы, преодолевая действие этих сил, вырывались наружу. Так, в отличие от Захарайса, в резонатор должны были попасть не только молекулы, имеющие вполне определенную малую скорость, а все молекулы, скорость которых меньше какой-то избранной.

Расчет оправдался. На экране осциллографа можно было видеть, как по мере понижения напряжения, подаваемого на «кривое ружье», из пучка вырывались все более медленные молекулы и спектральная линия на глазах «худела». К сожалению, медленных молекул было так мало, что генерация не начиналась. Но ни фиановцы, ни Таунс не сомневались в том, что для получения генерации достаточно заменить резонатор другим, имеющим меньшие потери.

В связи с предстоящим улучшением резонатора Таунсу рассказали еще об одном интересном проекте — моделировании лазера при помощи молекулярного генератора. Ученые всего мира испытывают трудности в связи с тем, что ширина спектральных линий, на которых работают лазеры, очень широка. Это мешает исследованию важных, характеристик лазеров. Молекулярный генератор работает на спектральных линиях, ширина которых в сотни тысяч раз меньше. Но применить молекулярный генератор для моделирования лазера не удается из-за различия их резонаторов. Резонансная кривая в случае оптического резонатора много уже, а в случае радиочастотного резонатора много шире, чем соответствующая спектральная линия.

Прекрасная экспериментальная база ФИАНа позволяет выйти из затруднения чрезвычайно оригинальным, хотя и не простым путем. Стоит заменить обычный резонатор сверхпроводящим, и ширина его резонансной кривой уменьшится в миллионы раз. Так будет создана радиочастотная модель лазера.

 

ЭФФЕКТ ИЛИ ДЕФЕКТ?

В заключение знакомства с семейством советских молекулярных генераторов Таунсу предложили загадку. Вопрос гласил: может ли частота молекулярного генератора зависеть от направления магнитного поля? Таунс ответил: нет, не может. Этот ответ соответствовал наиболее точным теориям.

Каково же было изумление гостя, когда хозяева показали ему, что такая зависимость в действительности существует. В течение долгого времени удивительное явление изучали и в ФИАНе и в одном из метрологических институтов. Провели массу измерений и проверок. Необъяснимое явление действительно существовало. Горячая дискуссия не дала ничего нового. Ее вывод гласил: очень интересно и совсем непонятно.

Кстати, и через полтора года, положение не изменилось. Загадка осталась загадкой. Недавно в Москве гостил один французский ученый; он был так взволнован увиденным, что прибегал в лабораторию по нескольку раз в день — эффект или дефект?

В соседних комнатах Таунс увидел сверхстабильные водородные генераторы. Они, по-видимому, с наибольшим основанием претендуют на роль эталонов частоты. Поэтому становится особенно важным изучить их свойства так же подробно, как это уже сделано для молекулярных генераторов.

Таунс долго и увлеченно обсуждал со своими коллегами различные новые возможности проверки предсказаний теории относительности о неодинаковом течении времени, которые могут быть осуществлены при использовании молекулярных и водородных генераторов. Оживленная дискуссия была прервана телефонным звонком. Из соседней комнаты напоминали о том, что расписание давно нарушено.

Снова возник безнадежный вопрос о том, как объять необъятное. Решили не пытаться. Гость будет сам регулировать скорость и направление своего движения, выбирая то, что его больше привлекает. А привлекала его в тот момент одна фантастическая, почти фантастическая вещь. Таунс уже слышал о том, что Басов с молодыми сотрудниками В. С. Зуевым, П. П. Крюковым, В. С. Летоховым и Р. В. Амбарцумяном заставляют импульсы от оптического квантового генератора бежать быстрее, чем световые волны. Но в это невозможно было поверить! Таунс по дороге с аэродрома даже подтрунивал над Басовым:

— Так во сколько раз скорость у вас больше скорости света?

— В десять, — невозмутимо отвечал Басов.

Так Таунс тогда и не понял, шуткой ли на шутку отвечал Басов или это было сказано всерьез.

И вот теперь в лаборатории он снова в нетерпении спрашивает, правда ли это, и если правда, то можно ли поподробнее?

— Пожалуйста.

И гость услышал даже его поразивший рассказ.

Лазер, при помощи которого наблюдался этот необычный эффект, давал гигантский импульс света мощностью в миллиарды ватт. Басовцы пропускали этот импульс через стержни возбужденного рубина, где он усиливался еще больше. Теория, развитая Сковилом и его сотрудниками, предсказывала, что при этом импульс, который первоначально длился всего несколько десятков миллиардных долей секунды, станет еще короче.

Однако точные измерения показали, что ожидаемого укорочения не получается. Длина и форма импульса остаются почти неизменными. Но совершенно неожиданно оказалось, что вершина импульса бежит вперед гораздо быстрее, чем распространяется свет в пустоте. Результат, казалось, противоречит основному положению современной физики о том, что скорость света в пустоте не может быть превзойдена.

Пришлось прервать опыты, рассказывал гостю Басов, и сесть за стол. Вот что сказали формулы, после того, как их допросили строже, чем это раньше сделал Сковил. Гигантский импульс, несмотря на свою кратковременность, содержит более миллиона световых колебаний. Они начинаются с очень слабых и лишь постепенно достигают колоссальных величин. По мере того как этот импульс пробегает через усиливающий кристалл, слабые колебания на переднем склоне импульса усиливаются, съедая всю энергию, запасенную в кристалле. На долю остальной части импульса уже ничего не остается. Эта часть бежит не усиливаясь, а может быть, даже немного ослабевая из-за рассеяния на неизбежных неоднородностях кристалла и из-за других потерь энергии. Поэтому по мере продвижения светового импульса вдоль кристалла его вершина быстро перекатывается вперед по самому импульсу.

— А так как мы измеряем скорость импульса по положению его вершины, — говорил Басов, — то, естественно, получаем величину большую, чем скорость света. Иными словами, сама волна бежит со скоростью света, а вершина импульса перемещается быстрее, так как роль вершины импульса постепенно переходит от одного гребня волны к другому!

Я представляю себе цепочку спортсменов, бегущих один за другим с совершенно одинаковой скоростью. Пусть теперь один из них на бегу передает эстафетную палочку тому, кто бежит перед ним, а этот, в свою очередь, передает ее вперед. При этом эстафетная палочка будет двигаться вперед быстрее, чем сами спортсмены. Нечто подобное происходит и с вершиной импульса в опытах, показанных Таунсу.

«Сверхсветовой» импульс пока кажется неким физическим курьезом. Но, поняв механизм его возникновения, в этой лаборатории сумели добиться и получения сверхкоротких импульсов, предсказанных расчетом Сковила. Это было нелегкое дело. Условия расчета Сковила соблюдались только для тех импульсов, которые не имеют пологой передней части. Только если передний фронт импульса, попадающего на вход усилителя, очень крут, его вершина не сможет убегать вперед, а хвост будет постепенно обрезаться.

Ни одна система управления резонатором, применяющаяся для получения гигантских импульсов, не давала нужной крутизны переднего фронта. После упорных поисков пришлось ввести в лазер вторую систему модуляции, дополнительно обрезающую передний фронт гигантского импульса. Как только система была налажена, все пошло в соответствии с расчетом. Усилитель не только увеличивал высоту импульса, но и обрезал его хвост. Так были впервые получены гигантские импульсы света длительностью всего в несколько миллиардных секунды.

И опыт и его объяснение произвели на гостя большое впечатление. За обедом, который прервал обход лаборатории, он поднял тост за будущую Нобелевскую премию.

Но впереди были другие комнаты и не менее интересные работы. Здесь были и полупроводниковые оптические генераторы различных типов, и генераторы, работающие на всевозможных газах, и твердотелые генераторы, дающие световые импульсы такой мощности, что они превращают газ в ослепительно сияющую плазму.

Гостю показали установку, при помощи которой физики совместно с астрономами проводили в Крымской обсерватории точную светолокацию Луны, сравнивали полученные результаты с тем, что в этом направлении сделано в США, где пока зафиксировали лишь факт приема световых волн, отраженных от лунной поверхности. И в лаборатории, и в коридорах, переходя из комнаты в комнату, и за обеденным столом говорили об одном и том же. Чего можно ожидать от лазеров в будущем? Где следует их применять? Конечно, прежде всего обсуждали, удастся ли при помощи сверхгигантских импульсов управлять термоядерными реакциями. Речь шла и о возможности применения мощного электромагнитного излучения для управления химическими реакциями. Ведь применив такой метод воздействия, можно избирательно разрушать химические связи и направлять течение реакции по новым путям, недоступным при обычных методах. Такие исследования уже начались, а возможность создания для этой цели специальных генераторов уже изучается в лаборатории Прохорова.

Очень важно было бы научиться включать и выключать лазеры при помощи сигналов других лазеров. Это открывает путь к созданию сверхбыстродействующих счетных машин. Особенно ценным была бы возможность применения света в таких машинах и для передачи и сохранения информации.

Полупроводниковые оптические генераторы, работающие при малых токах, могли бы составить основу таких вычислительных машин и других разнообразных сверхбыстродействующих схем, аналогичных радиосхемам.

От этих проектов, относящихся еще к будущему, беседа переходила к вполне реальным применениям лазеров. К оптическим системам связи и передачи телевидения, к лазерным дальномерам и гироскопам. Гости и хозяева сравнивали различные способы применения лазеров для обработки алмазов и твердых сплавов, для сварки самых тугоплавких металлов. Они обсуждали детали того, как лазер помогает выполнять тончайшие операции внутри живого человеческого глаза, как его лучи производят филигранные исследования клеток живого организма, вызывая в них разнообразные изменения. Лазер… лазер…

Человек, по-настоящему увлеченный своим делом, думает о нем постоянно, вновь и вновь рассматривая его с различных сторон, отыскивая новые возможности, разрабатывая программу на завтра и планы на будущее. И только сон может прервать этот поток мыслей. Хотя некоторые считают, что отдельные части мозга трудятся и во сне, передавая сведения, полученные за день, в глубинные тайники памяти.

Оставим теперь наших друзей и их гостя. Ведь и завтра ему предстоит нелегкий день. День в лаборатории Прохорова,

 

ЛАБОРАТОРИЯ КОЛЕБАНИЙ

Приезд Таунса совпал с важной датой, лаборатория колебаний праздновала свое тридцатилетие. Праздновала, несмотря на то, что тридцать лет вовсе не принадлежат к числу дат, предусмотренных для юбилейных торжеств.

Это событие как нельзя лучше характеризует дух лаборатории, психологию ее сотрудников, внутреннюю жизнь ее коллектива. Непраздничная дата совпала с успешным завершением важных исследований. Научные достижения лаборатории получили высокую оценку, и коллективу была присуждена крупная денежная премия.

Теперь невозможно установить инициаторов, но общественные организации провели внутренний плебисцит. Подавляющее большинство высказалось против раздела денег, за то, чтобы использовать их на проведение коллективного вечера. Торжественного и неофициального вечера с приглашением старых сотрудников лаборатории, по различным причинам работающих теперь в других местах.

В обширном колонном зале ФИАНа в виде огромной буквы «П» растянулся украшенный цветами и фруктами стол. Так стоят столы на бесчисленном множестве банкетов, и никто не придает этому никакого значения. Тут можно ждать обвинения в сентиментальности или в стремлении к философии на мелком месте, но факт остается фактом. Организатором лаборатории колебаний и ее первым заведующим был Папалекси. И Прохоров начал свой отчетный доклад с рассказа об идеях Мандельштама и Папалекси и о связи новых работ лаборатории с трудами ее создателей. Юмор и природный такт подсказали Прохорову, где ему следует от научных проблем перейти к застольной речи, которую он закончил тостом за процветание ФИАНа.

