Видимое и невидимое

Наталью Александровну Ирисову я знаю уже около двадцати лет. И не перестаю удивляться ей - она ухитряется не стареть. Набирается какой-то деятельной силы, заразительной энергии. Это одна из тех редких женщин, которые идут сквозь годы, не утрачивая ни цвета лица, пи веры в счастье, ускоряя жизненный темп и поражая творческой отдачей.

Если вы увидите се на теннисном корте, в саду с граблями, за рулем "Волги" рядом с сыном-студентом, вы пи за что не поверите, что Ирисова, кандидат физико-математических наук, работает в Физическом институте Академии наук СССР имени П. Н. Лебедева уже свыше 35 лет.

Она попала в пего совершенно случайно. Это было в Казани. Шел 1941 год, первый год войны. Эвакуированная из Ленинграда студентка первого курса физфака бежала в госпиталь. Все подруги работали для фронта - кто сиделками в госпиталях, кто подсобными на заводах. Не имея военной специальности, Наташа хотела стать хотя бы санитаркой.

По пути столкнулась со старым знакомым, другом родителей.

- Наташа? Куда спешишь?

Рассказала. Он задумался - знал, что девушка проявляла способности к науке. Еще в Ленинграде на математическом конкурсе в Доме пионеров она, школьница младшего класса, удивляла тем, что легко решала задачи из программы старших классов. А как решала - объяснить не могла. Решала - и все. Решала "животом". Потом легко поступила в университет.

- Наташа, мне нужна лаборантка, пойдешь?

-Нет, я хочу работать для фронта.

- Но мы тоже работаем для фронта,- обиделся он.

Это был Вул, физик, ныне академик, лауреат Ленинской премии, заведующий лабораторией полупроводников ФИАНа.

В те тяжелые для страны годы Советское правительство старалось сберечь научные кадры. Физический институт был эвакуирован в Казань, и ученые, не отпущенные на фронт, вели интенсивные исследования, выдвигаемые нуждами Великой Отечественной войны. Все это Вул объяснил Наташе, и она стала лаборанткой, а затем после окончания университета и аспирантуры научным сотрудником института. Того самого института, где работает по сей день и руководит небольшим, но весьма продуктивным и сплоченным научным коллективом.

Очень важно иметь хорошие природные данные. Но не менее важно попасть в среду, где эти способности будут развиты и укреплены, получат верное направление.

Ирисовой повезло. Она попала в знаменитую Лабораторию колебаний, которая сегодня известна во всем мире как место, где родились молекулярные генераторы. О мазерах и лазерах теперь не знает разве что снежный человек. Но эта лаборатория знаменита не только как родина уникальных приборов, здесь формировалось немало незаурядных ученых.

Лаборатория колебаний с самого основания является замечательной школой физиков. Мы уже говорили, что она дала, науке немало одаренных ученых. Организаторы ее академики Мандельштам и Папалекси. Люди большого интеллекта, они имели особый "нюх" на незаурядность, яркую индивидуальность и особый дар, помогавший им развить в учениках редкие качества ума и таланта. Сюда, в Лабораторию колебаний, как мы уже знаем, пришли с фронта студент Ленинградского университета Прохоров и студент Московского инженерно-физического института Басов, ставшие сегодня маршалами советской науки.

В Лаборатории колебаний все были проникнуты стремлением к познанию основных закономерностей, объединяющих между собой разнообразные явления. Главным руководством служила общая теория колебаний. Она позволяла с единой точки зрения изучать работу лампового генератора радиоволн и деятельность человеческого сердца, распространение радиоволн и распространение звука, таинственный Люксембургско-Горьковский эффект и прохождение света через кристаллы.

Здесь учили пользоваться безмерной мощью математики, но старались по возможности привлекать наиболее простые и наглядные методы. Через оптические явления перебрасывались мосты в мир атомов, в квантовую область. Отсюда проходили пути к предельным скоростям, в мир теории относительности. И главное, тут учили замыкать связь между идеей и ее техническим воплощением. Идти от глубокой теории к промышленному прибору - вот завет основателей Лаборатории колебаний, оставленный ими ученикам. А те в свою очередь передают его дальше.

Такова традиция Лаборатории колебаний, печать которой лежит и на молекулярных генераторах, созданпых Прохоровым и Басовым путем синтеза сложнейшей теории и искуснейшего эксперимента. В русле этой традиции все работы нынешней Лаборатории колебаний, и в том числе та, которой руководит Наталья Александровна Ирисова,- работа, удостоенная премий, наград и признания всех ученых, кровно заинтересованных в развитии новой области науки - квантовой радиофизики.

