Безумные идеи

И Рэмси решил убрать стенку тупика, не убирая стенки резонатора! Это не выдумка писателя, а результат глубокого физического анализа.

Беда была в том, что, ударяясь о стенку, атом отдает ей свою избыточную энергию и отражается от нее приемником радиоволн. Вот Рэмси и решил придать стенкам резонатора такие свойства, чтобы они не отбирали избыточную энергию у ударяющихся об них атомов водорода. В этом случае атомы блуждали бы внутри резонатора так долго, что могли бы высветить внутри него свою избыточную энергию.

Не безумная ли это идея – сделать так, чтобы стенка, оставаясь стенкой во всех смыслах этого слова, перестала быть стенкой с точки зрения взаимодействия с внутренней энергией атома?

Оказалось, что такие стенки можно создать. Для этого их следует покрыть каким-либо веществом, молекулы которого очень слабо взаимодействуют с атомами водорода. Долгие поиски показали, что такие вещества существуют, и лучшими из них оказались особые сорта парафина и замечательная пластмасса фторопласт, известная также под названием «тефлон». Атомы водорода могут десятки тысяч раз соударяться с поверхностью этих веществ, не передавая им свою внутреннюю энергию и не теряя способности излучить эту энергию в виде радиоволн.

Расчет показал, что время пребывания атома в резонаторе с защищенными стенками достаточно для того, чтобы атом излучил радиоволну до того, как он случайно не попадет в отверстие, через которое ранее вошел в резонатор, и не покинет его. Это определяет и размер отверстия; если оно слишком велико, атом покинет резонатор, не высветившись и унеся обратно свою избыточную энергию. Если же отверстие слишком мало, то атом и после высвечивания будет долго летать внутри резонатора в качестве приемника и может поглотить порцию энергии, уже излученной другими атомами или им самим. Слишком малое отверстие затрудняет и питание резонатора пучком активных атомов.

Так Рэмси сумел превратить стенки в своеобразные зеркала, отражавшие атомы водорода без изменения их внутренней энергии. Атомы летали в резонаторе три-четыре секунды и за это время излучали в нем свою энергию.

Но действительно ли это выход из тупика? Ведь атомы, хаотически блуждающие между стенками, это уже не пучок, а газ. А создать генератор радиоволн на газе – это именно то, что всегда считалось невозможным.

Действительно, невозможно создать генератор на обычном газе, в котором атомов-приемников больше, чем атомов-передатчиков. Но в резонаторе Рэмси был необычный газ. Этот газ состоял главным образом из атомов-передатчиков, влетавших в резонатор в виде атомного пучка. Лишь побыв в резонаторе несколько секунд, атом излучал в нем свою энергию и, превратившись в приемник, вскоре покидал его. Конечно, некоторая часть атомов, улетала, не успев излучить, но эти неизбежные потери были невелики.

Опыт подтвердил расчеты. Генератор заработал. Правда, мощность его была ничтожна – миллионная часть от миллионной доли ватта. Это было примерно в сто раз меньше, чем мощность молекулярного генератора на аммиаке, но зато стабильность частоты нового генератора была примерно в сто раз лучшей.

Теперь водородный генератор соревнуется с аммиачным за право быть новым эталоном частоты, новым эталоном единицы времени – секунды.

Без шума

Замечательные молекулярные приборы могут не только генерировать радиоволны, но и усиливать их. Действительно, если в объемный резонатор впускать несколько меньше активных молекул, чем это необходимо для возникновения генерации, то она и не возникнет. Тогда прибор способен работать как усилитель.

Если в такой усилитель, снабженный антенной, попадет извне слабая радиоволна той же частоты, что и излучаемая молекулами аммиака, она заставит их отдать ей свою энергию. Тем самым внешняя радиоволна, пополнившись за счет энергии молекул аммиака, усилится.

Вслушайтесь в работу обычного радиоприемника, когда он не принимает передачу радиостанции. Он как бы «дышит». Слышно дыхание электронных ламп. На этом фоне не очень-то легко разобрать слабую передачу далекой радиостанции.

В молекулярном усилителе ничто не шумит. Сосуд, в котором излучают молекулы, изолирован от внешнего мира, как радиостудия, откуда ведется передача. Не шумят и исполнители – молекулы аммиака. Поэтому такой прибор способен уловить очень слабую передачу.

Особенно большие перспективы открывает усилитель, использующий в качестве рабочего вещества не молекулы аммиака, не атомы водорода, а некоторые парамагнитные кристаллы. Это кристаллы, в которых содержатся ионы парамагнитных веществ, например ионы хрома. Такие ионы аналогичны маленьким магнитикам и стремятся установиться по направлению действующего магнитного поля. Такое положение соответствует для них минимуму энергии. Но часть ионов под влиянием теплового движения ориентирована в других направлениях и поэтому обладает избыточной энергией.