Бывший сотрудник лаборатории, профессор МГУ В. В. Мигулин напомнил о тех годах, которые кажутся древней историей многим научным работникам, родившимся после войны. О том романтическом периоде, когда Саша Прохоров вошел в его группу, чтобы делать науку в поле и в море. Вслед за ним С. М. Рытов рассказал об аспиранте Прохорове, и многие вместе с ним вспомнили полузабытые строки.

Они были написаны в первый послевоенный год, когда Академия наук праздновала свое двухсотдвадцатилетие. Гостям показывали работы института. И одним из наиболее интересных приборов был фазовый радиодальномер Мандельштама и Папалекси, дававший неведомую в то время точность. На экране этого дальномера непрерывно деформировалась кривая, больше всего напоминающая греческую букву «гамма».

Старейший из сотрудников Мандельштама и Папалекси И. М. Борушко вспоминал об увлекательных походах, в которых эти дальномеры испытывались в самых трудных условиях.

А потом младшее поколение рассказывало о ненаучных путешествиях и байдарочных походах. И здесь Прохоров никогда не был отстающим. Ведь недаром один из заместителей директора советовал ему для солидности засовывать под костюм подушку.

Хорош тот учитель, которого обгоняют его ученики. Среди учеников академиков Мандельштама и Папалекси есть академики, много членов-корреспондентов Академии наук, а докторов наук трудно сосчитать. Мы понимаем, что только политические мотивы, довлевшие долгие годы над Нобелевским комитетом, были причиной тому, что Мандельштам и Ландсберг, открывшие комбинационное рассеяние света несколько раньше, чем Раман, не разделили с ним Нобелевскую премию. Но Нобелевская премия, полученная Прохоровым и Басовым, служит еще одним украшением славного знамени школы Мандельштама и Папалекси.

Эстафета поколений, пожалуй, нигде не играет такой роли, как в науке. Многие десятки студентов, сменяя друг друга, постоянно работают в лаборатории колебаний. Здесь почти с первого дня на каждого из них смотрят, как на равноправного сотрудника. И эта атмосфера доверия и требовательности дает свои плоды. Большая часть из сидящих за праздничным столом — бывшие студенты и аспиранты Прохорова или дипломники и аспиранты его бывших учеников, ставших уже уважаемыми учеными. Многие гости приехали из Баку, Еревана и Тбилиси, из более близких городов или из московских институтов, где они развивают традиции школы Мандельштама и Папалекси. При каждом удобном случае гости стараются приехать в ФИАН, и не когда-нибудь, а именно в субботу.

Суббота в ФИАНе — особый день. В другие дни большие двери института редко открываются после девяти часов утра. Все давно на местах и работают. Иное дело в субботу. Не успеет вбежать в институт последний из опоздавших сотрудников, как двери штурмует новая волна, непрерывно нарастающая еще целых полчаса. Это гости.

Ровно в девять тридцать уже много лет подряд начинаются объединенные субботние семинары лабораторий колебаний и квантовой радиофизики. Семинары, которые, по существу, превратились в бесконечную научную конференцию, собирающую несколько сот постоянных участников. Выступить на этом семинаре считает за честь каждый работающий в области квантовой электроники. Квантовая электроника постепенно вытеснила с этих семинаров другие разделы радиофизики, и эта целеустремленность отличает семинар от других популярных семинаров с более широкой тематикой.

И еще одним отличается этот семинар: непринужденной деловой товарищеской атмосферой. Открывает заседание семинара не Прохоров, а ученый секретарь, один из посменно назначаемых добровольных носителей тяжелого организационного бремени, «которое ведь кто-нибудь должен нести». На этих семинарах, если только докладчик не запросит пардона, его можно перебивать в любом месте любыми вопросами. А после окончания доклада град вопросов и буря дискуссии помогают обнаружить неточности и слабости, подтвердить истину и выбрать дальнейший путь. И каждый раз дискуссия заканчивается традиционной репликой секретаря: «А теперь предоставим слово Александру Михайловичу».

Но в эту субботу традиция была нарушена. Гость не был готов и, по согласованному расписанию, на субботу был назначен осмотр лаборатории колебаний, а доклад профессора Таунса был перенесен на понедельник.

Ставшие уже классическими исследования парамагнитного резонанса, давшие так много и физике и технике, не очень интересовали гостя. Он сам не работал в этой области и, естественно, стремился к тому, что его увлекало. А увлекали его сложные проблемы квантовой электроники, таящие еще неизведанные пути.

И ему было что посмотреть у Прохорова.

Один из замыслов Прохорова недавно казался совершенно фантастическим. Теперь это полноправное направление. Новая просека в чаще неведомого. Прохоров обосновал возможность создания оптического квантового генератора, в работе которого участвует энергетический уровень, на самом деле не существующий. Не удивительно, что поначалу это казалось многим чисто математическим упражнением, так сказать, игрой ума. Но для Прохорова это, по-видимому, было развитием одной из идей, теперь общепризнанной, а ранее казавшейся безумной.

Речь идет о переходах через удаленные уровни. Началось это много лет назад. Исследования процессов установления равновесного состояния в кристаллах, предназначенных для работы в парамагнитных усилителях, во многих случаях заводили ученых в тупик. Зачастую такие процессы протекали гораздо быстрее, чем это можно было предвидеть. И все расчеты шли насмарку. Не избегли таких разочарований и советские физики, в том числе Прохоров и Маненков.

Квантовая физика обнаружила, что в природе существует множество запретов. И они соблюдаются гораздо строже, чем многие законы, созданные людьми для упорядочения человеческих взаимоотношений. Конечно, и в физике имеются законы, обладающие ограниченной сферой действия. Так, недавно было обнаружено, что казавшийся незыблемым закон сохранения четности неприменим к процессам, связанным с участием нейтрино. Но существуют и такие запреты, которые должны соблюдаться неукоснительно. Именно они запрещали переходы между некоторыми близкими уровнями энергии в парамагнитных кристаллах.

Несмотря на то, что соединенными усилиями были оценены все причины, хотя бы в малой степени разрешающие эти переходы, теория не сходилась с опытом. Переходы происходили несравненно быстрее, чем предсказывали расчеты. Казалось, что природа знает какой-то неизвестный людям путь обхода незыблемого запрета.

Прохоров и Маненков решили обнаружить этот путь. И они нашли его. Оказалось, что частица, находящаяся на том уровне, с которого путь вниз запрещен, может с большой вероятностью подняться на более высокий уровень, а уже потом, практически мгновенно, свалиться вниз. Прохоров и Маненков проверили это предположение на многих примерах, и опыт подтвердил его. Уличив природу в таком обходе запретов, Прохоров и Маненков решили извлечь из этого пользу. Они разработали метод, позволяющий из наблюдения двухступенного процесса определять высоту вспомогательного уровня, играющего основную роль при таких переходах. Это был способ изучения уровней, для наблюдения которых прямыми методами в то время, а в некоторых случаях и теперь не существует нужной аппаратуры. Прохоров и Маненков обнаружили, что в некоторых случаях непрямые переходы между близкими уровнями, разделенными запретом, могут происходить через удаленный третий уровень, лежащий не только выше, но и ниже этой пары. Об этих работах я вспоминаю каждый раз, пересекая по подземному коридору близ ФИАНа Ленинский проспект, переход через который запрещен.

По-видимому, статьи об этих работах Прохорова и Маненкова несколько опередили время. Они не встретили резонанса. Но впоследствии аналогичные исследования были выполнены за рубежом Орбахом. Наверно, статья Орбаха появилась в очень подходящий момент. Почва для нее уже была подготовлена. Факт остается фактом — непрямые переходы в течение нескольких лет даже в нашей стране называли Орбаховским процессом.

Впрочем, Прохоров не рассказывал гостю о непрямых переходах, уже вошедших в учебники. Нужно было беречь время, и он начал с не менее парадоксальной идеи.

Речь шла о двухфотонном оптическом квантовом генераторе. Конечно, двухфотонное поглощение было известно и раньше. При очень интенсивных полях атомные системы могут поглощать не только фотоны резонансной частоты, но и пары фотонов, суммарная энергия которых совпадает с разностью энергий соответствующих уровней.

О возможности противоположного процесса никто не думал. Но после того, как Прохоров и Селиваненко указали на возможность создания двухфотонного лазера, трудно понять, почему об этом не догадывались раньше. Конечно, в слабых полях вероятность двухфотонных процессов очень мала и их трудно наблюдать. Но если поля достаточно сильны, то при подходящих условиях вынужденный переход системы с верхнего уровня на нижний может сопровождаться рождением сразу двух фотонов. Таких, чтобы сумма их энергии равнялась энергии, выделяемой системой. На схемах, иллюстрирующих двухфотонный процесс, можно видеть верхний и нижний уровень, соединенные двумя стрелками. Но ни одна из них недостаточно длинна, чтобы перекинуть между ними мост. И они объединяются, стыкуясь между собой там, где пет никакого промежуточного уровня. Впрочем, физикам удобнее считать, что там есть виртуальный уровень (они почему-то не воспользовались русским словом «воображаемый»).

Конечно, Таунсу было любопытно узнать, при каких условиях можно осуществить такой процесс Прохоров и Селиваненко набросали расчет. Оказалось, что для этого нужно поместить активную среду в резонатор, настроенный сразу на обе желаемые частоты, и принять меры для подавления генерации на частоте, свойственной самой атомной системе. Достаточно после этого воздействовать на систему коротким, но мощным импульсом одной из избранных частот, и процесс начнется. А начавшись, он будет продолжаться до тех пор, пока мы сможем поддерживать среду в активном состоянии. Самое интересное и важное здесь — это возможность плавной перестройки частоты. Если генерация началась, то резонатор можно перестраивать в широком диапазоне, соблюдая лишь одно условие: сумма двух его частот должна оставаться равной частоте прямого перехода между рабочими уровнями.

Расчеты показали, что осуществить перестраиваемый двухфотонный генератор далеко не просто. И он до сих пор не создан. Но такой генератор очень нужен для управления химическими реакциями, и он, несомненно, будет построен.

От обсуждения теоретических проблем гость перешел к знакомству с тончайшими опытами, в которых советским физикам удалось с большой точностью измерить температуру плазмы, образующейся в сфокусированном луче оптического квантового генератора. В этой работе, кроме Прохорова и его сотрудника П. П. Пашинина, участвовал руководитель спектральной лаборатории ФИАНа профессор Сергей Леонидович Мандельштам, сын Леонида Исааковича, и его сотрудница Н. К. Суходрев.

Таунсу не нужно было объяснять, что ни один из известных методов измерения температуры не позволял получить нужной точности из-за крайней быстротечности возникновения и исчезновения этой миниатюрной шаровой молнии. Долгие обсуждения и настойчивые опыты привели наших исследователей к выводу о том, что можно провести расчет, точно связывающий температуру плазмы в этом разряде с испускаемым ею рентгеновским излучением. Они осуществили это на практике. И рентгеновы лучи стали чувствительным органом нового невиданного термометра. При их помощи удалось установить, что температура в плазме, получаемой в фокусе луча лазера, достигает полумиллиона градусов!

В соседней комнате Таунс познакомился с Натальей Александровной Ирисовой, появлявшейся уже на первых страницах этой книги юной аспиранткой, а теперь ставшей опытным молодым физиком. Она руководит группой, ведущей сложные исследования свойств вещества в субмиллиметровом диапазоне радиоволн. Ее цель обеспечить смыкание радиоволн с оптическими волнами методами квантовой электроники. Для этого она и ее сотрудники создают все более совершенные приборы, изучают новые материалы, сообщают товарищам, среди каких веществ следует вести поиски, изобретают все новые конструкции, добиваются увеличения точности и быстроты исследования.