После того как в Лаборатории колебаний был создан лазер, ее тематика обрела контуры, которые можно охарактеризовать двумя словами: лазер плюс вещество. Расшифровывается это так: ученые проводят исследования различных веществ с целью создания новых, более совершенных лазеров - это одно направление. И другое - применение излучения лазеров для исследования строения вещества. Так осуществляется теснейшее слияние науки и техники - характерная черта научно-технической революции.

Ирисова подключилась к фундаментальным исследованиям - занялась изучением свойств различных твердых тел. Она просвечивала их электромагнитными волнами и, изучая поглощение волн, расшифровывала строение и свойства молекул исследуемых веществ. Это был известный способ, но... с изюминкой.

До того физики обычно работали с оптическими или радиоволнами. А Ирисова повела свои наблюдения в диапазоне, расположенном между ними - в субмиллиметровом диапазоне. Это вызвало недоумение коллег. Субмиллиметровые - это "подмиллиметровые" волны: длиною в десятые, сотые и тысячные доли миллиметра. "Зачем нужны эти исследования нашей лаборатории?" - спрашивали одни. "Чем Ирисова собирается измерять эти волны?" - спрашивали другие. Ведь этот диапазон - ничейная земля. Радиоинженеров он уже не интересует. Оптики его еще не освоили. Здесь не создано никакой измерительной аппаратуры. "Наконец, какое практическое применение уготовано этим исследованиям?" - задавали вопрос третьи.

Внутренняя мотивация в творчестве - явление топкое, чреватое открытиями, прозрениями. Кто знает, почему нас влечет к одному делу и не привлекает другое...

Что же задумала Ирисова? Лазер ее не интересовал. Ее занимали свойства загадочных веществ, стоящих как бы особняком от остальных. Сверхпроводники, сегнетоэлектрики - о них написаны статьи, книги, созданы гипотезы и теории, объясняющие их свойства, описывающие поведение. Но все это пока частично предположения. Известно, как эти вещества ведут себя, но... не до конца понятно почему. Они имеют странные свойства, и как раз эти-то свойства обещают технике заманчивые перспективы!

Ирисова, женщина увлекающаяся, темпераментная, дала себе слово не отступать перед задачей, никем еще не решенной. Она мечтала: если удастся заменить все существующие электропровода сверхпроводящими, произойдет переворот в энергетике!

Видя мое недоумение, пояснила:

- Дело в том, что сверхпроводники проводят электрический ток без всяких потерь на нагревание. Мы ведь знаем, что передача электроэнергии по проводам имеет существенный недостаток - огромные потери из-за нагрева проводов. При транспортировке электроэнергии на большие расстояния потери составляют, увы, большой процент. Можно только мечтать об устранении нагрева проводов - это будет просто революция, экономия огромная. Но обычные металлические провода греются, и энергетики ничего не могут с этим поделать. Но вот, представим себе, провода сделаны не из обычных материалов, а из сверхпроводящих - они ведь не греются и не рассеивают драгоценную энергию в воздух...

- Да, это была бы революция в энергетике,- не могу не согласиться с Ирисовой.- Так в чем же дело? Почему не начать замену обычных проводов на сверхпроводящие? В чем загвоздка?

- А в том,- вздыхает Наталья Александровна,- что все эти чудеса со сверхпроводниками происходят только при очень низких температурах, чуть ли не вблизи абсолютного нуля. При нормальной же температуре ничего подобного не наблюдается!

Замечательные свойства сверхпроводников, оказывается, можно наблюдать только в лабораториях. Для этого созданы специальные криогенные установки. Такие установки - плод большого труда, они дороги, громоздки. Их можно применять и для промышленных нужд, но, согласитесь, упрятать в них высоковольтные линии электропередачи, которые опоясывают весь земной шар, задача фантастическая, невыполнимая!

- Как же вы думаете поступить?

- Выход в другом. Надо разгадать механизм сверхпроводимости, а затем попытаться воспроизвести нечто подобное при нормальных температурах. Изучить, покорить сверхпроводники - вот о чем необходимо думать сегодня. Своими экспериментами мы хотим внести" дополнительную ясность в поведение этих веществ. Связать микроэффекты с макросвойствами. Узнать, какие механизмы ответственны за необыкновенные свойства вещества.

- А при чем здесь субмиллиметры?- решаюсь вернуть наш разговор к тематике лаборатории.

