Страница 31 из 77
Создание лазеров позволило по-новому взглянуть на пути и возможности практического применения когерентного излучения свободных электронов. Появились приборы, сущность которых отражена в самом названии: лазеры на свободных электронах.
Первоначально такое сочетание казалось бессмысленным, ибо излучение лазеров представлялось возникающим только при переходах электронов внутри атома, молекулы или иона. Правда, затем появились полупроводниковые лазеры и лазеры на вынужденном комбинационном рассеянии, но и в этих случаях излучение возникало в результате перехода электронов с изменением их доли энергии во внутренней энергии вещества.
Конечно, различные электронные лампы позволяют применять для получения электромагнитных волн потоки свободных электронов. Но это относится к совершенно другой области науки и техники.
Лазеры на свободных электронах — действительно лазеры.
Их основой является взаимодействие релятивистских электронов с внешними магнитными полями. Релятивистских — значит движущихся со скоростями, близкими к скорости света в пустоте. Получение пучков таких электронов стало технически достижимо только после создания современных ускорителей.
Основное отличие лазеров от остальных источников излучения — когерентность, то есть жесткая согласованность процессов испускания фотонов в различных областях пространства. Возможность таких процессов, обусловленная взаимодействием отдельных актов испускания через электромагнитное поле, порождаемое ими, была показана еще в 1927 году одним из творцов квантовой физика Шредингером. Он поставил вопрос о том, возможен ли вынужденный эффект Комптона, и пришел к выводу о том, что он возможен. В то время никто не усмотрел путей практического применения такого процесса. Теперь всем ясно, что модель, рассмотренная Шредингером, совпадает со схемой Комптон-лазера, как называют один из вариантов лазера на свободных электронах.
Долгое время оставалась незамеченной опубликованная в 1933 году совместная работа двух гигантов современной науки П. Дирака и П. А. Капицы. Они рассмотрели процесс вынужденного рассеяния при взаимодействии электронов со стоячей электромагнитной волной. Этот процесс приводит к генерации когерентных электромагнитных волн в некоторых типах электронных ламп, а также в созданном Капицей оригинальном мощном генераторе-нигатроне.
Все реализованные лазеры на свободных электронах так или иначе опираются на пионерские работы В. Л. Гинзбурга, начатые им в 1947 году. Основные усилия в этой области направлены на увеличение мощности излучения и укорочение длины волны.
Излучение Вавилова — Черенкова в диапазоне рентгеновских волн было получено группой Э. И. Денисова Я 1981 году при помощи линейного ускорителя электронов ЛУЭ-2 в Харьковском физико-техническом институте./ Теоретические оценки показывают, что существуют условия, при которых это излучение может быть получено даже в диапазоне гамма-волн.
Эффект Вавилова — Черенкова порождает новые идеи и разнообразные приборы и устройства, ускоряющие дальнейший прогресс человечества.
…В прошлом веке в Швеции жил очень богатый предприниматель и инженер Альфред Нобель, тот самый, который изобрел динамит. В своем завещании Нобель распорядился употребить свое огромное состояние на присуждение премий ученым, сделавшим важные научные открытия. С тех пор Шведская академия наук ежегодно присуждает Нобелевские премии за наиболее интересные и важные научные работы. Такую премию когда-то получили всем известные ученые Рентген, Эйнштейн, Фредерик Жолио-Кюри; русские ученые Павлов, Мечников. В 1958 году за открытие и толкование эффекта Черенкова — Вавилова И. Е. Тамм, И. М. Франк и П. А. Черенков были награждены этой премией. С. И. Вавилова не было в их числе, ибо Нобелевские премии не присуждаются посмертно.
ГЛАВА 4
СТРАННЫЙ АТТРАКТОР
Если смотреть прямо, виден лишь хаос. Но за ним просматривается закон.
В. Шекспир
От хаоса к порядку
Порядок и хаос. Среди понятий, выработанных человечеством, нет, пожалуй, двух более противоположных, более фундаментальных, изначальных. Каждому ясно содержание этим слов, вряд ли нужно объяснять, что есть порядок, а что — хаос. Скорее, наоборот. Ссылаясь на них, можно объяснить значение и содержание других понятий. Например, что такой закон? В общественной жизни это правила поведения. Соблюдение их помогает поддерживать порядок во взаимоотношениях между людьми. Это может быть закон, зафиксированный в своде законов, или обычай, освященный вековым опытом. Нарушение закона или обычая ведет к хаосу.
В науке закон — это словесное математическое описание процесса или явления. Закон — описанный порядок. Он поясняет, какое следствие можно ожидать после определенной причины. Если некое бытие по непонятной причине ведет не к одному определенному, а к одному из двух или нескольких следствий, мы склонны видеть здесь отсутствие порядка, неполный порядок, шаг к хаосу. Такая ситуация сигнализирует: наши знания не полны, не выявлены некие, еще скрытые, причины, нарушающие порядок.
Человек в глубокой древности уяснил себе, что есть порядок, а что хаос. Брошенный камень всегда падает на землю. Таков порядок. Чем сильнее бросок, тем дальше летит камень. Таков порядок. Но не существует порядка в том, где и когда появится дичь. За ночью всегда следует день, а за днем — ночь. Но никто не знает, когда пойдет дождь. Впрочем, опытный охотник знает место и время более добычливой охоты и каждому ясно, что осенью дожди идут чаще, чем летом. Значит, и здесь скрыты какие-то менее жесткие закономерности. Незрелый и слабый разум первобытного человека, конечно, не мог разобраться в цепи причин и следствий, и он относил все это за счет высших сил.
В темной глубине веков, едва возвысившись над остальными животными, люди сами ввели в свою среду первые элементы порядка. Это проявилось в расслоении людей по признакам, не имевшим почти ничего общего с естественным различием родителей и детей. Жизненная необходимость показала, что охота становится более добычливой, если среди охотников выделяется вожак, предводитель, превосходящий других слухом и зрением, опытом и сноровкой. Защита от врагов, захват и оборона добычливых угодий удавались лучше, если кто-либо координировал общие действия. Впрочем, вожаки выделяются и среди стадных животных, и среди хищников, охотящихся стаями.
Но наряду с вождями, выделявшимися мудрость, опытом и сноровкой, с военачальниками, отличавшимися силой, бесстрашием и умением владеть дубиной и копьем, обособились те, кто хитростью и лукавством поставил себя между людьми и богами. Провозгласив свою исключительность, они объявили себя слугами богов, требуя чтобы остальные заботились о них. И, достигнув этой цели, употребили свободное время на то, чтобы укрепить и расширить свое привилегированное положение, свою власть над людьми. Они наблюдали и запоминали увиденное, чтобы поражать соплеменников своими знаниями тщательно охраняя их источники.
Потребность в сохранении и охране знаний и наличие свободного времени делают весьма вероятным, что письменность изобрели именно жрецы. Недаром во времена, отделенные от нас всего тысячами лет, разглашение тайн жреческого сословия каралось у некоторых народов смертью.
Проходят века… Человек учится замечать признаки порядка и там, где раньше ему виделся только хаос. Например, разлив Нила следует за первым появлением звезды, которую мы теперь знаем под названием Сириус. Приглядываясь к звездам, человек замечает, что на небе на фоне общего порядка, на фоне согласованного движения бесчисленного множества звезд имеются и нарушители порядка. Некоторые из них — правда медленно, медленно, но неуклонно — перемещаются относительно других. Две из них ненадолго появляются то утром, то вечером — перед утренней зарей или после вечерней. Еще три медленно перемещаются между остальными звездами, иногда останавливаясь и описывая петли.