Безумные идеи

И вот он студент при кафедре теоретической физики; оканчивает Инженерно-физический институт на год раньше срока, выполнив дипломную работу, половину которой составил эксперимент. Здесь впервые сказался его научный почерк: теоретик по образованию и по склонности, Басов — тонкий знаток и любитель экспериментальной работы. Впоследствии друзья шутили: «Фельдшер медицины и доктор физики».

Первый этап совместной работы молодых ученых не дал науке много нового. Они пришли к выводу, что из синхротрона не сделаешь хорошей радиолампы.

Выбор правильного направления — основное и в походе, и в политике, и в науке. Наиболее обещающие пути в науке лежат на границах различных областей, на стыках новых рубежей техники. Одно из таких направлений — радиоспектроскопия, наука, развившаяся в послевоенные годы. Она позволяет изучать молекулы и атомы на основе их способности поглощать радиоволны. Это была та область работы, к которой наши друзья были подготовлены лучше всего. Прохоров, радиофизик по образованию, основательно проварился в «котле» Физического института Академии наук СССР, в котором непрерывно клокотали дискуссии по вопросам теории элементарных частиц, атомного ядра и космических лучей. Басов же, теоретик по образованию, полностью овладел техникой сантиметровых волн и обращался с волноводами и резонаторами так же свободно, как радиолюбитель с детекторным приемником.

Итак, они взялись за радиоспектроскопию. Начали просвечивать различные газы радиоволнами. Изучая поглощение волн, расшифровывали строение и свойства молекул. Они рассказывают:

— Это увлекательная, но кропотливая работа. Ее можно сравнить с разгадкой хорошего кроссворда. Трудно сказать, что сложнее в этой работе: расчеты или опыт. Вначале не знаешь, как подступиться, а потом не можешь оторваться.

Итак, ученые выясняли способность атомов и молекул поглощать.

И вот тут-то, сами того не подозревая, они встретились с дьяволом Максвелла.

Все началось с того, что специалисты, занимающиеся созданием радиолокаторов, столкнулись с загадочным обстоятельством.

Пучок радиоволн длиною в 1,3 сантиметра, посланный радиолокатором в поисках цели, растворялся в пространстве. Казалось, что кто-то невидимый ставил на пути лучей ловушку и большая часть радиоволн захлопывалась в ней.

Причина этого явления была неясна. Было лишь очевидно, что из-за сильного поглощения применять радиоволны длиною около 1,3 сантиметра для радиолокации невозможно.

Странное явление очень заинтересовало ученых. Начались поиски разгадки.

Пропуская радиоволны через разреженные газы, ученые убедились в том, что многие газы сильно поглощают короткие радиоволны. Но не все. Азот и кислород, например, пропускают без изменения радиоволны длиною в 1,3 сантиметра, а водяные пары поглощают их. Различные газы поглощают не все проходящие через них радиоволны, а лишь те, которые имеют определенную длину. Остальные они пропускают, не задерживая.

Создалось впечатление, что молекулы как-то настроены на эти волны и поэтому поглощают только их. Этим свойством молекулы очень напоминают радиоприемники. Ведь радиоприемники, как мы знаем, обладают способностью отделять сигналы одной радиостанции от сигналов остальных. И молекулы, подобно радиоприемникам, принимают лишь те волны, на которые они настроены.

Это было то самое явление поглощения газами радиоволн определенной длины, которое и толкнуло ученых на мысль использовать радиоволны для анализа различных смесей.

В этой работе приняли участие Басов и Прохоров. И вот тут-то у них и возникла мысль: если молекулы способны поглощать радиоволны, значит они могут и излучать их?

Если за счет радиоволн они пополняют свой запас энергии, значит они могут и отдавать ее опять-таки в виде радиоволн?

Долгое время эта задача казалась неразрешимой.

Не было известно даже путей, по которым можно было бы надеяться подойти к этой цели. Это и увлекло Басова и Прохорова.

