Страница 60 из 64
Кто не видел девушек-геодезистов, переносящих тяжелые треноги своих нивелиров. Недалек тот день, когда портативные ОКГ облегчат и ускорят эту трудную работу не только в романтических экспедициях, но и в буднях бесчисленных строительных площадок. Луч ОКГ поможет железнодорожникам «по ниточке» ровнять железнодорожные рельсы, строителям — возводить стены зданий — словом, он поможет всюду, где нужна точность.
Предельная точность нужна метрологам, людям, посвятившим свою жизнь измерениям. Они стремятся по возможности заменить случайные, сложившиеся исторически системы измерения и рукодельные образцовые меры и эталоны научными системами мер и природными эталонами. Метр заменил фут и аршин. Метровые линейки, хранящиеся в Севре под Парижем и в палатах мер всех промышленных стран, заменили спектральные линии.
Сейчас значение метра выражено через длину волны спектральной линии одного из изотопов криптона с погрешностью, не превышающей одну миллионную. Оптический квантовый генератор на смеси гелия и неона с автоматической подстройкой резонатора способен уменьшить ошибку еще в десятки тысяч раз.
Но еще меньше будет погрешность после подробного изучения нового оптического генератора, созданного в ФИАНе.
Этот генератор работает с удивительным резонатором. Одно из его зеркал заменено рассеивающей матовой поверхностью. Такой резонатор почти не влияет на частоту генерации. Она определяется практически только самим активным веществом. Такой генератор может стать еще более точным эталоном длины.
Тысячу лет служит человеку компас. Но иногда он подводит. То точность мала, то нужны кропотливые работы по устранению девиации — мешающего действия больших масс железа на судах и самолетах. А в высоких широтах магнитный компас совсем выходит из строя. Попав слишком далеко на север или юг, он даже не чувствует, где же находится полюс. Здесь выручает гирокомпас или радионавигация. Но и они не свободны от ошибок. Хуже всего, что ошибка гирокомпаса все более увеличивается со временем. Самолету, который быстро прилетает к цели, это не страшно. Иное дело для морских тихоходов.
ОКГ и здесь не остаются в стороне. Правда, не обычные, а так называемые кольцевые. Впрочем, слово «кольцевые» здесь тоже от лабораторного жаргона. Может ли ревнитель языка согласиться с тем, чтобы кольцом называли треугольник или квадрат? А кольцевой ОКГ Прохорова имеет форму правильного треугольника. Другие ученые предпочитают делать «кольцо» квадратным. Впрочем, большинство инженеров теперь поддерживают прохоровский вариант.
Итак, кольцевой генератор образован тремя зеркалами, укрепленными на жесткой раме так, что каждое из них образует угол 120 градусов с другими. Если поместить между этими зеркалами трубку со смесью гелия и неона и пропустить через нее сильный электрический разряд, то под его воздействием молекулы начнут излучать свет. Только в отличие от обычного, ставшего классическим лазера на рубине, в котором световые волны бегают взад и вперед между параллельными зеркалами, здесь они будут бежать по замкнутому треугольнику, последовательно отражаясь от трех зеркал и вновь и вновь проходя свой путь. Так тоже осуществляется обратная связь, необходимая для поддержания генерации. Ведь волна многократно пробегает один и тот же путь, связывая при этом между собой все молекулы газа, лежащие на ее дороге.
В обычном ОКГ две волны: та, которая первоначально побежала налево, и та, которая в это время побежала направо, объединяются в стоячую волну. В кольцевом ОКГ также объединяется волна, бегущая по часовой стрелке, с волной, движущейся в противоположном направлении. Частоты колебаний в волнах, бегущих в противоположных направлениях, строго одинаковы.
Положим теперь кольцевой ОКГ на вращающуюся платформу так, чтобы ее ось проходила через середину треугольника. При этом обнаружится, что частоты колебаний в обеих бегущих волнах перестанут быть равными. Причем разность частот окажется пропорциональной скорости вращения всей системы.