Нельзя не залюбоваться тем, как уверенно действуют они в области, которая, по всеобщему мнению, превосходит по трудности все остальные. Здесь должны акклиматизироваться не только экспериментаторы, но и их приборы. И самыми жизнестойкими, совсем как в биологии, оказались гибриды, глядя на которые невольно думаешь о грани, отделяющей изящество от уродства.

Наталья Александровна с нежностью и осторожностью манипулирует с пустыми металлическими рамками. Только заметив недоумение зрителей, она поясняет, что рамки отнюдь не пустые. Они затянуты тончайшими незримыми проволочками. И образуют различные элементы приборов субмиллиметрового диапазона.

Прохоров поделился с гостем своими мечтами о новых типах оптических квантовых генераторов, о поисках новых активных материалов. Ведь коэффициент полезного действия большинства современных оптических квантовых генераторов очень мал. Он составляет доли процента, в лучшем случае несколько процентов. Прохоров убежден, что здесь можно достичь многого.

Лаборатория колебаний вместе с отделом монокристаллов ФИАНа и с Институтом кристаллографии уже добились повышения коэффициента полезного действия рубинового генератора до нескольких процентов. Так, рубиновый генератор сравнялся с паровозом. Но это не предел. Один из генераторов, созданный в лаборатории, имеет кпд в 13 процентов. Прохоров считает это число счастливым. Ведь удалось догнать тепловоз!

Прохоров — прирожденный фантаст. И к нему тянутся фантасты. Один из «старых» молодых сотрудников Прохорова, В. Г. Веселаго, бывший студентом-дипломником еще в старом ФИАНе на Миусах, затратил массу сил на создание уникальной магнитной установки. В ней в очень большом объеме в течение длительного времени могут поддерживаться огромные магнитные поля. Столь большие поля в других лабораториях создаются лишь в весьма малых объемах или на короткие мгновения. Это очень усложняет исследования. Здесь же Прохоров рассчитывает наблюдать то, что пока еще остается недоступным экспериментаторам. А может быть, при помощи новой установки они натолкнутся и на явления, о которых еще не думают и теоретики!

Знакомство с ФИАНом кончилось для Таунса своеобразным турниром. Он скрестил шпаги с молодым сотрудником прохоровской лаборатории Володей Луговым, который создал новую теоретическую модель комбинационного рассеяния, открытого Мандельштамом и Ландсбергом. Оказывается, и Таунс много работал в этой области (его можно считать заочным мандельштамовским учеником), и у него тоже есть своя модель. И результаты, полученные обоими учеными, совпадали. Казалось бы, о чем им спорить? Результаты-то совпадали, а модели были разные! И решить спор мог только эксперимент. И все присутствующие, захваченные азартом, обсуждали и предлагали свои варианты проверки. Все страшно спорили, пили кофе и спорили. Каждый защищал свою точку зрения, горячился, доказывал. Главные «бойцы» выпили уже по пятой чашке, а к соглашению все не пришли. Каждый остался при своем мнении. Кто прав — покажет время. Вернувшись к себе, Таунс, наверно, тут же засядет за работу. Этот диспут, по словам Таунса, был одним из самых его ярких впечатлений от посещения ФИАНа.

 

ПОНЕДЕЛЬНИК — ДЕНЬ ТЯЖЕЛЫЙ

Осмотр лаборатории колебании не мог уложиться в сокращенный субботний день, но хозяева с удовольствием пожертвовали частью своего отдыха. Гостеприимство недаром считается характерным свойством нашего народа.

Но человеческие возможности ограничены. Это чувствуют даже гурманы. Субботний вечер и все воскресенье были посвящены отдыху. Вечером театр. Днем осмотр Москвы и ее окрестностей. Обед на маленькой даче Прохорова, во время которого женам то и дело приходилось прерывать разгоравшиеся научные дискуссии.

Понедельник начался докладом Таунса. Конференц-зал ФИАНа был переполнен.

Вопросы затянулись, и Таунс должен был прямо из зала спешить в автомобиль, чтобы вовремя попасть на прием к вице-президенту Академии наук СССР академику М. Д. Миллионщикову. Предполагалось, что это будет короткий официальный визит вежливости, и программа предусматривала на него совсем мало времени. Но при составлении программы никто не подумал о том, что Миллионщиков не только вице-президент, но и физик. Уже в первые минуты выяснилось, что и в этом торжественном кабинете он прежде всего физик. И беседа приняла совсем не официальный характер. Незаметно пролетело время обеденного перерыва, и озабоченная секретарша, поняв, что ждать конца беседы безнадежно, принесла собеседникам чай, напомнив, что Таунса ждут в Институте радиотехники и электроники.

Директор Института радиотехники и электроники академик В. А. Котельников, автор теоремы Котельникова, на которую опирается вся теория связи, известен неспециалистам своими выдающимися работами по радиолокации планет. Он выразил, сожаление, что не может показать гостю планетный радиолокатор, который незадолго до этого осматривал известный английский радиоастроном Ловелл. Для этого пришлось бы поехать в Крым, а Таунс предпочел посетить Сибирь, Среднюю Азию и Кавказ. Но в институте находится новый парамагнитный усилитель, предназначенный для применения в радиоастрономии. Впрочем, сказал Котельников, он вкратце расскажет гостю о работах института, и профессор Таунс может выбрать, с какими из этих работ он хотел бы познакомиться подробнее.

Мы не будем сопровождать Таунса по многочисленным лабораториям, ведущим исследования в разнообразных областях радиотехники и электроники. Только закаленный спортсмен и выдающийся ученый может безнаказанно пройти такой маршрут. Мы подготовлены только к посещению лаборатории квантовой электроники, которая, как мы знаем, отпочковалась от лаборатории ФИАНа и которую возглавляет бывший фиановец профессор Жаботинский.

В свое время эта лаборатория вложила немалый вклад в разработку и исследование молекулярных генераторов и цезиевых атомнолучевых стандартов частоты. Но все ее молекулярные генераторы давно переданы в Московский энергетический институт, где они попали в руки студентов и аспирантов, специализирующихся в области квантовой электроники. Часть атомнолучевых стандартов проделала подобный путь, лишь два из них задержались в лаборатории для окончания дипломных работ студентов, но тоже готовились к скорому переезду.

Таунс с интересом осмотрел парамагнитный усилитель, применявшийся при первых опытах по радиолокации планет, и непревзойденный пока по своим характеристикам парамагнитный усилитель для исследования радиоизлучения космического водорода.

Он выслушал рассказ об исследованиях новых материалов, дающих надежду на получение еще более совершенных усилителей.

Особенно заинтересовал гостя рассказ о неожиданных возможностях, предсказанных М. И. Родак, которая извлекла их из оригинального теоретического исследования процессов, происходящих в парамагнитных кристаллах. М. И. Родак совсем молодой девушкой попала на фронт и с честью прошла через горнило военных лет. Она самоотверженно боролась за свободу и счастье человечества, за свою мечту стать ученым. После войны она окончила университет и стала физиком.

Если можно говорить о «мужских» и «женских» специальностях, то, пожалуй, самой «неженской» является теоретическая физика. Известно много замечательных женщин — математиков, химиков, биологов, филологов… Трудно даже перечислить области науки, в которых женщины продемонстрировали свое равноправие. Но когда Родак выбирала себе специальность, мир знал только одну женщину, добившуюся больших успехов в области теоретической физики. Такой пример мог только насторожить. Заставить подумать: а нет ли здесь в самом деле правила, какого-либо неведомого запрета? Поискать дороги полегче. Но Родак не испугалась. Возможно, ей помогла армейская закалка. Может быть, сыграла роль способность сосредоточиваться на поставленной цели, умение видеть за сухими формулами живую осязаемую природу.

Выбор оказался удачным. Способности и выдержка привели к успеху.

Родак сделала много интересных работ, но, пожалуй, только физик оценит все значение такой маловыразительной фразы: Родак нашла путь непрерывного поддержания инверсии между двумя электрическими уровнями в парамагнитных кристаллах без использования какого-нибудь третьего уровня. Вспомним, что в 1951 году Пэрселл и Паунд получили инверсию между двумя уровнями в кристаллах фтористого лития, но только на очень короткое время. В 1956 году Блумберхен, не видя другого пути, предложил использовать для непрерывной работы парамагнитного усилителя систему трех уровней. Сейчас эта восходящая к Басову и Прохорову схема применяется во всех существующих парамагнитных усилителях. Гипноз успеха был так силен, что о двухуровневых системах и не вспоминали.

Анализируя теорию взаимодействия парамагнитных ионов, Родак обнаружила, что при некоторых условиях должны возникать эффекты, о которых еще никто и не догадывался. Самым поразительным из них был такой. Если облучать парамагнитный кристалл радиоволной, частота которой лежит на склоне спектральной линии этого кристалла, то еще дальше на склоне этой же спектральной линии могут возникнуть условия для усиления радиоволн. Так впервые была обнаружена возможность непрерывного усиления или генерации радиоволн при помощи одной спектральной линии, а значит, с использованием лишь двух энергетических уровней.

Таунс задал молодой женщине много вопросов, поясняя свои мысли кривыми. Родак отвечала на них при помощи уравнений, ибо для физиков зачастую строчка математического уравнения заменяет получасовую речь. В заключение беседы гость заметил, что, по его мнению, экспериментальные работы в этом новом направлении будут чрезвычайно интересными, и поздравил автора с большим успехом.

В марте 1966 года ученый совет института подтвердил высокую оценку, присудив Родак за диссертацию, посвященную этим исследованиям, ученую степень кандидата физико-математических наук.

Время летело так быстро, что знакомство с работами по созданию новых материалов для оптических квантовых генераторов, с исследованиями свойств их излучения и посещение других лабораторий уже в какой-то мере напоминало туристскую экскурсию. (Желая увидеть как можно больше, человек обычно переоценивает свои силы и прежде всего свою способность к самоограничению. Кто из нас, начав обход музея размеренным шагом, не задерживался перед какой-нибудь картиной, забывая обо всех планах, о советах путеводителя. А потом, перед самым закрытием, мы гимнастическим шагом пробегаем мимо не менее интересных экспозиций.)

Вы лучше поймете, в каком состоянии вышел Таунс из Института радиотехники и электроники, если вспомните, что в этот день он пренебрег обедом. А мне говорили, что, по оценкам врачей, ученый тратит во время работы примерно столько же энергии, сколько и землекоп. К счастью, от института до гостиницы, по московским масштабам, рукой подать. Впрочем, даже короткой поездки по улицам Москвы оказалось достаточно для того, чтобы Таунс предстал перед своей супругой таким свежим и бодрым, как будто не было ни доклада перед незнакомой аудиторией, ни длинных научных дискуссий, ни утомительного осмотра лабораторий.

А вечер, как и предыдущие вечера, тоже был занят. И вряд ли ученый, каким бы гостеприимным хозяином он ни был, может избавить своего коллегу-гостя от обсуждения сложнейших научных вопросов.

 

ПОСЛЕДНИЕ ДА БУДУТ ПЕРВЫМИ

Но у Таунса, оказывается, была еще одна заветная мечта — побывать в МГУ! Да и кто из гостей Москвы не томился тем же желанием? Кто не знает или не слышал о Московском университете на Ленинских горах? Устремив в небо тонкий шпиль и гордо неся на плечах изящные башенки, он широко раскинул свои блистающие сотнями окон крылья. Размноженные миллионными тиражами изображения этого здания стали символом прогресса науки и культуры. Подходя к нему от реки, любуясь его отражением в глади обширных бассейнов, зеленью тенистых рощ, привольно разбежавшихся в обе стороны, вдыхая переменчивый аромат цветников, трудно представить себе, что это не университет, а лишь символ университета, его небольшая, можно сказать, парадная часть.

