Лазеры и будущее

...Если подойти к ФИАНу со стороны улицы Вавилова, то рядом с корпусом прохоровской лаборатории увидишь здание-двойник. Это Лаборатория квантовой радиофизики, которой руководит директор института академик Басов.

Здесь тот же "бог" - лазер. И в этой лаборатории ученые, вооруженные лазером, во многих областях науки, техники, промышленности обогнали сегодняшний день.

Лаборатории Басова и Прохорова, несомненно, лидеры в квантовой радиофизике. Но, разумеется, они в нашей стране не единственные - лазерная тематика сегодня так активно внедрилась во все сферы теоретического поиска и практического использования его результатов, что рассказать о всех достижениях лазеров просто невозможно. Поэтому испытаемся отобрать из огромного многообразия лазерных тем те, которые решают кардинальные проблемы будущего, кризисные проблемы.

Главная забота современного человечества - поиски новых источников энергии.

Зажечь лазерным лучом земное солнце - неиссякаемый источник термоядерной энергии - эта мечта овладела учеными, когда лазер был еще немощен и мало изучен. И когда поиск путей к управлению термоядерной реакцией шел совсем по другому пути. Уже более четверти века передовые страны тратят большие средства на развитие исследований по магнитному удержанию термоядерной плазмы. Образцом для подражания служит Солнце, практически неисчерпаемый источник энергии. Физики XX века пришли к выводу, что энергия, заставляющая светить Солнце и другие звезды, возникает в результате превращения водорода в гелий. Взрыв первой водородной бомбы, осуществленный в 1952 году, подтвердил мощь этой реакции и возможность осуществления ее на Земле. Оставалось, казалось бы, немногое: найти средний путь между мгновенным взрывом, происходящим в бомбе, и медленным, но огромные по масштабам и неподвластным человеку процессом, протекающим в недрах звезд. Нужно было превратить термоядерный синтез в управляемую, контролируемую реакцию и использовать ее для мира, а не для войны.

Рассмотрим вместе с учеными эту возможность.

Для того чтобы два ядра тяжелого водорода дейтерия могли слиться друг с другом, образуя ядро гелия и высвобождая порцию энергии, они должны столкнуться между собой с огромными скоростями. Только при этом могут быть преодолены силы взаимного отталкивания одноименных зарядов ядер. Силы, защищающие ядро от ему подобных, крепче лат средневековых рыцарей. Чтобы придать ядрам дейтерия нужную скорость, следует нагреть их до температуры в несколько десятков миллионов градусов. Но одного этого недостаточно. Чтобы реакция успела развиться в устойчивый процесс, такую температуру нужно поддерживать достаточно долго. Ведь ядра невозможно точно направить одно на другое с тем, чтобы они обязательно столкнулись между собой. Столкновение - дело случая. И чтобы такие случаи реализовались в достаточном количестве, нужно на некоторое время удержать раскаленный газ в ограниченном объеме, несмотря на огромные скорости, заставляющие его рассеиваться в пространстве.

Попробуем на минуту представить себе, что происходит в глубине Солнца или солнцеподобного светила - механизм процесса при температуре в миллионы градусов. В таком пекле атомы не могут "выжить" и сохраниться в целом виде. Огромная температура разрывает их на части, отрывает электроны от ядер. Они движутся независимо и с большими скоростями. Но сила притяжения не дает им разлететься, в недрах звезд образуется особое состояние вещества - раскаленная, плотная плазма, удивительное состояние материи, больше всего напоминающее газ, а точнее ту плазму, которая существует внутри трубок газосветных реклам или возникает в лампах-вспышках, применяемых фотографами. Разница лишь в температурах и давлениях. Здесь, в земных условиях, это тысячи градусов и доли или единицы атмосфер. Там - миллионы. Здесь далеко не все атомы разрушены, не все ядра оголены, не все электроны освобождены. Там - все.

Различен и состав вещества. Здесь, в лампах, это инертные газы или их смесь. Там - преимущественно водород. Плазма, бурлящая в недрах звезд, состоит главным образом из протонов - ядер водорода - с незначительной примесью ядер других легких элементов и, конечно, электронов.

Внутри звезд протекают сложные ядерные реакции, в результате которых четыре протона объединяются между собой, образуя ядро атома гелия - альфа-частицу. При этом выделяется энергия, поддерживающая сияние звезд.

