Кванты и музы

Действительно, из более точных уравнений следовало, что при очень больших мощностях пучки становятся неустойчивыми и стремятся распасться на отдельные нити. Казалось, все хорошо, но… что же всё-таки происходило с пучками там, вблизи точек схлопывания?

Луговой не мог удовлетвориться общепринятым, основанным на опыте представлении о том, что там безусловно возникает узкий канал. Его не удовлетворяло это «безусловно», этот постулат, который нужно было принять на веру, как постулат о параллельности в геометрии Евклида.

Свыше двух тысячелетий на этом постулате строилась геометрия, а затем и физика. До тех пор, пока не нашлись люди, отказавшиеся принимать его на веру. Что будет, если не принимать этот постулат, спросили они себя. Можно ли обойтись без него? Невозможно, ответила строгая математика. А они попробовали — Лобачевский и Риман. И создали две новые геометрии. Две неевклидовы геометрии. Они работали независимо и, конечно, случайно избрали различные из двух существующих возможностей — параллельные линии в бесконечности сходятся и параллельные линии в бесконечности расходятся. Оба варианта столь же правомочны, как постулат Евклида.

Теперь неевклидова геометрия — полноправный отдел математики и надежный инструмент физики. Вселенная, изучаемая в огромных масштабах, не может быть описана при помощи только евклидовой геометрии. Вблизи больших масс отклонения от неё заметны и при сравнительно малых расстояниях. Это установил создатель теории относительности Эйнштейн, а затем подтвердил опыт.

Но если даже чисто геометрический постулат может оказаться лишь частным случаем более общего явления, то как можно примириться с постулатом в физической теории!

И Луговой сообщает о своих сомнениях тому же семинару, перед которым за пять лет до этого Аскарьян выдвинул идею самофокусировки и самоканализации света. Он обращает внимание на то, что приближённые аналитичес кие методы, основанные на предположении о неизменной форме пучка, не могут дать правильной картины за точкой схлопывания. Он показал, что при распространении интенсивного светового пучка в нелинейной среде его форма существенно изменяется.

Статья Лугового, содержащая эти соображения и результаты, появилась в журнале «Доклады Академии наук СССР» в 1967 году. Но во всех экспериментальных работах, продолжавших появляться до следующего года, сообщалось о том, что за точкой схлопывания пучка наблюдается волноводное распространение света в виде очень тонких ярких нитей.

Только Прохоров поддержал своего молодого сотрудника. Он сам включился в эти исследования и привлёк к ним Дышко, специалистку по вычислительной математике. Раз приближённые аналитические методы оказались непригодными, пришлось призвать на помощь электронную вычислительную машину. Предстояла сложная трудоёмкая работа.

Решили отказаться от каких-либо предвзятых предположений о судьбе пучка за точкой схлопывания. Машине были предложены уравнения, описывающие наиболее простую задачу: на плоскую границу вещества, о котором известно, что в нём наблюдается квадратичный эффект Керра, падает пучок света. Машина должна была определить, что будет происходить с ним по мере продвижения в глубь вещества.

Легко представить волнение, с которым исследователи ожидали результат, зреющий в электронных недрах вычислительной машины БЭСМ-6.

Проработав положенное время, машина сообщила: при этих условиях волноводного режима нет. За точкой схлопывания образуется некоторое число фокусов — областей с очень высокой концентрацией энергии и чрезвычайно малыми размерами.

Ответ не только в корне расходился со всеми варианта ми существующих теорий, но и противоречил всем известным экспериментальным данным.

Было от чего прийти в уныние. Ведь учёные надеялись получить строгую и надёжную картину перехода от постепенной самофокусировки через точку схлопывания к тонкой нити. Но ошибки не было. Уравнения верны, и машина сработала правильно.

Тогда они предложили машине вторую задачу, точнее соответствующую условиям большинства опытов. Перед попаданием в нелинейную среду пучок света предварительно проходил собирающую линзу. Машина решила и эти уравнения. Ответ был тем же. Никакой нити. Цепочка отдельных фокусов.

