Поделиться
Сегодня открывается Общее собрание РАН, которое посвящено 50-летию создания первого лазера. Почему его создатель не стал лауреатом Нобелевской премии? Что позволило этим приборам завоевать мир? Где установлен самый мощный в мире лазер, каковы его задачи? Об этом корреспондент "РГ" беседует с академиком РАН Олегом Крохиным - одним из "пионеров" лазерной науки.
Российская газета: В этом году исполнилось 50 лет с момента создания первого лазера американским физиком Теодором Майманом. Но лауреатами Нобелевской премии в 1964 году стали другие ученые: наши соотечественники Николай Басов и Александр Прохоров, а также американец Чарлз Таунс. Почему обошли Маймана?
Олег Крохин: Он не стал лауреатом по очень простой причине. В Нобелевском комитете сидят люди умные, они в представлении лауреатов четко указали, что премия Басову, Прохорову и Таунсу вручается за фундаментальные исследования, приведшие к созданию мазерного и лазерного принципов. То есть слово "лазер" уже прозвучало. После этого за конкретную конструкцию прибора ни одной премии никому не дали, хотя вариантов появилось великое множество. И уже, наверное, никогда не дадут. Потому что премия вручена за открытие принципа действия.
РГ: Но есть еще одна странность. Ведь на самом деле эти ученые в 1954-55 годах открыли принцип работы не лазера, а мазера, который работает в микроволновом диапазоне волн. А лазер использует видимый свет.
Крохин: Действительно, у мазера, в отличие от лазера, сегодня очень скромная ниша, в основном это радиоастрономия. Но дело в том, что принципы их работы практически аналогичны. А вот их-то и открыли лауреаты, потому и удостоены премии. Именно с этих теоретических работ началась "лазерная эра".
РГ: По словам Нобелевского лауреата Чарлза Таунса, никто из ученых в самых разных лабораториях мира долгое время всерьез не воспринимал его идеи. Говорили, что все ерунда, никогда такой прибор работать не будет. А с другой стороны, действительно, конструкция лазера кажется очень простой: у Маймана это кристалл из рубина и два отражающих зеркала по торцам. Кто-то, может, даже удивится: что здесь сложного? И за что дали "нобелевку"?
Крохин: Все гениальное - просто. Чем же лазер сумел завоевать мир? Причин несколько, но вот самая главная: он излучает свет только одной длины волны. В отличие от обычной лампы, которая испускает целое "ассорти" самых разных волн.
В основе работы лазера лежит гипотеза Эйнштейна о так называемом возбужденном излучении. Здесь придется вспомнить "школьный" атом. Он состоит из ядра и электронов, которые сидят на жестко заданных орбитах. Если все они скопились на самой нижней, с минимумом энергии, то атом пассивен. А если электрон перескакивает на более высокий уровень, атом возбуждается. Возвращаясь назад, электрон излучает свет, фотон. Причем строго определенной длины волны, присущей только для данной орбиты.
Что же доказал Эйнштейн? Если на атом, у которого на высокой орбите сидит электрон, направить свет именно этой длины волны, то электрон свалится вниз. Но что произойдет дальше, великий физик разрабатывать не стал. Он решал несколько иную задачу. Так вот, оказалось, что электрон испустит фотон с точно такой же длиной волны, какая была у "сбившего" его фотона. То есть вместо одного фотона появляется два. Так происходит усиление света.
Теперь представьте, что таких атомов огромное количество, и все они испускают фотоны одной длины волны. Собирая свет в очень узкий пучок, мы можем сконцентрировать в фокусе огромную энергию. Это и есть лазер.
РГ: В чем же была сложность его создания?
Крохин: Требовалось от теории перейти к практике, решить совсем нетривиальные задачи, например, на каком "теле" - кристалле, газе и т.д. - делать лазер, как постоянно поддерживать атомы в возбужденном состоянии. Ведь они стремятся побыстрей сбросить энергию и "успокоиться". И ответы были найдены учеными разных стран. Скажем, интуиция подсказала Басову изготовить лазер на основе полупроводников. Идея оказалась очень плодотворной. Так родилось самостоятельное направление в физике лазеров.
Вообще за полвека ученые перепробовали множество материалов, только на кристаллах построено более 300 лазеров. А есть еще на газе, на красителях и т.д. И для каждого находится "работа", так как для различных задач требуются приборы, имеющие какую-то одну длину волны.