Конечно, главное здание содержит главные ценности университета. Здесь живут люди. Профессора, преподаватели, студенты и аспиранты. Это в крыльях. В центральной части — обширный и прекрасный зал, украшенный колоннами, клубные помещения с меньшим, но более уютным залом. Подо всем этим нескончаемый вестибюль, а еще ниже — вместительные столовые. Одним словом, здесь помещается то, что принято называть «золотым фондом», и почти все, что нужно для поддержания его блеска. Здесь обычно проводятся научные конференции, пресс-конференции, торжественные заседания, просто вечера отдыха.

Наука, как таковая, занимает здесь сравнительно мало места. Конечно, вечером она проникает и в квартиры и в общежития. Ученые, да и большинство студентов — добровольные рабы науки. Они почти никогда не сбрасывают ее нелегкие цепи. Но днем науке отдана лишь центральная башня, где расположен минералогический музей, и несколько аудиторий, занимаемых главным образом математиками и геологами.

По утрам туристы могут наблюдать поразительную картину. В университет идут одиночки. Зато густые потоки людей выливаются из многочисленных боковых подъездов и растекаются в разные стороны. Неужели здесь учатся по ночам, думает турист, не зная, что все эти люди спешат учить и учиться.

Войдем же и мы вместе с туристами по широким ступеням, пройдем через вестибюль, напоминающий первые станции Московского метро, минуем центральную часть с ее скоростными лифтами и через второй вестибюль выйдем с противоположной стороны здания.

Перед нами откроется широкий, поросший травой и деревьями плац. Слева и справа его замыкают два корпуса. Они похожи друг на друга не меньше, чем изображение в зеркале похоже на отражающийся в нем предмет. Это действительно братья-близнецы. Слева физический факультет, справа — химический. На них нет башенок и шпилей. Это здания-труженики. Сюда по утрам вливается часть людских потоков, так удивляющих туристов, томящихся у фасада. Сюда стремятся тысячи молодых людей со всей Москвы, со всех концов нашей страны и из многих других стран.

Сюда во второй половине дня во вторник приехал профессор Таунс, чтобы прочитать лекцию о квантовой электронике и познакомиться с исследованиями университетских физиков. Если мы хотим успеть на лекцию, придется отложить до более удобного времени знакомство с Московским университетом. Ведь только для того, чтобы обойти территорию, занимаемую «естественными» факультетами, от астрономов на левом фланге до биологов на правом, нам потребовалось бы около часа. И это не заглядывая внутрь. А есть еще гуманитарные факультеты, оставшиеся в старых зданиях в центре города. Да, отложим осмотр университета и зайдем к физикам.

Лекция заезжего профессора обычно не привлекает большого числа слушателей. Много ли скажешь за одну лекцию? Вот если бы курс, тогда открывай пошире двери. И умудренные опытом дамы из учебной части выделили для лекции профессора Таунса Малую физическую аудиторию.

Уже в половине третьего стало ясно, что дамы чего-то не учли. Малая, вмещающая сотни человек, была забита сверх предела, и прилегающие коридоры оказались запруженными грозно гудящей толпой студентов. Пришлось перенести лекцию в Большую физическую. При этом еще раз сработал бессмертный клич: «Последние да будут первыми». Толпившиеся в коридорах заняли первые ряды, а счастливцы, занимавшие нижние скамьи в Малой, оказались в Большой на самой верхотуре. Но такие мелочи не могут испортить настроение студента. В тесноте, да не в обиде! Слова «квантовая электроника» и перспектива увидеть сразу трех «нобелиатов» и услышать одного из них компенсировали все неудобства. Тем более что отличная акустика Большой позволяла всем хорошо слышать и без помощи микрофонов и усилителей.

Дар лектора — особый дар. И никакой конспект, даже написанная им самим книга не заменят непосредственного воздействия хорошего лектора. А профессор Таунс оказался хорошим лектором.

Я передам содержание этой лекции. Не для того, чтобы опровергнуть утверждение о неполноценности конспектов, — это не будет даже конспектом, — а для того, чтобы показать, в каком виде Таунс хотел показать свой предмет слушателям. Мы с вами достаточно подготовлены, чтобы понять ее.

— Внутренняя энергия атомов и молекул, — начал он, — может принимать целый ряд фиксированных значений, характерных для данного типа атомов и молекул. Не будем говорить о всех сразу, а ограничимся какими-нибудь двумя значениями или уровнями энергии. — И он нарисовал на доске одну над другой две горизонтальные линии.

— Переход атома с верхнего уровня на нижний сопровождается излучением фотона. Энергия этого фотона равна разности между энергиями атома в верхнем и нижнем состояниях. Если мы имеем дело с большим числом одинаковых атомов и эти атомы достаточно долго не испытывали каких-нибудь особых внешних воздействий, то атомы будут находиться в таком состоянии, которое можно назвать равновесным. Это значит, что, несмотря на хаотическое движение атомов, число атомов в верхнем и в нижнем энергетических состояниях не будет меняться. Такое равновесие будет сохраняться и в том случае, если система атомов находится внутри замкнутой металлической полости, стенки которой способны излучать и поглощать электромагнитные волны. И система атомов и электромагнитное поле придут со временем к единому равновесному состоянию.

Я слушала и думала, что для нас с читателем это не новость. Ведь помните, в равновесном состоянии, как заметил еще Больцман, число атомов, находящихся в нижнем энергетическом состоянии, всегда несколько больше, чем их число в верхнем состоянии? И каждый атом, находящийся в нижнем энергетическом состоянии, может перейти в верхнее, поглотив из электромагнитного поля один фотон. И каждый атом, находящийся в верхнем состоянии, может перейти в нижнее, отдав полю излишнюю энергию в виде такого же фотона.

Это же подтвердил и Таунс. Он продолжал:

— Вероятность таких противоположных процессов одинакова. Это значит, что атом, находящийся в нижнем энергетическом состоянии, имеет столько же шансов перейти в верхнее, сколько шансов у атома, находящегося в верхнем состоянии, перейти в нижнее под действием того же электромагнитного поля. Но при равновесии число атомов в нижнем состоянии всегда больше, чем их число в верхнем. Казалось бы, если каждый атом имеет одинаковое число шансов перейти вверх или вниз, то в среднем вверх будет переходить больше атомов, чем вниз. Если бы это было так, равновесие должно было нарушиться и число атомов в обоих состояниях стало бы одинаковым.

(Сейчас он, наверно, заговорит об атомах-приемниках и атомахпередатчиках!)

— Эйнштейн объяснил, почему этого не происходит. Он показал, что наряду с переходами под действием поля, сопровождающимся поглощением и вынужденным испусканием фотонов, существует третий процесс — самопроизвольное излучение фотонов. Оно происходит независимо от поля и сопровождается переходом атомов из верхнего энергетического состояния в нижнее. Именно самопроизвольное испускание обеспечивает сохранение равновесного состояния. Все это вместе взятое объясняет, почему в обычных условиях все вещества поглощают проходящие через них волны света и радио. Но отсюда можно усмотреть и то, как заставить вещество превратиться из поглощающего в усиливающее.

(Вот, вот! Самое главное!)

— Для этого надо сильно нарушить тепловое равновесие, — заключил Таунс. — Так сильно, чтобы число частиц на верхнем из двух уровней стало большим, чем на нижнем. Теперь известно много путей достижения этой цели. Это пространственная фокусировка, примененная в аммиачном лазере. Это оптическая накачка, применяемая в рубиновом лазере. Это электрический разряд в газах или электрический ток в полупроводниках.

Но усиление является лишь одной частью задачи. Вторая, не менее важная часть — это генерация электромагнитных волн.

Для генерации нужна обратная связь. Осуществить обратную связь можно различными путями. В оптике и в диапазоне наиболее коротких радиоволн легче всего осуществить обратную связь, помещая рабочее вещество внутрь резонатора.

Любой квантовый генератор содержит рабочее вещество, находящееся в резонаторе, и устройство для приведения рабочего вещества в активное состояние. Фотон, испущенный вдоль оси резонатора, вызовет лавину точно таких же фотонов. Излучение квантового генератора отличается большой монохроматичностью и направленностью. Это определяет разнообразные возможности его применения.

Профессор коротко рассказал о перспективах, открываемых созданием лазеров перед наукой и техникой. Единственное, для чего лазер не предназначен, закончил он, это для убийства и разрушения.

— Я надеюсь, — сказал профессор Таунс, — что килл-лазер (лазер-убийца) никогда не будет построен!

Эти слова вызвали бурный восторг присутствующих. Лекция очень понравилась слушателям своей лаконичностью и простотой. Таунс в нескольких словах как бы подвел итог достижениям новой, замечательной науки.

Поток вопросов, захлестнувший Таунса, был прерван только сообщением о том, что ректор университета уже ожидает гостя.

 

ЛАЗЕР РОЖДАЕТ ЛАЗЕР

После окончания приема началась научная часть визита Профессор Таунс знакомился с лабораториями физического факультета МГУ. Естественно, что особое внимание он уделил отделению радиофизики, возглавляемому одним из учеников Мандельштама и Папалекси, профессором Владимиром Васильевичем Мигулиным, тем самым, который еще совсем молодым ученым руководил первыми шагами начинающего Прохорова. Мигулин до сих пор сохраняет пристрастие к теории колебаний, особенно к параметрическим колебаниям, которые неожиданно тесно переплелись с квантовой электроникой. Однако основную тяжесть этих исследований нес на себе тогда совсем молодой профессор Рем Викторович Хохлов. (Впоследствии академик, ректор МГУ)

И гость особенно заинтересовался главным направлением исследований кафедры, руководимой Хохловым, — нелинейными оптическими явлениями. Так называются разнообразные эффекты, возникающие, когда свойства вещества зависят от интенсивности действующего на него света. Как и в области радио, нелинейные явления в оптике становятся существенными только при очень больших электромагнитных полях. В долазерную эру оптики имели дело лишь с крайне слабыми полями, и для наблюдения нелинейных явлений приходилось создавать очень чувствительную аппаратуру.

Обсуждая эту ситуацию, академик Вавилов, введший в науку термин «нелинейная оптика», писал: «Физики настолько свыклись с линейностью обыденной оптики, что до сих пор нет даже формального строгого математического аппарата для решения реальных „нелинейных“ оптических задач».

С появлением лазеров, особенно лазеров с управляемой добротностью резонатора, дающих гигантские импульсы света мощностью в миллиарды ватт, нелинейные явления приобретают большое, иногда решающее значение не только для физики, но и для технических применений. Кстати, именно Хохлов со своим сотрудником С. А. Ахмановым написали первую монографию в этой области, суммировав и значительно развив в ней и теорию и математический аппарат, который имел в виду Вавилов. Эта монография, хорошо известная за рубежом, несомненно, была одной из причин интереса Таунса к работам ее авторов.

В предыдущих абзацах мы уже несколько раз применили выражение «нелинейные явления». Иногда совершенно невозможно избежать научных терминов. Однако специальные термины, в том числе и научные, вовсе не засоряют язык. Наоборот, они делают его проще, яснее и позволяют достичь краткости. Одно-два слова заменяют целую фразу, а иногда и несколько фраз.

Представим себе, например, график движения поезда, идущего с постоянной скоростью. Изображая путь, пройденный им за какое-нибудь время, мы получим прямую линию. Опуская слово «прямая», физик говорит о «линейном» законе движения, имея в виду, что пройденный путь пропорционален времени. Если же график изображает путь, пройденный свободно падающим камнем, то мы увидим на нем не прямую, а изогнутую линию. Не вдаваясь в подробности, не уточняя истинной формы этой кривой, физик говорит, что она не прямолинейна. Для краткости он говорит: она нелинейна. Это значит, что путь, пройденный падающим камнем, не пропорционален времени, он связан со временем нелинейной зависимостью.