В каждом таком акте слияния испускается малая порция энергии. Но размеры звезд огромны, велика и энергия, выделяющаяся в течение миллиардов лет. На Земле невозможно воспроизвести точно условия, существующие в недрах звезд. Нужно добиться слияния протонов более простым, доступным путем. Чтобы это был не взрыв, а безопасный управляемый процесс.

Получение горячей плазмы в земных условиях - цель и надежда всей будущей энергетики. Казалось бы, все ясно: надо нагреть плазму и удержать ее частицы от разлетания. Но как нагреть и как удержать?

Первый обнадеживающий путь указал академик Тамм: создать и нагреть плазму электрическим разрядом и удержать ее силой магнитных полей в особых "магнитных бутылях". По этому пути пошли многие ученые. Исследователи увлекались то одной, то другой конструкцией остроумных и, казалось, надежных устройств - как правило, это были громоздкие приборы, скованные массивными электромагнитами. Но наградой были лишь неудачи. Из этих "магнитных бутылей" плазма вытекала, словно молоко из дырявых пакетов. Рукотворное солнце не зажигалось... Этот путь дал лишь опыт, понимание трудностей задачи, но не практический результат.

Самый конструктивный способ, основанный на принципе магнитного удержания плазмы, был предложен и разработан учеными под руководством академика Арцимовича. Они придумали магнитную бутылку, лишенную горла. Их магнитная ловушка имеет форму пустого бублика. Бублика с двойными стенками. Первые, видимые, отделяют внутреннюю полость от внешнего воздуха. Там будет создана и нагрета плазма. Вторые - невидимые, образованы магнитными полями. Они отделяют плазму от стенок бублика, чтобы частицы раскаленной плазмы не соприкасались с ними, не охлаждались ими и не нагревали их.

Прибор, вернее, сложная и крупная установка, реализующая эту идею, получил название Токамак. Его основа - тороидальная камера, расположенная внутри тороидального магнитного ноля,- позволяет нагревать плазму до гигантских температур и удерживать ее некоторое время в этом состоянии. Советские ученые показали, что это один из надежных путей к цели, получив температуру внутри Токамака в 10-15 миллионов градусов. За ними пошли ученые всех промышленно развитых стран. Недавно американские ученые, применив дополнительный нагрев, достигли в своем Токамаке температуры в 60 миллионов градусов. Советские ученые планируют следующий шаг в ближайшее время.

Это - надежный путь покорения энергии ядра. Однако пока никто не прошел его до конца. Никто не добился вожделенной цели - не зажег рукотворное солнце.

Главная причина в том, что при помощи электрического разряда невозможно осуществить достаточно быстрый нагрев. Когда температура плазмы доходит до десятков миллионов градусов, ни одна, даже самая мощная, ловушка не способна удержать плазму от расширения.

Еще не были запущены даже первые модели Токамаков, а экономисты уже провели расчет на эффективность. Они сравнили, сколько энергии на единицу веса топлива выделится при термоядерном способе и расщеплении тяжелых ядер урана или плутония в обычных атомных энергетических установках. Расчет показал, что термоядерные электростанции будут выгоднее атомных, выгоднее даже самых выгодных на сегодняшний день. Был сделан и другой подсчет, так сказать на "чистоту" процесса. И в этом плане термоядерный синтез оказался самым прогрессивным и гигиеничным. Он не дает тех побочных отходов, которые все-таки получаются при атомных расщеплениях (имеются в виду радиоактивный цезий, стронций и другие радиоактивные продукты, эти неизбежные спутники деления тяжелых ядер). При термояде нет и угрозы ЧП; установка не расплавится, не взорвется. Если процесс выйдет из-под контроля, пойдет не по программе, то он просто заглохнет, прекратится.

Сама природа - главный пропагандист идеи термояда. Запасы тяжелого водорода, дейтерия - этого основного термоядерного топлива - неисчерпаемы. Одного лишь дейтерия из морей достаточно для практических нужд на миллионы лет вперед. А ведь водород содержится в воде повсюду!

Вот почему никакие трудности с магнитными ловушками не могли уже заставить физиков отказаться от намерения найти способ зажечь рукотворную звезду.

И вот - новая идея: изящная, гениально простая и на первый взгляд легко осуществимая!

В вакуумную камеру выстреливается льдинка замороженного водорода (вернее, смеси тяжелого водорода - дейтерия и сверхтяжелого водорода - трития). Вспышка лазера встречает льдинку в центре камеры. Мощность лазерного луча столь велика, что льдинка, температура которой первоначально близка к абсолютному нулю, мгновенно превращается в крупинку солнца. Температура ее приближается к бушующей в недрах звезды, а плотность все еще очень высока. Ведь за мгновение, пока длится вспышка, частицы, уже набрав колоссальную скорость, еще не успели заметно сместиться в пространстве, а давление лучей лазера вызывает в раскаленной плазме ударную волну, сжимающую плазму в сверхплотный сгусток.

