Кванты и музы

Таланов принадлежит к третьему поколению замечательной советской школы физиков, основанной академиками Мандельштамом и Папалекси. Эта школа прославила нашу страну крупнейшими открытиями в области нели нейной теории колебаний, радиофизики, оптики и многими другими. В третье поколение входят академики Гапонов, Гинзбург и создатели квантовой электроники академики Прохоров и Басов, начинавший свою научную работу под руководством Прохорова, но бывший первоначально учеником академика Тамма, сотрудника Мандельштама. Ко второму поколению этой школы относятся такие выдающиеся учёные, как академики Андронов и Леонтович.

Пусть читатель простит меня за этот экскурс в научную генеалогию. Она здесь совсем нелишняя. Ведь мало где преемственность поколений выступает так отчётливо, как в науке.

А теперь ненадолго перейдём к истории и упомянем о географии.

В годы первой пятилетки наш народ начал поход за большую науку. Расширялись старые научные центры, создавались новые. Один из них был заложен на Волге в старом промышленном городе Горьком. Школа Мандельштама послала туда крепкое ядро. В него вошли талантливые молодые физики Андронов, Горелик, Грехова и другие. Они поддержали и умножили традиции школы. И, в свою очередь, вырастили поколение учеников. К ним и относится Таланов.

Прежде чем заняться теорией самоканализирующихся световых пучков, Таланов успел внести существенный вклад в нелинейную теорию колебаний и в теорию распространения электромагнитных волн. Самоканализация электромагнитных волн — один из типичных примеров того, как нелинейности среды определяют наиболее существенные черты наблюдающихся в ней явлений. Здесь Таланов был во всеоружии. Его теория была построена для распространения интенсивного пучка электромагнитных волн в плазме. Но в ней полностью содержалась оценка и описание любой аналогичной ситуации. Она была словно специально создана, чтобы нарисовать основную картину явления — формирование волноводного канала в любой среде, где ка нал может поддерживаться действием самого поля. Это касалось и «нашего» случая — с лучом лазера.

Впоследствии Таланов углубил общую теорию этого явления, получил ряд новых важных результатов. Но о них позже. Теперь мы должны пересечь океан.

Одновременно с работой Таланова в журнале «Письма в Физические обозрения», печатающем только те статьи, которые и автор и редактор считают срочными, появилась статья Чао, Гармайр и Таунса «Самофокусировка луча оптического мазера». Американский физик Таунс, один из творцов квантовой электроники и мазера, не применяет слово «лазер», предпочитая ему сочетание «оптический мазер». Не наше дело обсуждать терминологические споры. Мне они кажутся лишёнными глубокого смысла. Ведь лазер и оптический мазер означают одно и то же.

Статья начиналась так: «Ниже мы рассмотрим условия, при которых электромагнитный луч создаёт себе диэлектрический волновод и распространяется не дифрагируя». Авторы не были знакомы с работой Аскарьяна, но позднее, узнав о ней, признали его приоритет. В отличие от Таланова, рассмотревшего в своей первой работе лишь движение электромагнитной волны в плоском канале, они рассчитали цилиндрический канал, возникающий в подавляющем большинстве опытов с лазерами. Их короткая статья содержит глубокое и ясное рассмотрение физической сущности двух процессов, способных вызвать самофокусировку и канализацию света, — электрострикции и керр-эффекта.

Таунсу и его сотрудникам удалось рассчитать, при какой мощности в данных условиях будет подавлена дифракционная расходимость луча и он окажется захваченным в канал. Правда, значение критической мощности было вычислено только при учёте электрострикции. Существенным ограничением явилось и то, что математические вычисления относились только к состоянию, при котором луч уже захвачен в канал. Как это произошло и возможен ли вообще процесс захвата — осталось за пределами математического рассмотрения.

Статья Таунса с сотрудниками стимулировала целый ряд исследований. Американец Келли, по-видимому, первым увидел процесс схлопывания первоначально параллельного пучка света и установил, на каком расстоянии после вхождения света в нелинейную среду происходит самофокусировка. Интересно, что, указывая на своих предшественников, Келли располагает их в таком порядке: Аскарьян, Таланов, Таунс с сотрудниками.

Келли получил свои главные результаты при помощи численных расчётов. Вскоре Таланов, а затем сотрудники Московского государственного университета Ахманов, Сухоруков и безвременно скончавшийся академик Хохлов опубликовали аналитическое решение той же задачи. Однако приближённые методы, которые пришлось применить для решения этой весьма сложной задачи, теряли силу вблизи точки схлопывания. Численное решение Келли тоже не говорило ничего о том, что же происходит с пучком вблизи точки схлопывания и за ней.