В воздухе, стекле, воде, в большинстве известных сред путь, пройденный светом, пропорционален времени. Это значит, что скорость света в этих средах постоянна. Для большинства веществ это верно при всех достижимых интенсивностях света, даже для лучей оптических квантовых генераторов. Но есть небольшое количество кристаллов, в которых скорость света меняется в зависимости от его силы. Более того, эта зависимость изменяется, если меняется направление света по отношению к ребрам кристалла и его граням. Такой закон распространения света естественно назвать нелинейным. Иногда слово «нелинейный» относят к самому кристаллу, имея в виду, что закон распространения света в этом кристалле отличен от линейного.

В радиотехнике давно применяют нелинейные зависимости тока от напряжения, наблюдающиеся в радиолампах и полупроводниковых приборах для умножения частоты. Это значит, что, имея ламповый генератор какой-то определенной частоты, можно, не меняя ничего в генераторе, получить колебания с вдвое, или втрое, или даже вдесятеро большей частотой.

Естественно, что после создания оптических квантовых генераторов физики решили получить нечто подобное и в оптике. Ведь до сих пор мощные квантовые генераторы работают только на двух длинах волн — квантовые генераторы с ионами неодима дают инфракрасные волны длиной около одного микрона, и рубиновые генераторы с ионами хрома излучают красный свет длиной около 0,69 микрона. Между тем, удвоив частоту неодимового генератора, то есть уменьшив его волну вдвое — до 0,5 микрона, можно получить зеленый свет, а утроить его частоту — значит получить ультрафиолетовые лучи длиной в 0,33 микрона. И не какие-нибудь лучи, а почти идеальные! Лазер рождает лазер!

Аналогичный результат дает умножение частоты рубинового генератора.

Действительно, пропуская луч квантового генератора через специально выращенные кристаллы, Франкен и его сотрудники смогли зарегистрировать появление излучения удвоенной частоты. Однако коэффициент преобразования был очень мал. Лишь ничтожная доля энергии падающей волны превращалась в энергию волны удвоенной частоты.

Хохлов и его сотрудники глубоко проанализировали это явление и поняли, что причина лежит в различии скоростей обеих волн. В результате действия различных участков кристалла не складываются, а даже частично уничтожаются. Но уравнения подсказали Хохлову выход из положения. Оказывается, в кристалле можно найти направления, в которых падающая волна и волна с умноженной частотой бегут с такими скоростями, при которых все точки кристалла вдоль направления распространения волн действуют согласованно и результаты их действия складываются. При этом очень большая часть энергии падающей волны превращается в энергию волны с умноженной частотой. Так были созданы весьма эффективные оптические генераторы гармоник.

Нелинейные кристаллы могут служить и своеобразными оптическими микрофонами. При их помощи можно модулировать световые волны так же, как при помощи микрофонов модулируют радиоволны для передачи музыки или речи.

Нелинейные оптические явления — это та область, где отчетливо проявляется неразделимое единство двойственной природы света. Все, что только что говорилось об умножении частоты света, выражалось при помощи привычных для радистов волнозых понятий. Но все это можно выразить и иначе.

Действительно, с квантовой точки зрения удвоение частоты выглядит так. Кристалл, обладающий нелинейными свойствами, превращает два кванта малой энергии (два кванта инфракрасного излучения) в один квант вдвое большей энергии (квант зеленого света).

Нелинейные среды способны вызвать еще более удивительные явления. Они могут объединить энергию кванта света — фотона с энергией кванта тепловых колебаний — фонона — и породить фотон с энергией большей, чем первоначальная. Это значит, что, проходя через кристалл, луч света будет отбирать часть тепловой энергии кристалла. При этом энергия света увеличится, а кристалл немного охладится.

Нечто подобное было давно открыто Мандельштамом и Папалекси в Москве и Раманом и Кришнаном в Калькутте. Это известное комбинационное рассеяние света. Но при обычном комбинационном рассеянии одновременно возникают не только фотоны, более энергичные, чем падающие, но в еще большем количестве фотоны, энергия которых меньше энергии фотонов падающего света. В итоге свет передает кристаллу часть своей энергии, и кристалл нагревается. В отличие от давно известных явлений излучение, вызванное комбинационным рассеянием мощных импульсов оптических квантовых генераторов, обладает такой же направленностью и узостью спектра, которая свойственна излучению самих оптических квантовых генераторов. Оно отличается только длиной волны. И именно возможность изменять длину волны заставляет ученых искать все новые и новые среды, пригодные для создания комбинационных преобразователей.

Огромная интенсивность излучения оптических квантовых генераторов позволяет наблюдать много других поразительных эффектов. Но отложим это на будущее. Профессор Таунс должен закончить свой визит в МГУ и спешить в аэропорт. Он улетает в Ленинград, а потом на восток и юг нашей обширной страны. Всюду его и его супругу любезно встречают коллеги, показывая не только лаборатории, но и достопримечательности своих городов и их окрестностей.

Меня очень удивляет, что некоторые круги в США с непонятной настойчивостью внушают американцам выдумки о «замкнутом» советском обществе, о том, что советские люди сторонятся иностранцев, относятся к ним недоверчиво и подозрительно. Тысячи ученых и сотни тысяч туристов, убедившись в лживости этих басен, рассказывают за границей правду о нашей стране. Эта правда, запечатленная в десятках книг и статей, еще и еще раз доказывает всему миру лживость пропагандистов «холодной войны».

Наше традиционное гостеприимство не обошло чету Таунсов. Они посещали не только театры, концерты и цирк. Их приглашали в рестораны и в Дом ученых. Все свободные вечера они проводили в семейном кругу, в квартирах своих старых и новых друзей.

И когда наступил час прощания, провожающие и улетающие желали друг другу не только здоровья и успехов, но и скорой встречи.

 

ГИПЕРБОЛОИДЫ И ГИПЕРБОЛЫ

Оптические квантовые генераторы в течение нескольких лет занимали главное место в моей жизни. Я не только изучала все, что имеет к ним хоть малейшее отношение, но при любой возможности беседовала о них с самыми разнообразными людьми. Конечно, больше всего с Басовым и Прохоровым и их сотрудниками в ФИАНе. Но иногда удавалось поговорить и с теми, кто делает эти приборы и применяет их в самых разнообразных областях науки и техники.

Вначале меня поразило одно обстоятельство. Я спрашивала об оптических квантовых генераторах, а мне отвечали о лазерах. Люди, которые в книгах и научных статьях писали «оптический квантовый генератор», говорили «лазер». Я, естественно, недоумевала. Но мне сказали: это лабораторный жаргон. Мы знаем, что слово «лазер» — белая ворона в нашем языке. Нужно говорить «оптический квантовый генератор», а сокращенно «окаге». Мы и пишем ОКГ, а по привычке говорим «лазер». И я постепенно привыкла.

Сколько раз вы встречали в этой книге слова «лазер» и «мазер»! Но каждый раз, садясь к пишущей машинке, я, как и мои друзья-ученые, представляла себе указующий перст редактора. Книга подходит к концу. И я пишу «оптический квантовый генератор». И самое большое, на что я могу решиться, — это писать на последних страницах ОКГ.

Пожалуй, нет ничего более поразительного в истории науки, чем быстрота, с которой ОКГ получили путевку в жизнь. Они еще не вышли из пеленок, их еще не выпускал ни один завод, а в научных журналах и даже в газетах уже появились сообщения, одно сенсационней другого.

«Молодой ученый ослеп, попав на расстоянии в 10 миль под луч лазера».

«Окулисты применяют ОКГ для сложных операций по закреплению сетчатки, отслаивающейся от глазного дна».

«Невропатологи применяют сфокусированный луч ОКГ для операций на нервах».

«Хирурги экспериментируют с бескровным световым ножом». (Луч ОКГ, разрезая ткани, вызывает коагуляцию крови по краям разреза, препятствуя кровотечению.)

«Цитологи применяют лучи ОКГ для операции внутри живой клетки».

«ОКГ меняет наследственные свойства простейших одноклеточных существ». (Ученые учатся нащупывать лучом ОКГ отдельные гены, несущие наследственную информацию, и, воздействуя на них, пытаются, пока в простейших случаях, управлять наследственностью.)

Это, так сказать, одно направление. А вот второе.

«Лазер испаряет алмаз».

«При помощи луча ОКГ сверлится отверстие в алмазном фильере» (фильер — тончайший глазок, через который выдавливаются синтетические нити или волочится проволока. Они изготавливаются из наиболее твердых материалов).

«Луч ОКГ сваривает металлы».

«ОКГ испаряет самые тугоплавкие вещества».

Но довольно заголовков. Их не перечесть. Поток их не иссякает, а разрастается, как лавина. Как снежная лавина в горах, как лавина фотонов внутри включаемого ОКГ.

Десятки и сотни ученых, прочитав первые сообщения, устремились в новую, неизведанную область науки. Сотни и тысячи инженеров, почувствовав разнообразнейшие возможности, открываемые лучами ОКГ, по собственной инициативе или по заказу начали разработку различных технических проектов — от вполне реальных до самых фантастических.

Но скоро горячие головы поостыли. Гиперболоиды оказались гиперболами и вернулись во власть фантастов. А острословы среди американских ученых начали упражняться в новых вариантах расшифровки слова «MASER». Вот некоторые из них:

More Applied Scientists Eat Regularen (больше ученых-прикладников едят регулярно).

Money Acquirion Scheme for Expensive Research (способ выколачивания денег для дорогих исследований).

Military Application Seem Extremely Remote (военные применения кажутся крайне отдаленными).

А серьезные ученые и инженеры, те, кто, отдавая все силы, влечет за собой колесницу прогресса, продолжали разрабатывать все более фантастические и вместе с тем совершенно реальные проекты.

Вспомните, сколько раз вы читали о торжественной сбойке туннелей. Глубоко под землей, под городскими улицами или сквозь горный хребет бесстрашные проходчики с двух сторон ведут туннель. И вот они соединились. Вместе с проходчиками торжествуют маркшейдеры. Обеспечить правильный курс горного щита, выдержать безупречную ось туннеля, пожалуй, труднее, чем привести корабль в порт назначения. Штурману помогают звезды и Солнце, а в сумрачную погоду его выручает радио. Под землей ничего этого нет. Есть лишь простейшие приборы и сложная наука, граничащая с искусством. Скоро труд маркшейдеров неизмеримо облегчится. Ось туннеля будет зримо отмечена лучом ОКГ. Если выработку ведет щит, то автоматы, покорные лучу, не дадут щиту отклониться ни на сантиметр.

Кто не видел девушек-геодезистов, переносящих тяжелые треноги своих нивелиров. Недалек тот день, когда портативные ОКГ облегчат и ускорят эту трудную работу не только в романтических экспедициях, но и в буднях бесчисленных строительных площадок. Луч ОКГ поможет железнодорожникам «по ниточке» ровнять железнодорожные рельсы, строителям — возводить стены зданий — словом, он поможет всюду, где нужна точность.

Предельная точность нужна метрологам, людям, посвятившим свою жизнь измерениям. Они стремятся по возможности заменить случайные, сложившиеся исторически системы измерения и рукодельные образцовые меры и эталоны научными системами мер и природными эталонами. Метр заменил фут и аршин. Метровые линейки, хранящиеся в Севре под Парижем и в палатах мер всех промышленных стран, заменили спектральные линии.

Сейчас значение метра выражено через длину волны спектральной линии одного из изотопов криптона с погрешностью, не превышающей одну миллионную. Оптический квантовый генератор на смеси гелия и неона с автоматической подстройкой резонатора способен уменьшить ошибку еще в десятки тысяч раз.

Но еще меньше будет погрешность после подробного изучения нового оптического генератора, созданного в ФИАНе.

Этот генератор работает с удивительным резонатором. Одно из его зеркал заменено рассеивающей матовой поверхностью. Такой резонатор почти не влияет на частоту генерации. Она определяется практически только самим активным веществом. Такой генератор может стать еще более точным эталоном длины.