В этой адской температуре порваны все связи между ядрами и электронами. Атомов дейтерия и трития уже нет. Пылает плазма из ядер и свободных электронов. Сталкиваясь между собой, дейтоны и ядра трития вступают в реакцию, в результате которой возникают ядра гелия. Температура при этом еще больше нарастает. Сопутствующие реакции порождают свободные нейтроны. Еще несколько мгновений - и рукотворная звездочка погаснет. Плазма, быстро остывая, разлетится по вакуумной камере...

Это - биография одной льдинки. Но если в камеру впускать череду льдинок, скажем, по 2-3 в секунду, то зажжется гирлянда пылающих "солнц". А дальше? Дальше тепло от нагретых стенок камеры можно утилизировать самым обычным, элементарным путем. Скажем, отводить его для получения горячего пара. Пар направлять на турбины тепловой электростанции. Или использовать для других нужд.

Вот какая перспектива волновала воображение физиков, увлекшихся идеей использовать лазер для получения термоядерной энергии. Возможно, именно так человечество овладеет термоядерной энергией, сохранив уголь и нефть, торф и древесину от уничтожения в топках?

Идея лазерного зажигания термоядерной плазмы воскрешала надежды, она убивала сразу несколько "зайцев", решала вопрос о получении высокой температуры, а главное - проблема длительного удержания термоядерной плазмы оказывалась обойденной.

Вот почему лазерный термояд кажется привлекательным. Он свел между собой людей различных характеров, темпераментов, научных склонностей. Для нас же, советских людей, особенно приятно то, что родина его - Советский Союз. Вот что об этом пишет журнал "Форчун" ("Судьба"), выходящий в Нью-Йорке: "Лидерами в области лазерного термоядерного синтеза стали советские ученые. Сама "гонка" за овладение лазерным термоядом началась в 1963 году - после того, как исследователи из Физического института имени Лебедева в Москве, работающие под руководством Николая Басова, сообщили об успешном использовании лазера для получения определенного количества нейтронов, что свидетельствовало о достижении, хотя и в слабой, "мимолетной" форме, реакции ядерного синтеза".

Крюков, молодой ученый, физик "божьей милостью", как говорят о нем друзья, создал первую установку и, сфокусировав мощный лазерный импульс, получил первые термоядерные нейтроны, те самые вестники успеха, о которых пишет журнал "Форчун". "И хотя,- продолжает журнал,- известие из Физического института было встречено на Западе с достаточной долей скептицизма", Крюков именно в этих первых нейтронах видит залог всех дальнейших успехов.

- Первые нейтроны,- говорит он,- имели огромное психологическое значение. Они не просто иллюстрировали наш успех. Лазерный термояд занял свое законное место в физике плазмы среди других способов реализации термоядерного синтеза. Ведь до того мало кто в него верил.

Крюков оказался прав. "Вскоре западные ученые убедились в успехе их советских коллег, сумев воспроизвести этот опыт в своих лабораториях. В лабораториях Комиссии по атомной энергии США начались регулярные исследования проблемы лазерного термояда. Этот метод достижения ядерного синтеза примерно в то же время стал темой исследований во Франции, ФРГ, Англии, а затем в Японии" ("Форчун").

Пройдут десятилетия, и человечество будет вспоминать о сегодняшних экспериментах с гордой снисходительностью, как о первых шагах к великому свершению.

Физики, работающие над проблемой лазерного термояда, отлично понимают, что до полной победы еще далеко. Полезной термоядерную реакцию можно будет считать тогда, когда выделенная энергия превысит затраченную на ее создание. Пока полученная реакция энергетически убыточна. Сейчас идет накопление знаний, а не энергии. Долгая, кропотливая, изнурительная работа. Оттачивается методика эксперимента, совершенствуются установки, набирается статистика, изучается сама плазма, разрабатывается аппаратура для ее диагностики. Эта работа - на десяток лет. Но без нее плазма покорена не будет. Эта работа приносит те сведения о процессе, которым нужно научиться управлять. Она определяет весь дальнейший ход исследований: подсказывает, какие механизмы нужно усмирить в плазме, какие лазеры создавать, чтобы их мощь стала достаточной для обжатия и нагрева ядерного топлива.