- Эти вещества особенно четко проявляют свой характер в этом необычном диапазоне. Атомы сверхпроводников и сегнетоэлектриков откликаются только на волны короче миллиметра. Слышали, как отзывается струна скрипки на зов другой, настроенной в резонанс? Вот мы и хотим вступить в резонансные отношения с этими веществами, облучая их субмиллиметровыми волнами и надеясь получить их спектры. А уж по спектрам изучать особенности строения атомов и молекул. Эти особенности, как видно, ответственны за поведение веществ.

В 60-х годах, когда начались эти исследования, бурно развивались лазеры. А эксперименты Ирисовой и ее сотрудников не только не работали на лазеры, но вообще не обещали быстрого успеха. Несколько первых лет требовалось только для создания измерительной аппаратуры. Напомню - ее просто не существовало. Еще несколько лет - выработка методики измерений. Надо было исследовать и измерять, изучать десятки различных веществ, чтобы отработать и приборы, и методы их использования. Набирали, как говорится, статистику - изучали тефлоны, кварцы, резину, пористые вещества. Это был второй этап исследования.

- Вначале было очень трудно,- вспоминает Ирисова,- родился сын, я разрывалась между домом и институтом, работа шла туго, и не было человека, который не спрашивал бы: почему Ирисова возится с субмиллиметрами?

Прошло некоторое время, и все пошло по-другому. Ирисова и ее молодой сотрудник Виноградов сделали первый измерительный прибор субмиллиметрового диапазона. На вид - удивительно несерьезный прибор. Оп непохож ни на радиотехнический - с лампами, транзисторами, конденсаторами. Ни на оптический - с линзами, призмами, зеркалами. Основной элемент его - рамки с сеточками из тончайших металлических проволочек. Они столь тонки, что рамки, на которых натянуты, кажутся пустыми. "

- Это очень цепкие сети для волн длиною в десятые и сотые доли миллиметра,-смеется Ирисова, видя, с каким скепсисом я верчу в руках это дамское рукоделие.

- На что же годно это радиотехническое решето? - рискуя обидеть Ирисову, спрашиваю я.

- При помощи комбинаций таких сеточек можно измерить длину, мощность волн, которые никаким иным образом не определяются. Можно разделить эти волны на пучки, отражать их, создавать для них резонаторы.

Казалось бы, изящная лабораторная работа - и все, работа, имеющая право на существование, но... заслуживает ли она внимания серьезного исследователя?

Сеточки, похожие на приспособление для вышивания, оказались необычайно оригинальной находкой, новым словом в измерительной технике субмиллиметровых волн. Они стали основой очень нужного прибора - спектроскопа, параметры которого существенно превосходят характеристики всех известных отечественных и зарубежных спектроскопов. Уже несколько лет как этот прибор передан в производство, и наша промышленность выпускает его серийно. На прибор получен десяток заграничных патентов. Не удивительно, что эта оригинальная работа удостоена одной из главных премий АН СССР - премии А. С. Попова.

- Но к третьему этапу работы, к основной цели- исследованию свойств сверхпроводников и сегнетоэлектриков - приступать было еще рано,- продолжает рассказ Наталья Александровна.- Нам не хватало прибора, на экране которого можно было бы наблюдать невидимое излучение, идущее из недр исследуемого вещества. Ясно было одно: увидеть электромагнитное излучение можно только на люминесцентном экране. Поэтому мы объединили наши силы с Лабораторией люминесценции ФИАНа. Начались поиски подходящих материалов для экрана. Попробовали один -не получилось, другой, третий - опять безрезультатно. Начали усложнять материал, делать его многослойным. Все шло как в банальном детективе - я даже принесла из дому свою шелковую кофточку. Нужен был тонкий материал с хорошими теплоизоляционными свойствами. А что может быть лучше шелка? Покрыли его аквадагом - взвесью графита в сахарном сиропе - и увидели! Правда, изображение было слабым, неясным. Попробовали слюду, лавсан. Замысел был несложен, но исполнение требовало современной технологии. И наконец, последний вариант: на синтетическую пленку лавсана в вакууме нанесли слой металла и сверху покрыли слоем люминофора. И эту пленку натянули на бабушкины пяльцы...

Считаю, что ослышалась. Ирисова смеется,- говорит то ли в шутку, то ли всерьез:

- Идея прибора - плод чисто женской логики. Да, да! Если хотите, в этой логике моя слабость, но и сила. Мне легче думать конкретно, труднее - абстрактно. Я мыслю предметно, могу мысленно "потрогать" каждый миллиметр прибора. Впрочем, я оговорилась. Что значат старые привычки: говоря о малом, в быту говорим - миллиметр. В нашем приборе толщина каждого из слоев "сэндвича" - доли миллиметра. Слой лавсана - три тысячные миллиметра (три микрона), металла - сто ангстрем (десятитысячных долей микрона), люминофора - опять три микрона.

