Кванты и музы

На экране отчётливо видны интерференция воли, дифракция и другие эффекты классической оптики. Теперь этот прибор можно использовать не только в лаборатории исследователя, но и на школьных уроках физики для наглядной демонстрации волновых свойств электромагнитного излучения.

Конечно же, и лазерщики, и вообще физики приняли такой прибор с восторгом.

— Главное, — объясняет Ирисова, — стало возможным настраивать лазер по картинке на экране радиовизора. Как? У лазера существуют настроечные винты. Но раньше их крутили вслепую, не зная, что при этом происходит. Теперь всё изменилось.

Радиовизор сегодня выпускается нашей промышленностью, заказы на него идут из многих научно-исследовательских лабораторий. Иностранцы, посещающие Лабораторию колебаний, подолгу задерживаются в секторе Ирисовой. Кто бы мог подумать, что совсем недавно эту тему называли оторванной от жизни!

— А действительно, — думаю вслух, — чудо — не только сам прибор. Чудо — то, что сделан он в лаборатории, где этот прибор вовсе не планировался. Ведь никто не думал, что результат сработает на тематику. Как же удалось столько лет работать вроде бы «на сторону»?

Ирисову вопрос не удивляет.

— Так оно, в сущности, и происходило, — соглашается она. — Нашим исследованиям просто повезло. Нас поддержал Александр Михайлович Прохоров. Учёный крупного масштаба, он умеет заглядывать вперёд, считает, что в лаборатории должны быть поисковые темы, пусть не сразу дающие выход в практику. Он уважает мнение и интуицию сотрудников. Если человек верит в своё начинание, его надо поддержать, считает он. Толк будет. Даже тогда, когда мы сами отчаивались, Александр Михайлович говорил: когда берёшься за новое дело, не следует бояться мёртвой полосы. Пока соберёшься с мыслями, накопишь опыт, должно пройти время. Идея должна созреть. Никакой спешкой этот процесс не ускоришь. Время окупится.

И действительно, оправдалась уверенность Прохорова: разумно поставленное фундаментальное исследование всегда даёт важные результаты. Этого же мнения придерживаются многие учёные, в том числе и Таунс. Он пишет: «В большинстве случаев результаты бывают ощутимыми, если превыше всего ставится интерес к идее, а не к тем выгодам, которые можно из неё извлечь. Успех может быть неизмеримо большим, если поощрять то, что делается на основе стремления к знаниям и открытиям как таковым».

Что ж, конфликт между рационализмом и бескорыстным служением идее не нов ни для науки, ни для искусства. О качестве музыки не судят по кассовой выручке. Значение научного открытия не всегда пропорционально затраченной на работу сумме денег.

Фундаментальные исследования, однако, не только дань врождённой любознательности или её следствие. Это и расчёт на то, что они повысят уровень культуры, повлияют на производительность труда и в конечном счёте пополнят благосостояние общества, послужат развитию цивилизации. Не в этом ли особенность современного этапа развития науки, приметы научно-технической революции? Наука стала производительной силой.

ЛАЗЕРЫ И БУДУЩЕЕ

…Если подойти к ФИАНу со стороны улицы Вавилова, то рядом с корпусом прохоровской лаборатории увидишь здание-двойник. Это Лаборатория квантовой радиофизики, которой руководил директор института академик Басов.

Здесь тот же «бог» — лазер. И в этой лаборатории учёные, вооружённые лазером, во многих областях науки, техники, промышленности обогнали сегодняшний день.

Лаборатории Басова и Прохорова, несомненно, лидеры в квантовой радиофизике. Но, разумеется, они в нашей стране не единственные — лазерная тематика сегодня так активно внедрилась во все сферы теоретического поиска и практического использования его результатов, что рассказать о всех достижениях лазеров просто невозможно. Поэтому попытаемся отобрать из огромного многообразия лазерных тем те, которые решают кардинальные проблемы будущего, кризисные проблемы.

Главная забота современного человечества — поиски новых источников энергии.