А теперь сравним две публикации. Одна - из уже цитированного нами журнала: "Благодаря относительной безопасности реакции синтеза установки лазерного термояда могут быть использованы для удовлетворения потребностей в энергии небольших поселений, отдельных предприятий, комплексов, ликвидируя проблему высокой стоимости создания специальных зданий для энергетических блоков или линий дальней передачи энергии. Лазерные термоядерные реакторы можно будет далее создавать настолько "миниатюрными", что они станут "энергетическими сердцами" морских лайнеров и поездов. А несколько таких реакторов, соединенных вместе, образуют энергетическую станцию".

Обратите внимание на стиль - деловито, буднично, аргументировано, на профессию автора статьи, Лоренса Лессинга,- он журналист, на дату - 1974 год.

И вторая публикация - из газеты "Геральд Трибюн". Крупный заголовок: "Лорд Резерфорд смеется над теорией обуздания энергии в лабораториях!" Смеется не обыватель, смеется не журналист, а отец ядерной физики, смеется над самой мыслью об обуздании энергии ядра, смеется в 1933 году - после того как убедился в возможности расщепления ядра...

Разрыв во времени между этими публикациями - 41 год. Не сенсационный ли скачок в сознании людей? Не сенсационный ли темп созревания человеческого интеллекта? Всего несколько десятилетий ушло на то, что-бы от факта расщепления ядра прийти к мысли об использовании энергии этого расщепления.

А ведь от первой догадки об атомной структуре материи до первого доказательства этого прошло более двадцати веков...

У лазерных поисков есть еще одно из главных направлений. Помимо термояда - это обеспечение связи в будущем, средств переработки информации и передачи ее на большие расстояния. Широко известно, что наше поколение буквально захлестнуто потоками информации - это и обилие научных открытий и технических достижений и просто расширяющийся обмен информацией между людьми. С каждым годом этот поток все больше и больше - его нужно быстро перерабатывать, осмысливать, использовать. Естественно, вся надежда - на ЭВМ. Но их быстродействия уже недостаточно, к тому же они громоздки и не экономичны. Радиоволны и электроника не удовлетворят будущие поколения. С переработкой большой массы информации смогут справиться лишь световые волны. Этим вопросом ведает новая область электроники - оптическая. На наших глазах рождается новая наука - оптоэлектроника.

Когда мы проводим себе в квартиру телефон, то не думаем, на какие расходы идет государство, используется всего-то несколько метров медного провода.

Но стране нужны миллионы телефонов. Нужны линии связи между городами, селами, государствами. Это уже тысячи тонн меди. А медь - тот металл, запасы которого кончатся прежде всего.

- Какой же выход?- спросите вы.

Представьте себе АТС будущего: ее основные элементы "соты", напоминающие пчелиные, только во много раз более мелкие. Это миниатюрные лазеры. Вы поднимаете трубку - включается "ваш" лазер, на его луч "нанизывается" ваш голос и бежит по одной из стеклянных нитей, скрытых в кабелях, проложенных под землей. Нити эти почти ничего не стоят - ведь кремний, из которого варится стекло, самый распространенный и дешевый материал.

- За чем же дело стало? - спросит читатель и от инженеров получит более чем странный ответ: за прозрачными стеклянными волокнами...

Стеклянные провода действительно могут с успехом заменить медные, но, чтобы они транспортировали свет на сотни километров без потерь, сделать их нужно из очень прозрачного стекла.

Вы, наверно, подумали - как оконное? Так же решила и я, слушая объяснения одного из авторов стекловолоконной линии связи.

- Что вы!- даже обиделся он.- Попробуйте сложить десяток стекол вместе - сквозь них ничего не разглядишь. Для передачи света на большие расстояния оконное стекло совсем не годится. Уже много лет физики, конструкторы, инженеры бьются над созданием таких стеклянных волокон, чтобы они были по-настоящему прозрачны для света: не искажали его, не создавали помех, то есть не вносили ошибок в передаваемую информацию.

Такие поиски ведутся у нас, в Советском Союзе, в США, Японии, Англии, Франции, ФРГ, в социалистических странах. Листая научные журналы, можно убедиться, что ученые уже приближаются к цели, к тому, что станет основой стекловолоконной связи будущего.

Уже сейчас по стеклянным проводам, заменившим медные в ряде экспериментальных систем, на многие километры бегут световые волны, рожденные лазерами и более простыми полупроводниковыми источниками света. Поэтому параллельно с созданием новых коммуникаций идет интенсивный поиск новых лазеров, которые будут питать волокна информацией.

