В поисках чуда (с илл.)

В 1948 году в лабораторию колебаний ФИАНа поступает новый сотрудник. Ему двадцать шесть. Он еще учится в Московском механическом институте, и для Александра Михайловича он долгие годы просто Коля (впрочем, самому Александру Михайловичу чуть больше 30). Минет каких-нибудь пять лет — и недавний студент, досрочно получив диплом, защитит кандидатскую диссертацию, выполненную под руководством доктора физико-математических наук А. М. Прохорова. Собственно, во всем этом нет ничего особенного; молодость наших научных кадров, сочетание учебы с работой, увлеченность, не оставляющая ни минуты для «блаженного ничегонеделанья», быстрое признание заслуг учеников учителями — вещи вполне ординарные в советских исследовательских учреждениях.

Ничего необычного для нас нет и в том, что Басов в свои 20 лет уже изведал горечь военных страданий. Выпускник фельдшерской школы, он вдоволь натерпелся всего, чем памятен фронт, наслушался артиллерийской канонады и стонов раненых, а приняв участие в демонтаже заводов, где германские концерны фабриковали смертоносные химикалии для гитлеровских душегубок, перенес тяжелое отравление, едва не стоившее ему жизни. Сколько ученых, сколько будущих Прохоровых не вернулось в свои лаборатории? Сколько будущих Басовых, еще не начав путь в науке, осталось навсегда лежать на полях сражений? А разбомбленные институты, сожженные библиотеки, муки оккупации, невзгоды эвакуации, мобилизация всех людских и материальных ресурсов для нужд обороны и затем на восстановление хозяйства, на ликвидацию чудовищной разрухи — имеют ли обо. всем этом отчетливое представление американские и канадские коллеги советских физиков, создавшие квантовый генератор, как принято писать, «одновременно и независимо»?

Не в тепличных условиях зрели многие замечательные идеи советской науки, в том числе идея лазера.

В военное время, начиная с 1942 года, советский ученый В. Л. Гинзбург, а вслед за ним и американец Ван-Флек опубликовали серию работ, где доказали, что сантиметровые волны должны ослабляться парами воды, в изобилии наполняющими атмосферу.

Полоса особенно сильного поглощения простирается примерно от одного до полутора сантиметров, и — надо же! — как раз в эти пределы попадали сигналы боевых радаров. Пришлось срочно выискивать иные диапазоны — такие «окна», где невидимый электромагнитный щуп не гасился бы столь заметно.

Если в радиоспектроскопе аммиак или иной газ поглощает волны определенной длины, то он, видимо, может их же генерировать, испуская столь же согласованным потоком, даже направленным пучком, размышляли Прохоров и Басов. Если луч радиолокатора застревает в облаках, как бы впитывается ими, то почему бы водяным парам при некоторых условиях самим не стать источником такого же луча? Нельзя ли превратить скопище молекул из радиоприемника в радиопередатчик?

Уже говорилось: в радиоспектроскопе энергия высокочастотного поля идет на возбуждение атомов и молекул. С квантовомеханической точки зрения возбуждение частицы выглядит как ее переход в новое качество, как прыжок (воображаемый, конечно) с одного разрешенного уровня на другой, более высокий.

Такое «антраша» вызывается строго отмеренной дозой электромагнитного излучения, соответствующей расстоянию между уровнями.

«Совершенно ясно, что, если все атомы в возбужденном состоянии, такая система будет усиливать излучение, — говорил А. М. Прохоров в нобелевском докладе. — Некоторые ученые понимали это еще до 1940 года, однако никто не указал, что можно создать генераторы света… Нужны были определенные предпосылки. Они появились после второй мировой войны, когда начала бурно развиваться радиоспектроскопия».

Накал перед вспышкой

Да, квантовый генератор как прибор уходит своими истоками в радиоспектроскопию и отчасти в радиолокацию. А некоторые его принципы были известны теоретикам даже раньше — задолго до войны.

Возбужденный атом способен разрешиться от «бремени», от переполняющей его энергии двояко: либо добровольно, спонтанно, либо по принуждению — когда проносящийся мимо квант невежливо задевает частицу и пробуждает ее от оцепенения. Во втором случае речь идет об индуцированном (наведенном) излучении. Оно существенно отличается от самопроизвольного тем, что распространяется не куда угодно, а лишь в том направлении, которое задано внешним импульсом. В результате к кванту, наскочившему на атом, добавляется попутчик, устремляющийся в ту же сторону и имеющий ту же частоту: оба спутника, как говорят специалисты, когерентны. А ведь эта их характеристика была известна Дираку еще в 1927 году! Само же явление Эйнштейн предсказал в 1918 году.

Над заманчивой возможностью использовать «навязанную» радиацию размышляли и другие ученые.