Тысячу лет служит человеку компас. Но иногда он подводит. То точность мала, то нужны кропотливые работы по устранению девиации — мешающего действия больших масс железа на судах и самолетах. А в высоких широтах магнитный компас совсем выходит из строя. Попав слишком далеко на север или юг, он даже не чувствует, где же находится полюс. Здесь выручает гирокомпас или радионавигация. Но и они не свободны от ошибок. Хуже всего, что ошибка гирокомпаса все более увеличивается со временем. Самолету, который быстро прилетает к цели, это не страшно. Иное дело для морских тихоходов.

ОКГ и здесь не остаются в стороне. Правда, не обычные, а так называемые кольцевые. Впрочем, слово «кольцевые» здесь тоже от лабораторного жаргона. Может ли ревнитель языка согласиться с тем, чтобы кольцом называли треугольник или квадрат? А кольцевой ОКГ Прохорова имеет форму правильного треугольника. Другие ученые предпочитают делать «кольцо» квадратным. Впрочем, большинство инженеров теперь поддерживают прохоровский вариант.

Итак, кольцевой генератор образован тремя зеркалами, укрепленными на жесткой раме так, что каждое из них образует угол 120 градусов с другими. Если поместить между этими зеркалами трубку со смесью гелия и неона и пропустить через нее сильный электрический разряд, то под его воздействием молекулы начнут излучать свет. Только в отличие от обычного, ставшего классическим лазера на рубине, в котором световые волны бегают взад и вперед между параллельными зеркалами, здесь они будут бежать по замкнутому треугольнику, последовательно отражаясь от трех зеркал и вновь и вновь проходя свой путь. Так тоже осуществляется обратная связь, необходимая для поддержания генерации. Ведь волна многократно пробегает один и тот же путь, связывая при этом между собой все молекулы газа, лежащие на ее дороге.

В обычном ОКГ две волны: та, которая первоначально побежала налево, и та, которая в это время побежала направо, объединяются в стоячую волну. В кольцевом ОКГ также объединяется волна, бегущая по часовой стрелке, с волной, движущейся в противоположном направлении. Частоты колебаний в волнах, бегущих в противоположных направлениях, строго одинаковы.

Положим теперь кольцевой ОКГ на вращающуюся платформу так, чтобы ее ось проходила через середину треугольника. При этом обнаружится, что частоты колебаний в обеих бегущих волнах перестанут быть равными. Причем разность частот окажется пропорциональной скорости вращения всей системы.

Именно это и имели в виду ученые. По измерению разности частот они могут очень точно измерять медленные вращения. Если кольцевой ОКГ поместить на корабль, то всякий поворот корабля приведет к появлению разности частот двух световых волн, бегущих внутри ОКГ. Так ОКГ позволяет измерять скорость поворота корабля. Объединив такой оптический измеритель с точными часами, отмечающими время поворота, можно автоматически определить угол, на который повернулся корабль, а именно это и делает компас.

Я предвижу два вопроса. Первый — как оптический гироскоп определяет направление поворота? Ведь он не может отличить поворот направо от поворота налево. Совершенно верно, простой кольцевой ОКГ не может этого сделать. Но если добиться того, чтобы частоты левой и правой волн с самого начала немного различались, то при повороте в одну сторону эта разность возрастет, а при обратном повороте она уменьшится. Добиться необходимого первоначального различия можно многими путями. Пожалуй, проще всего этого можно достичь, поместив на пути лучей кольцевого ОКГ кусок вещества, в котором при прохождении слева направо и справа налево укладывается различное число длин волн.

Такие свойства приобретают некоторые стекла и кристаллы под действием магнитного поля. Это же наблюдается в текущих жидкостях, которые, как заметил еще в 1857 году Физо, увлекают своим течением свет.

Второй законный вопрос состоит в следующем. Не обнаружит ли вращения и обычный ОКГ, если поместить его на ту же платформу, на которой лежит наш кольцевой ОКГ? Расчет показывает, что вращение действует и на обычный ОКГ, но это действие так мало, что обнаружить его практически невозможно. Ученые убедились, что вращение сказывается здесь не непосредственно, а через линейную скорость. И результат получается замысловатый, он зависит от квадрата отношения скорости движения ОКГ к скорости света. А в обычных условиях это величины, перед которыми стоят пятнадцать-восемнадцать нулей! Конечно, никто не станет в таком случае связываться с обычным лазером, если уже создан кольцевой.

Кто не слышал о термояде? Получение управляемых термоядерных реакций обещает навсегда избавить человечество от топливного голода, поможет решить такие злокозненные задачи, как управление погодой и даже климатом. Впрочем, об этом написано множество книг. Естественно, что ученые сразу задумались над применением ОКГ для разогрева плазмы. Мы уже знаем, об этом не раз писалось, что точные измерения Прохорова, Мандельштама и их сотрудников показали, что пока удается достичь лишь полумиллиона градусов. Но еще не все резервы пущены в ход. Конечно, до вожделенных двадцати миллионов градусов предстоит еще нелегкий путь. Ученые, несомненно, пройдут его с честью, и мы еще услышим об их победе. Эта возможность использования лазеров очень важна, но мне, честно говоря, не терпится перейти к одной области, которая меня просто поразила. Впрочем, она поражает и видавших виды физиков. Я говорю о голографии.

 

ЗАМОРОЖЕННЫЙ СВЕТ

Появление ОКГ позволило в полной мере реализовать возможности замечательного изобретения Д. Габора, которое он назвал голографией. Голограмма в буквальном переводе означает «подлинная запись», что чрезвычайно точно определяет суть изобретения. Голограмма сохраняет несравненно большую информацию о фотографируемом объекте, чем обычная фотография, даже чем ее стереоскопический вариант. При помощи голограммы можно видеть объемное изображение- предметов. Более того, если взгляд переходит от близких предметов, зафиксированных на голограмме, к удаленным, приходится менять аккомодацию глаз точно так же, как при рассмотрении самой натуры. Но и этого мало! Перемещая голову перед голограммой, можно осматривать предметы под различными углами и, таким образом, видеть удаленные предметы, скрытые за впереди лежащими.

Несмотря на то, что изобретению Габора скоро исполнится 20 лет, оно до последнего времени не имело широкого применения. Причиной было отсутствие достаточно ярких источников света, и не просто ярких, но таких, в которых молекулы излучают свет не вразброд, а все сразу, как по команде. Появление ОКГ, в которых световые волны рождаются строго в фазе и с очень точной частотой, привело к рождению голографии.

Принципы голографии настолько просты, что при наличии ОКГ и подходящих фотографических пластинок она доступна каждому.

Простейший фотографический аппарат, иначе — камера-обскура, — это просто темный ящик, в одной стенке которого проделано очень маленькое отверстие, а на противоположной (с внутренней стороны) укреплена фотопластинка. Световые лучи, рассеянные фотографируемым предметом и проходящие через отверстие, образуют изображение, фиксируемое фотопластинкой. Этот нехитрый процесс обеспечивается прямолинейностью распространения света. Если закрыть отверстие и проделать рядом второе, то соответственно передвинется и изображение на фотопластинке.

Открыв сразу оба отверстия, мы получим на фотопластинке наложение двух одинаковых, но смещенных изображений. Увеличивая количество отверстий или их величину, мы будем получать все более размытое изображение, которое в конце концов исчезнет, превратившись в равномерно освещенное пятно.

Роль фотографического объектива состоит в сведении в единое изображение света, проходящего через все отверстие объектива. Благодаря этой способности объектив дает более яркое изображение, чем точечное отверстие.

Голография не нуждается в объективе. Она основана на том, что вся информация о виде объекта уже содержится в рассеиваемых им световых волнах. Метод голографии покоится на возможности зафиксировать непосредственно особенности световых волн, рассеянных объектом. Фиксация самих световых волн, идущих от объекта, делает ненужным формирование изображения и его фотографирование. Идея голографии заключена в возможности последующего восстановления зафиксированных однажды световых волн. В том, чтобы затем получать при их помощи изображение объекта, даже если сам объект уже не существует.

Голография как бы замораживает световые волны с тем, чтобы в нужный момент разморозить их, но делает она это так, что «размороженные» световые волны можно получать сколь угодно долго и неограниченно много раз.

Хотя все это очень просто, мы так привыкли к обычной фотографии, что методы и результаты голографии представляются нам совершенно фантастическими. В самом деле, что может быть проще? ОКГ освещает два плоских зеркала, стоящих рядом и наклоненных одно к другому под небольшим углом. Каждое из зеркал отбрасывает свет ОКГ на экран. В той части экрана, на которой оба пучка света перекрещиваются, мы видим узкие чередующиеся темные и белые полосы, идущие параллельно одна другой. Они возникают в результате интерференции, сложения лучей. Поместив вместо экрана фотопластинку, мы зафиксируем эти полосы.

Зеркала могут быть и отдалены одно от другого. Достаточно лишь, чтобы они были наклонены так, чтобы отбрасываемые пучки света ОКГ перекрывались на фотопластинке.

Если вместо одного из зеркал поставить какой-нибудь предмет, то свет, рассеиваемый им, частично попадет на фотопластинку и будет интерферировать на ней со светом, отброшенным оставшимся зеркалом.

Распределение темных и светлых участков, образующихся при этом и фиксируемых фотопластинкой, и есть голограмма. Это, конечно, не фотография. На ней нет знакомого предмета. Но… минуту терпения. Поставив проявленную пластинку на прежнее место и убрав фотографировавшийся предмет, осветим пластинку при помощи ОКГ и оставшегося зеркала, не трогая их с места. Взглянув на освещенную так фотопластинку со стороны, противоположной зеркалу, мы с удивлением увидим сквозь нее предмет точно таким, каким он был при голографировании. Мы будем видеть его объемным. Рассматривая его, мы должны будем по-разному фокусировать глаза, желая рассмотреть близкие и удаленные части предмета. Перемещая голову, мы увидим предмет в различной перспективе точно так, как если бы мы смотрели через окно, подходя к нему из глубины комнаты. Голограмма преобразует волны света ОКГ в точное подобие световых волн, рассеивавшихся объектом, участвовавшим в образовании голограммы. И, воспринимая этот преобразованный свет, мы уже не можем отличить, исходит ли Он от голограммы или от самого объекта. Это уже не подобие жизни, запечатленной на обычной фотографии, а сама жизнь!

Результат покажется еще более поразительным, если мы рассмотрим голограмму при свете обычной лампы или при дневном свете. На ней действительно нет ничего напоминающего фотографировавшийся предмет. Под микроскопом можно увидеть лишь хаотическое сплетение темных и светлых линий.

Чудо предстанет перед нами во всем объеме, если мы, случайно разбив голограмму, поставим на старое место небольшой обломок и снова включим ОКГ. Взглянув на уцелевший кусок голограммы, мы опять увидим отсутствующий предмет целиком! Не кусок предмета, как на разорванной фотографии, а весь целиком. Впечатление такое, как будто мы смотрим сквозь отверстие в ставне, закрывающем окно. Если «отверстие»-осколок очень мало, то, для того чтобы осмотреть весь предмет, придется перемещать глаза перед отверстием. Правда, если осколок слишком мал, то предмет будет виден менее четко.

Этот пример демонстрирует основное отличие голограммы от фотографии. В фотографии каждый участок изображения соответствует вполне определенному участку объекта. Напротив, каждый участок голограммы содержит информацию о всех окружающих объектах, отбрасывающих рассеянный свет на голограмму. Совокупное действие всех частей голограммы лишь увеличивает яркость и четкость изображения. Представьте себе будущее голографии! Можно будет голографировать целые книги и вместо толстых томов хранить тоненькие листки. А один юрист с восторгом рассказывал, что таким способом можно будет создавать компактные архивы, состоящие из голограмм и позволяющие быстро и автоматически извлекать нужную информацию.