Полупроводники оказались для квантовой электроники рогом изобилия. Они стали основой очень миниатюрных и экономичных лазеров. Одна из разновидностей - инжекционный лазер. Он не только мал по своим размерам, но обладает ценнейшим достоинством - неприхотливостью к источникам питания. Для того чтобы такой лазер начал излучать свет, его достаточно присоединить к источнику электрического тока напряжением около десяти вольт. А нанизать на его луч голос или другую информацию очень просто - для этого надо лишь менять в ритм с голосом силу электрического тока, протекающего через лазер. Лазер это почувствует и отзовется соответствующим изменением своего мерцания.

Я видела такой лазер. Маленький кристаллик, укрепленный на медной пластине. Включили ток, и темная мошка вспыхнула ярко-пунцовым светом - электрический ток исторг из плоти полупроводника сноп пурпурных лучей. Можно представить себе, как эти лучи побегут по стеклянным проводам - интенсивность их будет световым аналогом музыки или речи.

На дальнем конце световода изменения силы света ощутит фотоприемник и превратит их в переменный электрический ток, который заставит работать или телефонную трубку, или телевизор, или любой другой приемник информации, например блок памяти ЭВМ. Этот лазер - только одно из многих действующих "лиц" оптической системы связи. Как он будет работать в сочетании со всеми другими деталями? Ведь его партнеры должны уметь взаимодействовать со светом, а не с электрическим током, как это происходит в современных системах связи.

Когда я задала этот вопрос лазерщикам, они удивились. Неужели я еще не видела, как это происходит в действительности? И отвели меня в лабораторию, где системы оптической связи уже стали будничным объектом исследования.

Вот что я увидела.

К маленькой металлической коробочке величиной с пачку сигарет присоединен кабель, более тонкий, чем обычный карандаш. Он исчезает в отверстии стены. Оттуда выходит точно такой же кабель, конец которого присоединен к другой коробочке несколько больших размеров.

- Это наша световодная линия связи,- пояснил молодой ученый.- Одна маленькая коробочка содержит оптический передатчик, другая является приемником оптических сигналов. Дальние концы кабелей соединены с такими же блоками, расположенными в другом здании. Сейчас мы изучаем особенности эксплуатации световодной системы связи.

По такой линии можно передать и телефонный раз-го-пор, и программу цветного телевидения, словом, любой вид информации. Такие линии могут соединяться между собой через коммутаторы, что обеспечит связь любого количества абонентов. Самое важное то, что существуют электронные схемы, позволяющие одновременно и независимо передавать по одному световоду десятки тысяч телефонных разговоров, многие программы телевидения и огромный объем другой информации. Существенно и то, что световодные линии не боятся грозовых и промышленных помех, они много компактнее и легче, чем обычные медные кабели.

Эти качества световодных кабелей открывают им путь на борт самолетов и кораблей, в системы промышленной автоматики, управления и вычислительные комплексы. Они проникнут и в ЭВМ, соединяя между собой блоки и связывая ЭВМ с их периферийным оборудованием.

Полупроводниковые лазеры и другие полупроводниковые оптические элементы вместе со световодами, имеющими вид тончайших пленок и волокон, станут основой новых оптических ЭВМ следующих поколений. В них свет будет служить не только для передачи, но и для обработки информации.

Лазеры, почти невидимые глазом, и проводящие свет прозрачные пленки и волокна толщиною в тысячные доли миллиметра, линии задержки импульсов, специальные оптические системы памяти, основанные на принципах голографии,- таковы ЭВМ будущего. Уже сегодня в лабораториях можно увидеть совершенно удивительные, невиданные прежде образцы узлов оптических ЭВМ. Образец блока ввода информации в ЭВМ на оптических деталях - это множество мельчайших лазеров, просвечивающих фотопластинку, на которой при помощи голографии закодирована любая информация. Ею могут быть книги, кинофильмы, телефильмы. Текст одной страницы занимает площадь размером в острие иглы! На одной пластинке может быть умещен текст "Войны и мира".

Когда-нибудь библиотеки или кинотеки будут хранить не книги, а такие вот пластинки. В небольшой комнате уместится богатство Библиотеки имени В. И. Ленина. И на экранах своих телевизоров мы сможем увидеть любой кинофильм, любую книгу, даже страницу и отдельную строчку. Опытные образцы таких систем уже есть. Но важно, чтобы они стали доступны всем. Скоро так и будет.