В 1945 году голландский астрофизик Ван де Холст высказал предположение, что атомы водорода, находящиеся в межзвездном пространстве, излучают радиоволны длиной около 21 сантиметра. Это не было домыслом, догадкой. Так показали ему строгие математические расчеты.

Путем математического же анализа была получена еще одна, совершенно парадоксальная цифра, касающаяся характера этого излучения. Советский ученый И.С. Шкловский вычислил, что каждый атом межзвездного водорода, летая в свободном пространстве, может излучить радиоволну всего один раз за 10 миллионов лет!

Не будем вспоминать обо всех возражениях и спорах, которыми были встречены прогнозы о космическом излучении водорода. Скажем о главном. Было ясно, что энергия, излучаемая отдельным атомом, очень мала. Казалось, нет никакой возможности уловить ее. Нет даже столь чувствительных радиоприемников. Но положение спасли размеры нашей Галактики. Они столь велики, что излучение от отдельных атомов, находящихся, если можно так выразиться, на луче зрения, складывается в весьма заметную величину. Вот это-то суммарное излучение и удалось зафиксировать современными чувствительными приборами.

Так прогнозы Холста блестяще подтвердились. Радиоволны длиной в 21 сантиметр теперь систематически принимаются радиоастрономами из глубин вселенной.

Открытие излучения межзвездного водорода было большой научной сенсацией. И читавшему лекции по физике Прохорову, еще далекому от увлечения молекулярным генератором, не раз приходилось отвечать на градом сыпавшиеся вопросы студентов. Часто отвлекаясь от текущей темы, он рассказывал им о беспокойной, полной превратностей судьбе крошечных частичек огромных звезд, брошенных в вечное странствие гигантскими космическими катастрофами.

Прохоров рисовал картину бесконечных просторов вселенной, где наряду с гигантскими светилами то «вспыхивают», то «потухают» точечки атомов водорода. Он рассказывал, что, затратив на излучение радиоволны часть своей энергии, атом, не дожидаясь 10 миллионов лет, может опять получить возможность излучать, столкнувшись с другим атомом и отобрав у него часть энергии. Так бывает и при столкновении бильярдных шаров, когда один шар замедлит или ускорит движение другого, отобрав или сообщив ему энергию.

Атомы водорода могут также встретить на своем пути поток электромагнитной энергии и пополнить запасы своей энергии за ее счет. Так песчинки, подхваченные вихрем, черпают у него новые силы.

А получив дополнительную энергию, атом водорода может снова излучить сигнал тотчас или через некоторое время.

Что же в этом удивительного? — замечал ученый. Даже в таком разреженном газе, как межзвездный водород, где на каждый кубический сантиметр объема едва приходится по одному атому, они все же встречаются друг с другом. Они не изолированы и от внешних воздействий. Время от времени атомы неизбежно сталкиваются между собой, на них воздействуют свет и другие виды электромагнитной энергии. Поэтому-то, даже совершенно одинаковые по своему строению атомы водорода различаются своими энергиями.

Лектор обращал внимание студентов, еще не очень искушенных в тонкостях науки, на законы природы, которые заставляют атомы стремиться «успокоиться», отделаться от избытка энергии. Стремиться к состоянию с наименьшим запасом энергии.

Будущие физики еще не очень чувствовали, но уже понимали, что такое состояние для атомов является основным, наиболее устойчивым. В таком блаженном состоянии внутреннего покоя (а это отнюдь не значит, что атом неподвижен. Этого в природе не бывает — это знали даже не отличники) атом может находиться очень долго, пока его не побеспокоят другие атомы или не облучит электромагнитная волна, Короче говоря, пока он не подвергнется внешнему воздействию. Пока ему не навяжет часть своей энергии подвернувшийся на его пути собрат, стремящийся от нее отделаться и тоже прийти в вожделенное состояние успокоенности. Что ж тогда останется делать нашему атому, как не подчиниться обстоятельствам и взвалить на свои плечи груз дополнительной энергии? Взвалить с тем, чтобы со временем последовать тому же примеру: излучить ее в виде электромагнитной волны или передать встречному атому.