Голография открывает такие широкие перспективы, что просто не знаешь, о чем говорить раньше. Ну, во-первых, применив при получении голограммы и затем при восстановлении изображения три отдельных ОКГ, дающих, например, излучение красного, зеленого и синего цвета, можно получать цветное объемное изображение. И после того как производство ОКГ уже будет хорошо освоено и их цена достаточно понизится, можно ожидать очередной революции в телевидении и кино. Ведь фиксируя на кинопленке не изображение предметов и сцен, а голограммы, можно восстанавливать изображение в кинотеатре или, передавая голограмму по радио, восстанавливать ее в телевизионных приемниках. При этом восстановленное изображение будет цветным и не только объемным, как в стереокино, но сохранит все особенности голографической реконструкции. Перемещение глаз зрителя будет вызывать изменение перспективы, а контрастность изображения не будет портиться из-за ослабления радиосигнала.

Голография открывает новые возможности и в исследовательской работе. Оказывается, восстановление голограммы возможно и при помощи волн, длина которых отлична от той, при которой получена голограмма.

Поэтому можно, например, зафиксировать голограмму при помощи рентгеновых лучей, для которых не существует линз, а потом восстанавливать изображение в видимом свете. Более того, голограмму можно получить в электронном микроскопе, а потом рассматривать изображение глазом.

Первые успехи голографии, полученные при помощи обычных источников света, бледнеют перед тем, что уже теперь получается благодаря применению ОКГ. А будущее и представить трудно.

Кое-что можно, конечно, предвидеть и сейчас. Если голография способна в одной плоскости зафиксировать информацию о трехмерном мире, представьте себе, каким объемом информации может обладать трехмерная голограмма!

Для того чтобы сделать голограмму трехмерной, мало заменить тонкую фотографическую эмульсию толстым блоком светочувствительного материала. Нужно еще обеспечить участие всей толщи в записи голограммы и в восстановлении информации. Для этого, по-видимому, придется применить много лучей отдельных ОКГ, работающих на различных длинах волн, падающих на светочувствительный блок под различными углами. Так же будет осуществляться н считывание информации. Предельные оценки емкости такой системы записи просто фантастичны. Весь объем информации, содержащийся в большой библиотеке, может быть в принципе зафиксирован в объеме, равном нескольким литрам. Конечно, для этого нужно решить множество задач, связанных не только с записью информации, но и с ее поиском и восстановлением. Но даже в миллион раз меньшие результаты будут намного превосходить современные возможности.

Развитие голографии делает возможным, например, такое. На одну голограмму фиксируется несколько десятков страниц, причем во время голографирования каждая страница располагается на различном расстоянии от голограммы. При восстановлении изображения можно рассматривать его через оптическую систему и, меняя ее фокусировку, последовательно читать все страницы.

Удивительные перспективы открывает сочетание голографии со специальными оптическими фильтрами, которые позволяют отбирать из всей информации, зафиксированной на голограмме, лишь то, что удовлетворяет определенным критериям. Таким путем можно будет отбирать все страницы, на которых содержится определенная химическая формула или заданное слово, облегчая работу библиографов и ученых.

Голография натолкнула ученых на одну любопытную гипотезу.

Работа мозга — одна из величайших загадок природы. Мозг животного, а особенно мозг человека, удивляет своей стойкостью, способностью заменять поврежденные участки другими. Механизм памяти, процессы мышления еще далеко не поняты.

Развитие электронных вычислительных машин дало повод трактовать мозг как большую машину из миллиарда элементов — нейронов. Но эта трактовка встречается с большими трудностями.

Голография позволила предпринять новый подход к тайне мозга. Ведь голограмма тоже очень устойчива. Каждый осколок ее хранит всю запечатленную информацию. При уменьшении размеров осколка теряются лишь детали. Основные контуры остаются. Разве не такова наша память? Сперва мы забываем детали, мелкие подробности. Какое-нибудь слово, иногда запах пробуждают в нас яркую картину давно прошедших и, казалось, забытых событий.

Так не действует ли мозг подобно голограмме? Может быть, миллиарды нейронов одновременно участвуют в деятельности мозга, подобно массе элементов голограммы, а не работают один за другим, как элементарные ячейки вычислительной машины?

Это, конечно, гипотеза, но отнюдь не невероятная!

 

УПРЯЖКУ ТЯНЕТ ФОТОН

Голография — лишь один из разделов оптики, в который ОКГ вдохнул новую жизнь. Еще более удивительная метаморфоза произошла с оптической связью. Люди применяли световые сигналы уже в глубокой древности. Вспомните о том, как афиняне узнали о победе над персами. Эту весть донесли световые сигналы. Оптический телефон появился за 15 лет до изобретения радио, но постепенно радио победило своего старшего соперника.

В наши дни оптическая связь берет реванш. Она, конечно, не в силах вытеснить радио. Но в некоторых случаях световая связь оказывается предпочтительнее. Особенно там, где надо передать большой объем информации.

Световая связь естественно продолжает наступление в область коротких волн, начатое радистами. Это наступление вызвано не только теснотой в эфире, но и тем, что для передачи телевидения пригодны лишь метровые и более короткие волны. Ведь для создания четкого телевизионного изображения необходимо передавать миллионы сигналов в секунду. А это возможно только, если для передачи каждого сигнала используется по крайней мере десяток периодов радиоволны. Но десятки миллионов периодов в секунду соответствуют метровым волнам.

Применение дециметровых и сантиметровых радиоволн позволяет передавать одновременно несколько телевизионных программ и множество телефонных разговоров. Но этот путь связан с преодолением многочисленных технических трудностей. Так не совершить ли, подумали радиофизики, сразу скачок от сантиметровых радиоволн к световым волнам? Ведь пропускная способность оптических линий связи, в которых обычные источники света заменены ОКГ, поистине безгранична. Цифры, которые при этом часто называют — тысячи телевизионных каналов и сотни тысяч телефонных разговоров одновременно, — намного превосходят современную потребность.

Первые опытные линии оптической связи нового типа уже работают и у нас и за рубежом. Они подтверждают самые оптимистические прогнозы. Такие линии могут быть проложены между высокими зданиями или вышками. Чтобы защититься от помех при густых снегопадах или ливневых дождях, они могут проходить и в специальных защитных трубах.

Световые лучи ОКГ позволяют легко достичь многого, совершенно недоступного радиоволнам. Но это не значит, что радио потеряло значение. Так же как газета и журнал не заменяют, а дополняют друг друга, световые волны дополняют радио в тех областях, где применение радиоволн встречается с трудностями. Например, радиолокаторы и радионавигационные системы превосходно справляются с точным определением больших расстояний. Здесь они вне конкуренции, будь то самолеты, удаленные на тысячи километров, или планеты, отстоящие на десятки миллионов километров. Но если нужно точно измерить, сколько метров отделяет шасси садящегося самолета от поверхности аэродрома, то радио уступает место свету.

Если высокочастотные радиоволны, прогревая тело человека, исцеляют его от невралгии или помогают лечить другие болезни, то луч ОКГ приживляет отслоившуюся от глазного дна сетчатку или делает бескровные разрезы при тонких хирургических операциях.

Если высокочастотные радиоволны закаляют стальные изделия, плавят металлы, варят стекло, сушат керамику и древесину, то лучи ОКГ сверлят драгоценные камни и сверхтвердые сплавы, помогают при точнейшем контроле размеров ответственных деталей, позволяют проводить спектральный анализ мельчайших образцов…

Впрочем, этот перечень столь длинен, что легко может наскучить.

Может быть, пора сказать несколько слов и о том, чего еще не удалось достичь при помощи ОКГ, но что, вероятно, станет реальным в недалеком будущем?

Ученые уверены в том, что мощные лучи ОКГ позволят им по-новому управлять химическими реакциями, а может быть, и сложными биологическими процессами. Ведутся поиски возможностей использования огромных электромагнитных полей, возникающих в лучах ОКГ для ускорения микрочастиц. Биологи уже вторглись лучами ОКГ внутрь живой клетки. Но все это только начало. Начало, потому что квантовая электроника лишь вступает во второе десятилетие, а оптическим квантовым генераторам только недавно исполнилось пять лет.

Но уже теперь ученые заметили удивительную общность между квантовыми генераторами и живыми организмами.

Живые организмы в какой-то мере идут наперекор суровому второму началу термодинамики. Началу, которое выражает стремление природы двигаться от упорядоченного состояния к неупорядоченному. Молекулы газа не могут собраться в одном углу сосуда. Они хаотически заполняют весь его объем. Живой организм строит свои клетки из простых мертвых продуктов. Но стоит жизни прекратиться, и начнется распад, непреодолимый распад, предписываемый вторым началом. Сложные упорядоченные органические молекулы легко распадаются на более простые молекулы неорганических веществ.

В оптических квантовых генераторах энергия хаотического белого света лампы-вспышки преобразуется в чрезвычайно упорядоченное одноцветное излучение. Такое же упорядоченное стабильное электромагнитное поле получается в молекулярном генераторе за счет хаотической тепловой энергии молекул. И в живых организмах и в квантовых генераторах царствует строгий порядок.

Что скрывается за этим сходством? Не поможет ли раскрытие истинной его причины проникновению в тайну жизни?

Новая область науки переживает пору детства. Можно лишь смутно предвидеть, что она принесет в период возмужания.

Еще недавно мы поражались тому, что люди заставили работать на себя атомное ядро. Теперь упряжку тянет и квант света — фотон. И уже в первых шагах квантовых усилителей и генераторов угадывается их многообещающее будущее.

…Химический завод, на котором сырье прямо из трубопроводов попадает в реактор, где под жгучими лучами ОКГ идет сложный синтез. Из реактора вытекает пластмасса, окончательно полимеризирующаяся в прозрачных формах непрерывного действия под лучами других лазеров. Вот с пульта управления подается команда. Гаснут одни ОКГ и зажигаются другие, дающие лучи другого цвета иной частоты, и из того же сырья образуется совершенно новый продукт…

…Механический завод, где лучи лазеров ведут точнейшую обработку самых твердых материалов, придавая изделиям любую нужную конфигурацию. Завод управляется математической машиной, все элементы которой работают на лучах света, обмениваясь ими через тончайшие нитисветоводы, заменяющие электрические провода. Быстродействие машины и объем ее памяти в тысячу раз превосходят существующие, а размеры много меньше…

…Автоматические телефонные станции, в которых нет ни одного реле. Там работает только свет и вместо толстых многожильных кабелей лежат тонкие жгуты светопроводов. И эти станции включены в глобальную систему связи, использующую серию спутников, радиоволны и лучи света, идущие по трубам. Такая система обеспечит не только все потребности связи на Земле, но и связь с покорителями соседних планет…

Вырисовываются еще десятки самых неожиданных применений чудесного прибора. Мы можем спокойно дать волю фантазии. Ученых этим не удивишь и не испугаешь. Они уверены, что сухие формулы и лабораторные установки способны породить и более поразительные реальности.

Задумываясь о судьбе оптических квантовых генераторов, хочется надеяться, что ученые не пойдут по сумасбродному пути инженера Гарина, героя романа А. Толстого. Советские ученые рады, что их американские коллеги предпочитают расшифровывать слово «мазер» в фразу «военные применения кажутся крайне отдаленными». Пусть областями их применения останутся наука, промышленность и связь на Земле и в космосе.

 

В ПУТЬ!

Дорогой читатель! Книга подходит к концу. Мы познакомились с физиками, работающими в одной очень молодой области. Но это узкое направление связано неразрывными нитями с различными, порой весьма отдаленными частями науки и техники. Таким связям нет числа. Они выражают глубинное свойство науки — ее универсальность.