Работы в области оптоэлектроники настолько перспективны и важны, что сегодня эту науку можно считать одним из китов, на которых будет построена связь и вычислительная техника будущего.

И еще одна важнейшая сфера лазерных исследований - создание новых, более совершенных, удобных и более мощных лазеров.

Первые лазеры, начавшие работать в 1960 году, внешне ничем не были похожи друг на друга. Общим был цвет испускаемых ими лучей - красный. Но эта общность, конечно, возникла случайно. Не случайным была чрезвычайно слабая расходимость лучей (много меньшая, чем расходимость лучей лучшего прожектора) и крайняя узость их спектра, несравнимая с шириной спектра любого другого источника света. И то, и другое - результаты применения пары параллельных зеркал, между которыми располагалось светящееся вещество лазера.

Дальше начинались различия. В самом первом из лазеров свет исходил из кристалла рубина, который облучался ярким белым светом ламп-вспышек. Рабочим веществом другого лазера служила смесь гелия и неона, а возбуждение свечения вызывалось электрическим током, проходящим через эту газовую смесь,- то же фактически происходит в обычных неоновых трубках газосветной рекламы. Свет первого лазера испускался редкими короткими импульсами, второй светил непрерывно.

Последующее развитие лазеров первоначально пошло по пути поиска других кристаллов и других газов, способных к лазерной генерации света. Это, конечно, был наиболее очевидный, но далеко не единственный путь. Вскоре к кристаллам и газам присоединились полупроводники и стекло, затем жидкости (наиболее эффективными оказались растворы органических красителей).

Возникли новые режимы работы лазеров, новые методы возбуждения. Для этой цели удалось применить электронные пучки, энергию ударных волн и быстрое охлаждение горячих газов, истекающих из специальных сопел. Лазеры "научились" испускать все более короткие импульсы света. Длительность их стала меньше, чем миллиардная доля секунды.

Все эти результаты появились как следствие естественного развития новой области науки. Однако уже первые шаги в этом направлении открыли возможности новых практических применений лазеров. Как только это было осознано и оценено, началась планомерная разработка специализированных лазеров, отвечающих конкретным запросам науки и техники. В свою очередь, появление новых лазеров открывало все новые пути их использования. Этот замкнутый процесс еще далеко не закончен. Но уже теперь он зашел так далеко, что нам придется ограничиться лишь несколькими примерами, не пытаясь описать здесь сколько-нибудь полно новые типы лазеров и все их применения.

Проблема лазерного термояда потребовала создания лазерных систем огромной мощности и очень большой энергии, излучающих лазерные импульсы с большой точностью в заданные моменты времени. Иначе невозможно одновременно - со многих сторон - поразить мишень из термоядерного горючего. Мощность, развиваемая таким лазером, превосходит мощность самой большой гидроэлектростанции. Но конечно, вследствие ничтожно малой длительности лазерного импульса излучаемая энергия не очень велика, хотя она и превосходит энергию среднего орудийного выстрела.

Для промышленных целей - сверления и обработки поверхности рубинов, алмазов, твердых сплавов - применяются твердотельные лазеры (обычно на стекле) или лазеры на смеси углекислого газа с азотом и гелием.

Лазеры на стекле, окрашенном ионами редкоземельного элемента неодима, работают не только в промышленности, но и в медицине, где они помогают излечивать некоторые формы рака и служат хирургам в качестве инструмента для бескровных операций. Без них не обходятся дальномеры и оптические локаторы, они позволяют обнаруживать загрязнения в атмосфере и измерять скорость ветра и течения воды.

Лазеры на углекислом газе используются для сварки и резки металлов, для раскроя материи и кожи. Они также приносят пользу медикам и химикам, технологам и физикам.

Большая часть лазеров излучает свет с вполне определенной длиной волны, изменять которую удается только в очень узких пределах.

Последующее развитие лазеров пошло в двух противоположных направлениях.

Одно из них - создание сверхстабильных лазеров, длина волны которых фиксирована с огромной точностью. Она известна и остается неизменной в пределах миллионной части от миллиардной доли своей величины. Это наибольшая точность, достигнутая в науке и технике.