В чём же дело? Может, постановка задачи в чем-то не соответствует реальности? Возможно, цепочка фокусов — результат того, что из всего многообразия явлений при расчёте учитывался только эффект Керра? Вполне вероятно и такое предположение — возникновение тонких нитей вызвано не эффектом Керра, а каким-то другим процессом…

Уравнения были усложнены. Теперь они отражали и действие вынужденного комбинационного рассеяния. Явления хорошо изученного, проявляющегося особенно сильно при больших интенсивностях света и известного как одна из причин самофокусировки.

Снова часы ожидания перед машиной. И новый ответ. Многофокусная структура должна существовать! Учёт вынужденного комбинационного рассеяния приводит только к изменению численных величин. Узкого канала не возникает и в этом случае.

Казалось, оставался единственный путь. Перебирать один за другим все эффекты, способные привести к формированию тонких каналов. Записывать всё новые, вероятно, всё более сложные уравнения. И уповать на мощь БЭСМ-6. Возможно, тогда наконец будет обнаружен эффект, ответственный за волноводное распространение света, за образо вание тонких ярко светящихся нитей.

Нужна вера и интуиция для того, чтобы избрать другой путь. Отвергнуть очевидность многочисленных опытов. Отказаться от обаяния общепризнанных теорий. Сойти с проторенной тропы.

Прохоров и Луговой решили по-новому взглянуть на ответы машины. Не как на ошибку. Не как на результат неверного выбора исходных физических данных. А как на правильный вывод, соответствующий слишком упрощённо сформулированной задаче.

Упрощение действительно имело место. Гигантский импульс лазера длится мгновение, точнее — десятки наносекунд, проще — сотые доли от миллионной доли секунды. А они предлагали задачи, в которых пучки света действуют непрерывно с постоянной мощностью. И в зависимости от этой мощности получали различные расстояния от множества фокусов.

Вот где причина! Во время гигантской вспышки лазера мощность света меняется от нуля до огромной величины. Расстояния до фокусов не могут при этом быть постоянными. Они должны изменяться вместе с увеличением мощности. Фокусы должны перемещаться.

Бегущие фокусы? Да, бегущие фокусы. Вот где разгадка тайны. Может быть, они бегут так быстро, что и для глаза, и для приборов сливаются в непрерывную яркую нить?

Новые сложные расчёты подтвердили догадку. Да, конечно, фокусы движутся. При условиях, характерных для большинства экспериментов, выполненных в различных лабораториях, фокусы летят со скоростью, близкой к миллиарду сантиметров в секунду. Скорость, всего в тридцать раз меньшая, чем скорость света!

Не мудрено, что траектория их движения выглядит как яркая светящаяся нить.

Теперь слово опять должно быть предоставлено эксперименту, поставленному в полном соответствии с условиями, для которых Прохорову и его сотрудникам удалось сформулировать задачу и выполнить соответствующие расчёты.

Первое сообщение о том, что наблюдаемые сбоку тонкие световые нити представляют собой след движущихся фокусов, явилось плодом совместной работы сотрудника Прохорова Коробкина и американского физика Аллока. Работа была выполнена в США, где Коробкин работал в течение нескольких месяцев. Затем Лой и Шен сообщили, что в результате самых тщательных исследований, выполненных в соответствии с условиями теории Прохорова и его сотрудников, они не обнаружили волноводного распространения света, но наблюдали движущиеся фокусы.

Наконец, Прохоров с возвратившимся домой Коробкиным, Серовым и Щелевым не только наблюдали движущиеся фокусы, но и измерили их скорость. Она хорошо совпадала с предсказаниями теории.

Казалось, достаточно. Но Прохоров и Луговой не прекратили работы. Вместе с Абрамовым они доказали, что не только гигантские, но и в тысячу раз более короткие импульсы, те, которые принято называть сверхкороткими, тоже образуют движущиеся фокусы.