Безумные идеи

В сосуде же приемлемых размеров время полета молекул составляет примерно одну десятитысячную или в крайнем случае одну тысячную долю секунды. Поэтому излучить радиоволны за это время успеет только одна из каждого миллиарда пролетающих молекул.

Ясно, что мощность радиоволн, излучаемых таким ничтожным количеством молекул, столь мала, что ее невозможно обнаружить. Как же тогда заставить молекулы излучать внутри небольшого прибора? Ясно, это была нелегкая проблема.

Да и разрешима ли она вообще? Не так ли она безнадежна, как создание галактического генератора на атомах водорода?

Не будем гадать. Посмотрим, как справились с ней Басов и Прохоров.

Где же выход? — задавали они друг другу один и тот же вопрос. Как заставить молекулы излучать имеющийся у них избыток энергии за малое время, не прибегая к вспомогательным источникам радиоволн?

Как видите, природа выдвигает все новые и новые препятствия на пути исследователей. Но если природа неисчерпаема, то неисчерпаема и человеческая изобретательность.

Нужно, решили наши герои, создать такие условия, чтобы сами молекулы заставляли друг друга излучать. Нужно создать процесс, который можно уподобить цепной реакции, например реакции горения. Одна частица горючего, воспламенившись, поджигает другие, и в результате в горелке возникает пламя. Это пламя будет бушевать до тех пор, пока подается горючее.

Сделаем так, сказали они, чтобы одна молекула, излучив энергию, заставила этим излучать и другие молекулы. Чтобы все они оказались вынужденными принять участие в этом процессе.

Это можно сделать, но не в свободном пространстве, а заставив молекулы пролетать сквозь полость в куске металла, через своего рода металлическую бочку.

Крикните в пустую бочку — она тотчас ответит вам гулким басом. Пустая бочка из сложных звуков, например из шума, выделяет и подчеркивает в основном басовые тона. Это происходит потому, что воздух, заключенный в бочке, способен к интенсивным колебаниям именно с частотой этих звуков.

Если сделать металлическую коробку, она будет резонировать с радиоволнами примерно так же, как пустая бочка или органная труба со звуком. Такую металлическую полость радиоинженеры называют объемным резонатором. Каждый объемный резонатор откликается только на радиоволны вполне определенных частот. Если в него попадают радиоволны этих частот, поле внутри резонатора усиливается. Тем самым металлическая полость способна накапливать сравнительно большие запасы электромагнитной энергии.

Даже если в резонатор не поступает электромагнитная энергия извне, в нем всегда присутствует слабое электромагнитное поле, создаваемое даже при комнатной температуре тепловым излучением стенок резонатора.

Если заставить молекулы какого-либо газа, находящиеся на высшем энергетическом уровне, пролетать сквозь резонатор, то они попадут под действие слабого электромагнитного поля, создаваемого тепловым излучением нагретых стенок. Хотя это поле и слабо, тем не менее оно заставит молекулы излучать свою энергию за гораздо меньшее время, чем в свободном пространстве. Многие из них успеют излучить радиоволны во время пролета в резонаторе, и излученная энергия останется внутри него. Таким путем резонатор постепенно накапливает энергию, излучаемую пролетающими сквозь него молекулами.

Благодаря этому электромагнитное поле внутри резонатора все более возрастает, а это приводит к еще более сильному воздействию поля на новые молекулы, пролетающие через резонатор.

Если энергия, ежесекундно вносимая в резонатор пучком молекул, больше, чем обычные потери энергии в резонаторе и связанных с ним устройствах, то процесс возрастания поля в резонаторе вполне подобен самовозбуждению обычного лампового генератора. Возрастание поля продолжается до тех пор, пока ровно половина молекул, ежесекундно влетающих в резонатор, не будет излучать в нем свою энергию в виде радиоволн.

Так ученые не только рассортировали нужные молекулы от ненужных, но и заставили их излучать свою энергию внутри объемного резонатора. Так был создан молекулярный генератор радиоволн.