Второе направление - разработка лазеров, длина волны которых может по желанию оператора изменяться в широких пределах и устанавливаться в точности на заданное значение. Для этой цели обычно применяются лазеры, рабочим веществом которых служат растворы красителей. Такие лазеры незаменимы для решения сложных задач разделения изотопов и для управления химическими реакциями. Лазерный метод позволяет более экономично, чем какой-либо другой, отделять один изотоп легких элементов от его двойников. Сейчас усилия многих ученых направлены на создание эффективного метода разделения изотопов урана, этого основного горючего для атомных электростанций. Лазер помогает химикам получать новые соединения, недоступные традиционным химическим методам. Ему покорились даже инертные газы. В течение долгого времени они оправдывали свое название, не вступая в химическое соединение с другими элементами. Сравнительно недавно ученым с помощью лазера удалось заставить их, при известных условиях нарушить свою инертность. Полученные соединения были взяты в качестве рабочих веществ новых лазеров, которые обещают стать весьма эффективными.

Квантовая электроника не только открывает новые возможности другим областям науки и техники, но и активно использует их новейшие достижения. Например, полупроводниковые лазеры, в которых первоначально применяли лишь соединения индия с сурьмой, теперь работают и на более сложных соединениях трех и четырех элементов, а также на элементах из кремния и германия высшей чистоты.

После появления лазеров было реализовано и одно из поразительных изобретений - голография. Мощные газовые и твердотельные лазеры позволяют зафиксировать и воспроизвести объемные изображения предметов. Записывать и анализировать разнообразную сложную информацию. Производить измерения различных величин, таких, как скорость и смещение, изменение температуры и давления, производить анализ состава кропи и расшифровку текстов, решать множество других разнообразных научных и технических задач, каждая из которых вполне заслуживает отдельного подробного описания.

Итак, перед нами раскинулась и засверкала радуга возможностей, которые таятся в новой области науки - квантовой электронике.

Мы узнали о решительной готовности лазерщиков перевести на принципиально новые рельсы развитие целых областей промышленности и техники. Покорение энергии ядра даст неиссякаемые энергетические ресурсы. Осуществится давняя мечта человечества напоить водой пустыни, превратить районы вечной мерзлоты в сады, преодолеть космические дали...

Создание принципиально новой техники связи, оптической связи, вызовет революционные преобразования в культурной жизни общества, в сфере образования, в общении людей между собой.

Внедрение лазерной химии откроет путь к получению материалов, неизвестных природе, к созданию веществ с заранее намеченными свойствами.

И всю эту россыпь возможностей породило одно открытие, один скромный прибор - молекулярный генератор, рожденный одновременно и совершенно независимо в Москве в ФИАНе и в Колумбийском университете в Нью-Йорке. Этот маленький прибор принес не только огромные перемены в промышленность, науку и технику. Он проиллюстрировал сюрпризность научных исследований, возможность совершенно неожиданных открытий, таящихся в традиционных областях знания, что пойдет на пользу следующим поколениям.

В этом смысле поучительна сама история создания молекулярных генераторов.

Оба молекулярных генератора в техническом отношении были братья-близнецы. Но совершенно по-разному сложилась их судьба. И это тоже вклад квантовой электроники в историю науки, бесценный вклад в будущее.

В нашей стране открытие Басова и Прохорова было воспринято как серьезное и требующее внимания и заботы. Молекулярный генератор сразу получил "зеленый свет".

В этом, конечно же, немалая заслуга прежде всего авторов открытия. Сами того не сознавая, они оказались двумя половинками одного мощного интеллекта, и их прорыв в неведомое был впечатляющим и весомым.

Солдаты Отечественной войны, возвращенные победой к любимой работе, они испытывали особый творческий подъем, жажду созидать. Это придавало им сверхчеловеческую трудоспособность, стимулировало врожденную потребность в генерации идей. К тому же они были молоды и умели верить в чудо. Никакой боязни ошибки, только дерзкая вера в успех, в самих себя, в волшебство науки.

И главное, что способствовало успеху советских создателей квантовой электроники,- это поддержка их научной инициативы в Академии наук и в организациях, планирующих развитие науки и техники, атмосфера здорового сотрудничества, царящая в среде наших ученых и инженеров, доброжелательность, объективность, понимание путей и перспектив научно-технического прогресса.

Совершенно о другом отношении к новому прогрессивному явлению красочно, но с чувством глубокой тревоги пишет один из создателей квантовой электроники Таунс: "Основа квантовой электроники - радиоспектроскопия - родилась в трех главных компаниях, разрабатывавших в США радары и другое военно-радиотехническое оборудование, и в Колумбийском университете, сотрудничавшем с ними. В промышленных лабораториях надеялись, что новая область физики даст значительные практические результаты. Американцы, практичный народ, охотно принимают то, что сулит быстрые прибыли. Я сам писал справку дирекции исследовательского отдела лаборатории "Белл Телефон" с целью убедить ее в пользе радиоспектроскопии. Однако спустя несколько лет промышленные лаборатории, первыми начавшие работу в этой области, прекратили ее, и исследования по радиоспектроскопии полностью сосредоточились в университетах. Там радиоспектроскопия привлекла значительное количество способных студентов и опытных профессоров, поскольку она открывала возможности для изучения поведения атомов и молекул".