Именно это и имели в виду ученые. По измерению разности частот они могут очень точно измерять медленные вращения. Если кольцевой ОКГ поместить на корабль, то всякий поворот корабля приведет к появлению разности частот двух световых волн, бегущих внутри ОКГ. Так ОКГ позволяет измерять скорость поворота корабля. Объединив такой оптический измеритель с точными часами, отмечающими время поворота, можно автоматически определить угол, на который повернулся корабль, а именно это и делает компас.
Я предвижу два вопроса. Первый — как оптический гироскоп определяет направление поворота? Ведь он не может отличить поворот направо от поворота налево. Совершенно верно, простой кольцевой ОКГ не может этого сделать. Но если добиться того, чтобы частоты левой и правой волн с самого начала немного различались, то при повороте в одну сторону эта разность возрастет, а при обратном повороте она уменьшится. Добиться необходимого первоначального различия можно многими путями. Пожалуй, проще всего этого можно достичь, поместив на пути лучей кольцевого ОКГ кусок вещества, в котором при прохождении слева направо и справа налево укладывается различное число длин волн.
Такие свойства приобретают некоторые стекла и кристаллы под действием магнитного поля. Это же наблюдается в текущих жидкостях, которые, как заметил еще в 1857 году Физо, увлекают своим течением свет.
Второй законный вопрос состоит в следующем. Не обнаружит ли вращения и обычный ОКГ, если поместить его на ту же платформу, на которой лежит наш кольцевой ОКГ? Расчет показывает, что вращение действует и на обычный ОКГ, но это действие так мало, что обнаружить его практически невозможно. Ученые убедились, что вращение сказывается здесь не непосредственно, а через линейную скорость. И результат получается замысловатый, он зависит от квадрата отношения скорости движения ОКГ к скорости света. А в обычных условиях это величины, перед которыми стоят пятнадцать-восемнадцать нулей! Конечно, никто не станет в таком случае связываться с обычным лазером, если уже создан кольцевой.
Кто не слышал о термояде? Получение управляемых термоядерных реакций обещает навсегда избавить человечество от топливного голода, поможет решить такие злокозненные задачи, как управление погодой и даже климатом. Впрочем, об этом написано множество книг. Естественно, что ученые сразу задумались над применением ОКГ для разогрева плазмы. Мы уже знаем, об этом не раз писалось, что точные измерения Прохорова, Мандельштама и их сотрудников показали, что пока удается достичь лишь полумиллиона градусов. Но еще не все резервы пущены в ход. Конечно, до вожделенных двадцати миллионов градусов предстоит еще нелегкий путь. Ученые, несомненно, пройдут его с честью, и мы еще услышим об их победе. Эта возможность использования лазеров очень важна, но мне, честно говоря, не терпится перейти к одной области, которая меня просто поразила. Впрочем, она поражает и видавших виды физиков. Я говорю о голографии.
ЗАМОРОЖЕННЫЙ СВЕТ
Появление ОКГ позволило в полной мере реализовать возможности замечательного изобретения Д. Габора, которое он назвал голографией. Голограмма в буквальном переводе означает «подлинная запись», что чрезвычайно точно определяет суть изобретения. Голограмма сохраняет несравненно большую информацию о фотографируемом объекте, чем обычная фотография, даже чем ее стереоскопический вариант. При помощи голограммы можно видеть объемное изображение- предметов. Более того, если взгляд переходит от близких предметов, зафиксированных на голограмме, к удаленным, приходится менять аккомодацию глаз точно так же, как при рассмотрении самой натуры. Но и этого мало! Перемещая голову перед голограммой, можно осматривать предметы под различными углами и, таким образом, видеть удаленные предметы, скрытые за впереди лежащими.
Несмотря на то, что изобретению Габора скоро исполнится 20 лет, оно до последнего времени не имело широкого применения. Причиной было отсутствие достаточно ярких источников света, и не просто ярких, но таких, в которых молекулы излучают свет не вразброд, а все сразу, как по команде. Появление ОКГ, в которых световые волны рождаются строго в фазе и с очень точной частотой, привело к рождению голографии.