Зажечь лазерным лучом земное солнце — неиссякаемый источник термоядерной энергии — эта мечта овладела учёными, когда лазер был ещё немощен и мало изучен. И когда поиск путей к управлению термоядерной реакцией шёл совсем по другому пути. Уже более четверти века передовые страны тратят большие средства на развитие исследований по магнитному удержанию термоядерной плазмы. Образцом для подражания служит Солнце, практически неисчерпаемый источник энергии. Физики XX века пришли к выводу, что энергия, заставляющая светить Солнце и другие звёзды, возникает в результате превращения водорода в гелий. Взрыв первой водородной бомбы, осуществлённый в 1952 году, подтвердил мощь этой реакции и возможность осуществления её на Земле. Оставалось, казалось бы, немногое: найти средний путь между мгновенным взрывом, происходящим в бомбе, и медленным, но огромным по масштабам и неподвластным человеку процессом, протекающим в недрах звёзд. Нужно было превратить термоядерный синтез в управляемую, контролируемую реакцию и использовать её для мира, а не для войны.

Рассмотрим вместе с учёными эту возможность.

Для того чтобы два ядра тяжёлого водорода дейтерия могли слиться друг с другом, образуя ядро гелия и высвобождая порцию энергии, они должны столкнуться между собой с огромными скоростями. Только при этом могут быть преодолены силы взаимного отталкивания одноимённых зарядов ядер. Силы, защищающие ядро от ему подобных, крепче лат средневековых рыцарей. Чтобы придать ядрам дейтерия нужную скорость, следует на греть их до температуры в несколько десятков миллионов градусов. Но одного этого недостаточно. Чтобы реакция успела развиться в устойчивый процесс, такую температуру нужно поддерживать достаточно долго. Ведь ядра невозможно точно направить одно на другое с тем, чтобы они обязательно столкнулись между собой. Столкновение — дело случая. И чтобы такие случаи реализовались в достаточном количестве, нужно на некоторое время удержать раскалённый газ в ограниченном объёме, несмотря на огромные скорости, заставляющие его рассеиваться в пространстве.

Попробуем на минуту представить себе, что происходит в глубине Солнца или солнцеподобного светила — механизм процесса при температуре в миллионы градусов. В таком пекле атомы не могут «выжить» и сохраниться в целом виде. Огромная температура разрывает их на части, отрывает электроны от ядер. Они движутся независимо и с большими скоростями. Но сила притяжения не даёт им разлететься, в недрах звёзд образуется особое состояние вещества — раскалённая, плотная плазма, удивительное состояние материи, больше всего напоминающее газ, а точнее ту плазму, которая существует внутри трубок газосветных реклам или возникает в лампах-вспышках, применяемых фотографами. Разница лишь в температурах и давлениях. Здесь, в земных условиях, это тысячи градусов и доли или единицы атмосфер. Там — миллионы. Здесь далеко не все атомы разрушены, не все ядра оголены, не все электроны освобождены. Там — все.

Различен и состав вещества. Здесь, в лампах, это инертные газы или их смесь. Там — преимущественно водород. Плазма, бурлящая в недрах звёзд, состоит главным образом из протонов — ядер водорода — с незначительной примесью ядер других лёгких элементов и, конечно, электронов.

Внутри звёзд протекают сложные ядерные реакции, в результате которых четыре протона объединяются между собой, образуя ядро атома гелия — альфа-частицу. При этом выделяется энергия, поддерживающая сияние звёзд.

В каждом таком акте слияния испускается малая порция энергии. Но размеры звёзд огромны, велика и энергия, выделяющаяся в течение миллиардов лет. На Земле невозможно воспроизвести точно условия, существующие в недрах звёзд. Нужно добиться слияния протонов более простым, доступным путём. Чтобы это был не взрыв, а безопасный управляемый процесс.

Получение горячей плазмы в земных условиях — цель и надежда всей будущей энергетики. Казалось бы, всё ясно: надо нагреть плазму и удержать её частицы от разлетания. Но как нагреть и как удержать?