До сих пор вызывает недоумение то обстоятельство, что большие промышленные лаборатории, интенсивно занимавшиеся проблемами электроники, не понимали в то время, что исследования по радиоспектроскопии газов имеют большое значение для их деятельности.

В компании "Дженерал Электрик" ученые, работавшие в этой области, постановлением дирекции были переключены на другую работу, казавшуюся более перспективной в коммерческом отношении. Дирекция лаборатории "Белл Телефон" оказалась более осторожной и решила все же продолжить эти исследования. Однако, учитывая недостаточную ценность тематики для электроники и техники связи, продолжила ее разработку силами... одного научного сотрудника.

Положение не изменилось и после создания мазера. Даже в конце 60-х годов, когда Таунс вместе с Шавловым, работавшим в фирме "Белл Телефон", перенесли идею мазера в оптический диапазон, фирма отказалась запатентовать новый прибор.

Причина отказа была сформулирована таким образом: оптические волны никогда не были сколько-нибудь полезными для связи, и, следовательно, изобретение имеет слабое отношение к деятельности фирмы!

Так случилось, что пальма первенства в создании лазера досталась Мейману, работавшему в другой американской компании, как видно, более чутко улавливающей новые веяния.

Эта ситуация красноречиво подтвердила, что предвидение, своевременное признание нового - один из решающих моментов в развитии науки.

Таунс, размышляя о судьбе лазера и в связи с ней о судьбах всех новых идей, делает такой вывод: "Неожиданность в развитии техники является нашим неизменным спутником". И это-то затрудняет внедрение в жизнь всего нового. Неопределенность, расплывчатость в определении цели, которые часто сопутствуют новым открытиям, затрудняют их признание, а следовательно, финансирование. То ли дадут новые идеи выход в практику, то ли нет...

- Представим себе,- предлагает Таунс,- положение человека, взявшегося тридцать лет назад планировать такие технические усовершенствования: более чувствительный усилитель, более точные часы, новый метод сверления, новый инструмент для глазной хирургии, более точное измерение расстояний, трехмерную фотографию и т. д. Хватило ли бы у него дальновидности и смелости предложить широкое изучение взаимодействия волн СВЧ диапазона с молекулами в качестве основы для разрешения любой из этих проблем?

- Конечно же нет!- отвечает себе Таунс.- За более чувствительным усилителем он обратился бы к специалистам в этой области, которые, затратив значительные усилия, подняли бы чувствительность в два, но не в сто раз. Для изготовления более точных часов он, вероятно, нанял бы тех, кто Имеет соответствующий опыт в вопросах хронометрии; для повышения интенсивности источников света он подобрал бы совершенно другую группу ученых или инженеров, которые едва ли могли бы надеяться на увеличение интенсивности в миллион и более раз, даваемое лазером. Чтобы повысить точность измерений или улучшить фотографию, он попытался бы усовершенствовать уже известные методы и, вполне возможно, добился бы некоторого улучшения, но не на порядок же величины!

И когда переворот во всех этих областях произвела одна-единственная наука - квантовая электроника, когда она предложила для решения всех этих проблем совершенно новые идеи - это было так неожиданно и неправдоподобно, что поддерживать, а тем более развивать их отказывались буквально все промышленные фирмы, которые предпочитают подсчитывать будущие прибыли и дивиденды, а не рисковать во имя прогресса науки.

Ясно, что недооценка потенциальных возможностей радиоспектроскопии - не случайная ошибка одной организации или отдельного лица, а довольно обычная реакция на новое, непривычное.

Сама эта ситуация - тоже вклад квантовой электроники в будущее. Предостережение, основанное на опыте становления новой науки.

История создания лазеров и мазеров, их неудержимое проникновение в ту или иную область науки и техники, их спонтанное фонтанирование удивительными возможностями предостерегает и нас, и наших потомков от пренебрежения нежданными открытиями, научными сенсациями.

Прежде чем объявить их лжесенсациями, полезно вспомнить о фантастически-неожиданном рождении молекулярного генератора, подарке, который сделала XX веку такая древняя наука, как оптика.