РГ: Сегодня трудно найти область, куда бы ни проникли лазеры. Они делают бескровные операции на сердце и глазе, режут и сваривают металл, наводят на цель оружие, с точностью до сантиметров измеряют расстояние до Луны, работают в проигрывателях компакт-дисков, без них не может быть Интернета, где лазер передает информацию по волоконно-оптическим кабелям. Этот список профессий можно перечислять бесконечно. А какой сегодня самый мощный в мире лазер?
Крохин: Он построен в США, в знаменитой Ливерморской лаборатории. Это настоящий монстр длиной около 200 метров, высотой - 15 метров. Мощность установки - 500 Терраватт. С чем сравнить эту цифру? Она в десять раз больше, чем мощность всех электростанций Земли. Конечно, они работают непрерывно, а лазер выстрелит почти мгновенно, за миллиардные доли секунды. Он должен "поджечь" управляемую реакцию термоядерного синтеза. Температура миллиметровой мишени из дейтерия и трития будет достигать десятков миллионов градусов.
РГ: Вы стояли у истоков лазеров, работали в лаборатории Николая Басова, хорошо знали Александра Прохорова. Какие это были люди? Известно, что отношения между ними были непростыми.
Крохин: Прежде всего хочу сказать, что, по мнению многих ученых, премия за создание лазеров и мазеров по-своему уникальна. Если бы был рейтинг работ, получивших эту самую престижную в науке награду, то премия за лазер наверняка вошла бы в первую пятерку, наряду, например, с рентгеном. Что касается наших лауреатов, то оба были очень талантливые люди, в чем-то похожие, а чем-то разные. Николай Геннадьевич буквально фантанировал идеи, причем в самых разных областях. Их хватило бы на огромный коллектив. Некоторые иногда, казалось бы, даже противоречили здравому смыслу или законам природы. Нет, это лженаука, но было непонятно, как их можно осуществить. Александр Михайлович, наоборот, отличался удивительной способностью отделять здравое зерно. Словом, эти ученые удачно дополняли друг друга.
Да, одно время у них действительно были натянутые отношения. И причина, на мой взгляд, в определенной степени связана с особенностью их характеров. Басов одним из первых в мире увлекся лазерами, он видел их огромное будущее. Еще в 1961 году он, по сути, предсказал их роль для Интернета и других систем связи. А Прохоров все еще оставался приверженцем мазера, который тогда был очень перспективным прибором с большими возможностями. Кстати, именно он придумал особый вид резонатора, благодаря которому был реализован лазер.
Но наступил момент, когда Александр Михайлович тоже перешел на лазеры, и тут между учеными началась конкуренция. Кто первый сказал "А". У Александра Михайловича была хорошая шутка: "Неважно, кто первый сказал "А", важно, кто первый сказал "Я". В 1982 году из Физического института РАН, где они оба работали, выделился Институт общей физики, который возглавил Александр Михайлович.
Но, несмотря на конкуренцию, они всегда очень уважительно относились друг к другу. Не пропускали дни рождения, что говорит о многом. Символично, что и на последний день рождения Николая Геннадьевича, 14 декабря 2000 года, пришел Александр Михайлович, и они очень тепло друг друга приветствовали. Это были яркие личности и в науке, и в жизни. Очень честные, искренние, скромные. С большой болью воспринимали ту разруху, которая началась в нашей науке в 90-е годы.
РГ: Когда-то Россия была одним из лидеров в области лазеров. Что сейчас?
Крохин: Конечно, удар по нашей науке не прошел бесследно. Но в лазерной физике мы меньше потеряли, чем во многих других областях. Думаю, потому, что, когда в 70-е годы она начала бурно развиваться, сюда пришло много молодых хороших ученых и инженеров. Конечно, сейчас они постарели, но еще продолжают работать. В последнее время в науку активно пошла молодежь. Это дает надежду, что ветераны успеют передать им свои знания и опыт. И Россия останется среди лидеров в той области, где наши ученые были удостоены Нобелевской премии.
Досье "РГ"
Лазер (от анг. light amplification by stimulated emission of radiation) - прибор усиления света с помощью вынужденного излучения. Оптический квантовый генератор преобразует энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного излучения. Луч лазера может быть непрерывным или импульсным, достигающим предельно больших пиковых мощностей. Габариты нынешних лазеров - от микроскопических до размеров футбольного поля. Уникальные свойства излучения позволили использовать их в различных областях науки и техники, а также в быту, начиная с чтения и записи компакт-дисков и заканчивая термоядерным синтезом.