Итак, молекулярный генератор создан. Молекулы отдают свою энергию в виде энергии радиоволн.

Но какова же эта энергия, какова мощность нового прибора? Оказывается, очень невелика. Например, современные радиовещательные станции излучают волны мощностью в сотни тысяч ватт; чтобы зажглась лампочка карманного фонаря, нужна мощность всего в один ватт. Мощность же молекулярного генератора в миллиард раз меньше.

Кому же нужен такой генератор с мощностью комариных крыльев!

Но ценность нового прибора вовсе не в его мощности. Он и не претендует на замену других источников радиоволн. Замечательная его особенность совсем в ином. Он незаменим там, где нужна предельная устойчивость в работе и постоянные по частоте колебания. И в этом ему нет равных. Два таких прибора построенных и пущенных в ход совершенно независимо один от другого, будут излучать настолько постоянные радиоволны, что частота их не различается между собой более чем на одну десятимиллиардную часть. Исследователи уверены, что эта точность может быть увеличена еще в сто раз!

Это значит, что с помощью молекулярного генератора могут быть созданы часы, ход которых практически не нуждается в регулировке и сверке с астрономическими наблюдениями. Проработав без остановки тысячу лет, они разойдутся с астрономическим временем не больше чем на одну секунду.

Конечно, такие точные часы не нужны в повседневной жизни, но ряд областей науки и техники крайне заинтересован в повышении точности измерения времени. В первую очередь в этом нуждаются некоторые отрасли радиотехники, штурманы кораблей и самолетов, астрономы.

Если штурман летит при отсутствии видимости, то он не может пользоваться ни земными ориентирами, ни звездами. Ориентируется он с помощью радио, например, отсчитывая число радиоволн, укладывающихся между радиостанцией и тем местом, где он находится. Но по ряду причин, связанных с особенностью распространения радиоволн, в некоторых случаях пригодны только очень длинные волны. При этом для точного определения расстояния нужно иметь возможность отмерять малые доли длины волны, а это возможно, только если и наземная радиостанция и штурманский прибор содержат в себе чрезвычайно стабильные генераторы, например молекулярные.

Ученые стремятся повысить точность часов и для того, чтобы произвести один небывалый опыт. Дело в том, что общая теория относительности А. Эйнштейна, которая, по существу, является теорией тяготения, говорит о том, что скорость течения времени не везде одинакова. Вблизи больших масс, например на крупных звездах, время течет медленнее, чем вдали от них. В частности, время на Земле, на Солнце или на других звездах течет не одинаково.

Астрономы, измеряя положение спектральных линий в спектре одной из звезд — небольшого спутника самой яркой звезды Сириуса, действительно обнаружили, что все линии этого спектра смещены к его красному концу. Это смещение свидетельствует о том, что все процессы в атомах на этой звезде идут заметно медленнее, чем такие же процессы на Земле.

Но теория предсказывает, что даже на самой Земле время течет не везде одинаково. Например, часы, помещенные в глубокую шахту, должны идти на одну десятитысячную от одной миллиардной доли медленнее, чем такие же часы, помещенные на высокой горе.

Если же часы поместить на искусственном спутнике, вращающемся на высоте 42 тысяч километров над Землей, то различие увеличится почти в 600 раз. Эта разница невелика, но возможность усовершенствования молекулярного генератора дает надежду измерить ее, что позволило бы еще раз проверить справедливость предсказания общей теории относительности.

Молекулярный генератор решает и еще одну важную проблему: он позволяет объединить эталон длины и времени. Позволяет создать естественный эталон времени, связав секунду с периодом электромагнитных волн, излучаемых молекулярным генератором. Если за эталон длины взять длину волны молекулярного генератора, а за эталон частоты — частоту его колебаний, то окажется, что эталоном длины и частоты служит один и тот же физический процесс — излучение молекул в молекулярном генераторе. Но частота колебаний — это величина, обратная периоду. Поэтому за единицу времени можно будет взять длительность периода молекулярного генератора.