Если не считать трудности изготовления такого "сэндвича" из слоев неощутимой толщины, прибор очень прост. Но это не значит - примитивен. Поиски простого решения одна из труднейших задач в науке, технике, да и в искусстве. Сложное решение обычно говорит о беспомощности. Простое - о том, что все лишнее отметено. Помните, одно из определений скульптуры: камень, из которого удалено все лишнее?

Так родился простой, но важнейший прибор. Радиовизор - назвали его ученые. И с ним сразу же произошло чудо.

Радиовизор, созданный, казалось бы, для чисто специфических целей, не имеющий ничего общего с тематикой лаборатории, вдруг стал чуть ли не самым необходимым для этой самой лаборатории. Вообще для лазерщиков.

А случилось это вот почему. Мощный лазер для резки, сварки, штамповки металла работает на волне в 10 микрон. "Нежный" диспрозиевый лазер, созданный в той же лаборатории против опасной болезни глаз - глаукомы и нашедший применение для лечения злокачественных заболеваний кожи, имеет волну длиною 2,36 микрона. Излучение этих лазеров и почти всех других происходит как раз в том диапазоне волн, для регистрации которых и создан радиовизор. И если на экран радиовизора направить лазерный луч даже невидимого глазом инфракрасного диапазона, вскрывается вся его незримая структура. Невидимый луч становится видимым! Расходящийся он или сужающийся, сколько в нем "мод" (типов колебаний) - видно воочию. Радиовизор позволяет увидеть и распределение поля субмиллиметровых и даже миллиметровых и сантиметровых радиоволи (от 1 микрона до 10 сантиметров).

На экране отчетливо видны интерференция воли, дифракция и другие эффекты классической оптики. Теперь этот прибор можно использовать не только в лаборатории исследователя, но и на школьных уроках физики для наглядной демонстрации волновых свойств электромагнитного излучения.

Конечно же, и лазерщики, и вообще физики приняли такой прибор с восторгом.

- Главное,- объясняет Ирисова,- стало возможным настраивать лазер по картинке на экране радиовизора. Как? У лазера существуют настроечные винты. Но раньше их крутили вслепую, не зная, что при этом происходит. Теперь все изменилось.

Радиовизор сегодня выпускается нашей промышленностью, заказы на него идут из многих научно-исследовательских лабораторий. Иностранцы, посещающие Лабораторию колебаний, подолгу задерживаются в секторе Ирисовой. Кто бы мог подумать, что совсем недавно эту тему называли оторванной от жизни!

- А действительно,- думаю вслух,- чудо - не только сам прибор. Чудо - то, что сделан он в лаборатории, где этот прибор вовсе не планировался. Ведь никто не думал, что результат сработает на тематику. Как же удалось столько лет работать вроде бы "на сторону"?

Ирисову вопрос не удивляет.

- Так оно, в сущности, и происходило,- соглашается она.- Нашим исследованиям просто повезло. Нас поддержал Александр Михайлович Прохоров. Ученый крупного масштаба, он умеет заглядывать вперед, считает, что в лаборатории должны быть поисковые темы, пусть не сразу дающие выход в практику. Он уважает мнение и интуицию сотрудников. Если человек верит в свое начинание, его надо поддержать, считает он. Толк будет. Даже тогда, когда мы сами отчаивались, Александр Михайлович говорил: когда берешься за новое дело, не следует бояться мертвой полосы. Пока соберешься с мыслями, накопишь опыт, должно пройти время. Идея должна созреть. Никакой спешкой этот процесс не ускоришь. Время окупится.

И действительно, оправдалась уверенность Прохорова: разумно поставленное фундаментальное исследование всегда дает важные результаты. Этого же мнения придерживаются многие ученые, в том числе и Таунс. Он пишет: "В большинстве случаев результаты бывают ощутимыми, если превыше всего ставится интерес к идее, а не к тем выгодам, которые можно из нее извлечь. Успех может быть неизмеримо большим, если Поощрять то, что делается на основе стремления к знаниям и открытиям как таковым".

Что ж, конфликт между рационализмом и бескорыстным служением идее не нов ни для науки, ни для искусства. О качестве музыки не судят по кассовой выручке. Значение научного открытия не всегда пропорционально затраченной на работу сумме денег.

Фундаментальные исследования, однако, не только дань врожденной любознательности или ее следствие. Это и расчет на то, что они повысят уровень культуры, повлияют на производительность труда и в конечном счете пополнят благосостояние общества, послужат развитию цивилизации. Не в этом ли особенность современного этапа развития науки, приметы научно-технической революции? Наука стала производительной силой.