Проклятые вопросы

Логика науки держала физиков в жёстких рамках. Именно поэтому обе группы шли столь схожими путями, как если бы они постоянно обменивались мыслями, обсуждали планы, достижения и неудачи. Может ли быть более убедительный пример единства научного процесса!

Басов, Прохоров и Таунс много потрудились над исследованием и усовершенствованием молекулярного генератора. Но это был лишь первый шаг в новом направлении. Узенькая тропинка в неведомое быстро расширялась, переходя в широкую дорогу, от которой ответвлялось всё больше новых путей. И по-прежнему перед первопроходцами возникали острые камни и пропасти, а за ними оставалась гладкая дорога. И если оглянуться далеко назад, видно, как там, вдали, она уже покрыта асфальтом и по ней мчатся машины, а вдоль тротуаров счастливые родители катят в колясках своих малышей.

Изберём же ту из дорог, которая приведёт к лазеру.

МОЛНИЯ

В середине сентября 1959 года вблизи Нью-Йорка, в тихом местечке Хай Вью, собралась разноязычная компания учёных. Это были участники первой международной конференции по квантовой электронике. По сравнению с масштабами других международных конференций, учёных было так мало, что организаторы смогли поместить в томе трудов конференции список всех её участников. Здесь наряду с Басовым, Прохоровым и Таунсом можно найти имена многих знаменитых современных физиков.

Конференция как в зеркале отразила основные направления оптической науки. Большинство докладов и кулуарных бесед касались молекулярных генераторов, атомных часов, парамагнитных усилителей. Речь шла об их исследованиях и применениях. Это было естественно. Но главным в конференции было не это. Здесь прозвучали фанфары, возвещавшие вторжение радиофизиков в исконную вотчину оптиков. Ещё в 1958 году Таунс вместе с А. Шавловым указали этот путь. В свою очередь Прохоров напомнил, что оптический эталон, носящий имена Ш. Фабри и А. Перо, является по существу резонатором для оптических волн.

Басов и Прохоров предложили добиваться инверсии состояний — превосходства высших состояний (по энергии) над низшими путём накачки. Так они назвали воздействие электромагнитных волн на частицы вещества.

После конференции многие лаборатории взялись за новую тематику. Радиофизики подходили к оптическим задачам со своих позиций. Результаты появились быстро.

В начале I960 года в лондонском журнале «Природа» было напечатано коротенькое сообщение американца Т. Меймана о том, что он создал принципиально новый генератор световых волн.

В лабораторию к Мейману началось паломничество. Там стоял небольшой, ничем с виду не примечательный прибор. Но посетители не сводили глаз с ящика, на верхней крышке которого лежал металлический цилиндр размером с литровую консервную банку. В середине его торца виднелось небольшое отверстие.

После кратких пояснений Мейман нажимал кнопку, вмонтированную в корпус прибора. В середине листа, прикреплённого к стене лаборатории, на мгновение ослепительно вспыхивало небольшое ярко-красное пятно!

Но те, кто смотрел не на стену, а на прибор, видели, как из отверстия в его торце вылетал луч толщиной не больше карандаша. Почти не расширяясь, луч упирался в стену, оканчиваясь ослепительным круглым пятнышком. В комнате было совсем светло, но красный луч выглядел примерно так же, как луч солнца, проходящий в затемнённую комнату через отверстия шторы.

После нескольких вспышек металлический цилиндр обычно открывали. Но в нём не было ничего необычного. Разве лишь два тривиальных предмета. Спиральная лампа вспышка, похожая на те, которыми пользуются фотографы, и бледно-розовый прозрачный стерженёк длиной и диаметром с обычную сигарету. Концы его блестели как зеркало. Они действительно были покрыты зеркальным слоем серебра и образовывали оптический резонатор.

Мейман рассказывал коллегам, что стерженёк сделан из искусственного рубина. Такой же рубин, но ещё более светлый, применяется в мазерах для усиления радиоволн. Лампа-вспышка осуществляет оптическую накачку кристалла.

В поглощении света участвует не весь материал, образующий кристалл, а только ионы хрома, которых здесь лишь доли процента. Свойства рубина подробно изучены при разработке мазеров. Облучая его радиоволной, можно заставить ионы хрома усиливать радиоволны.

Мейман первый догадался, что, облучая рубин светом лампы-вспышки, можно заставить его усиливать свет. Опыт работы с мазерами и статья Таунса (а может быть, он читал статьи Прохорова и Басова) говорили о том, что, применив обратную связь, можно превратить усилитель в генератор — генератор света, действующий совершенно так же, как обычный радиопередатчик. Какой резонатор можно применить при работе со светом, тоже было известно — пару параллельных зеркал. Проще всего отполировать торцы рубинового стержня и прямо на них нанести зеркальный слой серебра.