Но сколь ни всеобъемлюще человеческое мышление, способности отдельного человека ограничены. Он не может объять необъятного. Стремясь сделать свой кругозор возможно более широким, каждый из нас вынужден ограничить сферу своей деятельности, чтобы достичь в ней наилучших результатов. Так же поступают и ученые. И здесь наиболее рельефно проявляются индивидуальные черты, личные склонности, пристрастия, вкусы.

Вот что сказал об этом 11 декабря 1964 года, при вручении ему Нобелевской премии, Николай Геннадиевич Басов:

— В современной физике, как это, возможно, было и раньше, существуют два различных течения. Одна группа физиков видит свою цель в познании новых закономерностей и в разрешении существующих противоречий. Выходом своей работы они считают теорию, в частности, разработку математического аппарата современной физики. В качестве отходов производства появляются новые принципы построения приборов и физические приборы. Другая группа физиков, наоборот, стремится создать физические приборы, основанные на новом принципе, и, направляясь к этой цели, старается обойти неизбежно встречающиеся трудности и противоречия. Различные гипотезы и теории эта группа считает отходами производства.

Обе группы имеют выдающиеся достижения. Одна группа создает питательную среду для другой, и поэтому они не могут жить друг без друга, хотя их взаимоотношения довольно остры. Первая группа называет вторую «изобретателями», вторая обвиняет первую в абстрактности, а иногда в бесцельности.

С первого взгляда может показаться, что речь идет о теоретиках и экспериментаторах. Но это не так: и первая и вторая группы включают в себя обе эти разновидности физиков. В настоящее время разделение на эти две группы стало настолько резким, что целые направления в науке можно отнести к первой или второй группе, хотя имеются разделы физики, где обе группы работают сообща.

К первой группе физиков относится большинство исследователей по квантовой теории поля, теории элементарных частиц, многих вопросов ядерной физики, гравитации, космогонии, по ряду вопросов физики твердого тела. Ярким примером второй группы являются физики, занятые разработкой вопросов термоядерного синтеза, квантовой и полупроводниковой электроники.

Несмотря на то, что вторая группа физиков стремится в конечном счете создать физический прибор, весьма характерным для них является предварительный теоретический анализ. Так, в квантовой электронике были теоретически предсказаны возможности создания квантовых генераторов вообще, показана высокая монохроматичность и стабильность частоты излучения, предсказана высокая чувствительность квантовых усилителей, исследована возможность создания лазеров различных типов.

…Подавляющее большинство ученых, прошедших по страницам этой книги, принадлежат, если придерживаться классификации Басова, ко второй из указанных им групп. Поэтому в этой книге я рассказывала не только о проблемах, которые волнуют физиков, выбравших полем своей деятельности квантовую физику, но и о конкретных приборах, ими созданных. В конечном счете и промышленность и другие области науки нуждаются именно в мазерах и лазерах — приборах. Ведь они есть не что иное, как овеществление идей. А кроме того, тут, конечно, сказывается и пристрастие автора. Я всегда начинаю знакомство с ученым ознакомлением с его прибором, с его главным прибором. Мне кажется, что и десять страниц биографии ученого не скажут о нем больше, чем описание его любимого прибора.

Как можно говорить об ученых, об их труде, если не говорить о продуктах этого труда, о приборах? Речь идет, конечно, не о теоретиках, орудием труда которых является карандаш и бумага, а его выход — идеи, теории, гипотезы, в общем то, что пощупать никак невозможно. Но прибор для ученого-практика — это смысл его творческой деятельности, его мечта и его дело. Прибор для ученого — как картина для художника, партитура для композитора, выращенное дерево для селекционера. И так же отражает индивидуальность автора, его темперамент, его вкус.

И среди ученых я встречала таких, которые предпочитают не очень ломать себе голову, а применить готовое. Так же как есть портнихи, шьющие по готовым, купленным в магазинах выкройкам, и сшитые ими платья похожи на тысячи других. Таких портних женщины не очень-то любят, им хочется, чтобы платье было красивым, чтобы оно было особенным. И идут к тем, которые не ленятся несколько раз прикинуть, померить, повертеть материал так и эдак, но уж сошьют так, что платье будет на славу!

Пусть ученых не шокирует этот приземленный пример. Все мы в любом деле немного портные: одни «шьют» мебель, другие «кроят» дома, третьи мозгуют над тем, из чего сделать искусственные органы для человеческого тела взамен сношенных. И пусть простят мне ученые, но я не думаю, что они какие-то особые существа. По-моему, они — как все. Конечно же, среди ученых есть разные люди. Только сфера их деятельности, может быть, самая сложная, самая головоломная, требующая от человека напряжения всех его сил и возможностей, всего его умения: и умения рук, и высшей зрелости разума.

Но и этому умению, как и всякому другому, можно научить. Физиком, конечно же, может стать каждый молодой человек. Но… «Но» здесь столько же, как и в любой профессии. И ученый может быть хорошим и плохим, удивительным, особенным или посредственным. Одни ученые идут проторенными путями, другие мучаются, горят, не спят. Ищут решения самого точного, самого прямого, самого изящного. (И прибор ведь может быть красивым и формула изящной.)

И когда ученые говорят: красивое решение, красивая теория — это значит: вопрос решен самым лаконичным, самым целесообразным путем, к этому нечего добавить, и от этого нечего отнять. Тут проявились и чувство меры ученого, и его вкус, и его знания, которые помогли ему выбрать из всего, что известно, самое нужное, самое необходимое.

Пока прибор или теория приобретет свой окончательный вид, ученый перебирает массу вариантов, он лепит свою идею из формул или материалов, и они в его руках становятся гибкими и податливыми, словно глина в руках скульптора. Этот процесс, наполненный напряжением, бессонницей, муками творчества, может длиться годами. Но что в этом удивительного? Ведь писал же известный русский художник Александр Иванов свою картину «Явление мессии народу» свыше двадцати лет! Одни эскизы к ней занимают целый зал в Третьяковской галерее.

Настоящий ученый тоже не перестает думать о своей «картине» — приборе, идее в метро и за обедом, в театре и в гостях. Он мысленно набрасывает эскиз, ищет самое верное, самое красивое решение. И создает неожиданно новое из знакомых деталей и материалов, конденсаторов, стали, дерева. Или из невообразимо удивительных атомов и молекул, фотонов и нейтрино. И ничего не рассказать читателю о созданной им теории или приборе, о том пути, которым он шел к ним, — это значит ничего не рассказать о нем самом, ничего не сказать о смысле его жизни…

…Кстати, деление Басова, как и любая классификация, весьма условно. Прохоров мечтает начать исследования в нехоженой стране сверхсильных полей, а Таунс по-деловому обсуждает проблему связи с внеземными цивилизациями. Да и сам Басов стремится урвать хоть немного времени, чтобы попытаться обнаружить новые закономерности на стыке квантовой электроники и биологии. Его всерьез занимает мысль: не есть ли сама жизнь — лазер? Возьмите работу мышц. Вот руки спокойно висят вдоль тела, и вдруг они взметают выше головы штангу весом, превышающим вес человека. Откуда мышцы черпают свою энергию? Не похоже ли это на работу лазера? Вот ионы хрома беспорядочно вспыхивают в рубине, и вдруг возникает цепная реакция, они дружно отдают свою энергию в виде мощного луча, перекрывающего космические пространства!

Для науки и ученых, конечно же, важно не разделение, не пограничные линии, которые тут весьма условны. Гораздо важнее для них глубокая общность, неуничтожаемые связи, проявляющиеся и в замечательной преемственности. В тесном сотрудничестве поколений. Здесь нет проблемы отцов и детей.

Физики развиваются очень быстро. Зачастую к научной работе приступают еще на студенческой скамье. Во многих советских высших учебных заведениях это стало правилом. Дипломная работа оказывается зрелым научным трудом. Дипломник предъявляет экзаменаторам одну, а иногда и несколько статей в солидных академических журналах.

И, соскочив с пресловутой студенческой скамьи, способен работать сразу в полную силу.

Когда я знакомилась с молодыми героями моей книги, мне невольно вспомнились слова, которые история приписывает Юлию Цезарю: «Двадцать три года, а ничего не сделано для бессмертия!»

Конечно, в наш век этот возраст поневоле приходится поднимать на десяток лет — современная наука посложнее ратных цезаревых подвигов. И в двадцать три к ней только подступаются всерьез. Но у молодых физиков, о которых я рассказала в этой книге (их средний возраст будем считать лет тридцать), уже неплохие заявки на бессмертие в науке. И так же как об их учителях, Басове и Прохорове, о них еще будут написаны книги. Хоть многие из них уже кандидаты и доктора, они продолжают учиться. Но это их судьба. Они сами избрали ее. И будут учиться всю жизнь. Таковы их привычка и их потребность. С годами будут прибавляться знания, и опыт, и… тяга к работе, и влюбленность в нее, и удивление перед все нарастающим обилием загадок. Великий де Бройль как-то сказал: «Каждый успех наших знаний ставит больше проблем, чем решает». А совсем молодой, еще ничем не знаменитый физик выразил ту же мысль, по-моему, еще точнее: «О, физика — это тихий омут. А в тихом омуте черти водятся…»

И чтобы выловить этих чертей, одни ученые мастерят огромные сети-приборы, другим хватает клочка бумаги. Эйнштейну этого было достаточно. Он любил говорить, что инструмент, которым он исследует мир, — его голова, а лаборатория заключается в авторучке. Существует даже анекдот о том, как жена его, Эльза, осматривая вместе с ним гигантский телескоп в обсерватории Маунт-Вильсон, спросила: «Для чего нужен такой великан?» И после ответа директора обсерватории: «Для исследования вселенной» — удивилась: «Неужели? А мой муж обычно делает это на, обороте старого конверта».

Физики, с которыми я познакомилась за годы, ушедшие на подготовку этой книги, отличаются удивительной особенностью. Это молодость. Трудно поверить, что здесь люди разных поколений. В байдарочном походе Прохоров беспрекословно подчиняется капитану — своему лаборанту. Мигулин, опережая студентов, завоевывает большую березовую медаль на неофициальных соревнованиях по слалому в альпинистском лагере «Алибек». Впрочем, рекорд такого рода побил человек, далекий от квантовой электроники, — лауреат Нобелевской премии по физиологии 1945 года Э. Б. Чэйн, ставший несколько — лет олимпийским чемпионом по парусному спорту.

У меня нет статистических данных, но в среде пенсионеров труднее всего встретить ученого.

Если вы хотите увидеть физиков вне стен исследовательского института, ищите их у туристских костров, в альпинистских лагерях, на стадионах. Не существует большего заблуждения, чем считать физиков людьми не от мира сего. Проблему «физиков и лириков» придумали отнюдь не физики.

Читатель вправе спросить автора, почему же он, с таким восторгом говорящий о физиках, не стал физиком? Дело в том, что человек может стать настоящим физиком только в юности. Физиком может сделаться каждый. Именно сделаться, то есть сделать себя! Конечно, не каждый будет Эйнштейном, нелегко попасть и в первую десятку. Но место в первой сотне гарантировано каждому, кто пристрастился к физике в школе и сохранит ей верность до двадцати лет. За дальнейшее я спокойна. После двадцати изменить физике нельзя. Впрочем, и начать в двадцать еще не поздно. Труднее, но не безнадежно.

Я узнала, что такое физика, позже. И могу лишь сожалеть об этом. Кому из нас при выходе из Эрмитажа не хотелось стать живописцем или скульптором? Большинство вскоре забывает это желание. Некоторые отдают искусству свое свободное время. Но и те и другие продолжают при первой возможности заходить в музеи и картинные галереи.

Я получаю от физики не меньшее удовольствие, чем от живописи или кино. Этому я обязана своим друзьям-физикам. В том числе героям моей книги.

И больше всего я хочу спустя несколько лет написать о выдающемся физике, начавшем свой путь в науку с прочтения этой книги.