Страница 64 из 161
Позднее, в 1940 г., российский ученый В. А. Фабрикант в своей докторской диссертации показал, что если число молекул в возбужденном состоянии могло быть больше, чем число молекул в основном состоянии, то могло бы быть усиление излучения. Однако эта диссертация не была опубликована и, кажется, не имела последствий даже в России. Его предположение стало известным только тогда, когда после изобретения мазера Фабрикант получил российский патент.
Р’ конце концов РІ 1947 Рі. РЈ. Лэмб (Рі. СЂ. 1913) Рё Р . Ризерфорд (Рі. СЂ. 1912) захотели проверить точность предсказания Поля Дирака РѕР± энергетических СѓСЂРѕРІРЅСЏС… Рё спектральных линиях РІРѕРґРѕСЂРѕРґР°. Предсказание Дирака утверждало, что атом РІРѕРґРѕСЂРѕРґР° имеет РґРІР° возможных состояния СЃ равными энергиями. Р’ знаменитом эксперименте, сделанном РїСЂРё изучении разряда РІ РІРѕРґРѕСЂРѕРґРµ, эти исследователи обнаружили, что имеется маленькое различие между этими энергетическими СѓСЂРѕРІРЅСЏРјРё. Ртот лэмбовский СЃРґРІРёРі показал, что нужна ревизия теории взаимодействия электрона СЃ электромагнитным излучением. Р—Р° этот результат Лэмб РІ 1955 Рі. получил Нобелевскую премию РїРѕ физике, которую РѕРЅ разделил СЃ Поликарпом Куршем. Р’ приложении Рє своей работе, опубликованной РІ 1950 Рі., Лэмб Рё Ризерфорд, обсуждая результаты, указали, что РІ РёС… эксперименте могли быть осуществлены условия достижения инверсной населенности (С‚.Рµ. больше возбужденных атомов, чем атомов, находящихся РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј состоянии). Однако РѕРЅРё заключили, что РёС… расчеты были слишком оптимистичны, Рё РѕРЅРё РЅРµ предприняли усилий для дальнейших проверок. Позднее Лэмб писал, что РІ то время концепция отрицательного поглощения Рё ранние исследования были новыми для РЅРёС… Рё что РІ любом случае РёС… интересы были принципиально устремлены РЅР° изучение тех вещей, которые принесли ему Нобелевскую премию. РџРѕ этой причине РѕРЅРё РЅРµ исследовали тщательно аспекты проблемы, связанной СЃ вынужденным излучением.
ГЛАВА 7
М�КРОВОЛНЫ
Мы теперь возвращаемся к концу 19 столетия, во времена сразу же после публикации (1873 г.) знаменитой работы Treatise on Electricity and Magnetism Максвелла.
Несмотря на прогресс, сделанный Максвеллом и его первыми последователями в теории электромагнитных колебаний, связь между классической электродинамикой и теорией света не была найдена, кроме интуитивной идеи Максвелла, что электромагнитные волны и световые волны имеют одну природу. �рландский физик Джордж Френсис Фитцджеральд (1851 1901) заложил первый камень в 1882 г., указав, что если унификация, указанная Максвеллом, правильна, то должна быть возможность генерировать излучаемую энергию чисто электрическими способами. Он утверждал: Представляется высоко вероятным, что энергия переменных токов частично излучается в пространство и, тем самым, теряется для нас, обращая внимание только на отрицательную сторону явления, и описывал методы, с помощью которых можно было бы получить излучаемую энергию. Однако он замечал, что трудность лежит в обнаружении таких волн, когда они будут получены, поскольку подходящих детекторов еще не существовало.
Ркспериментальное открытие электромагнитных волн
Параллельно с теоретическими изучениями уравнений Максвелла проводились экспериментальные исследования по генерации электрических колебаний, получаемых при разряде обычного конденсатора в электрической цепи, и выявляемые как осциллирующий ток в этой цепи. С 1847 г. Герман фон Гельмгольц доказал, что в некоторых случаях разряд конденсатора должен носить колебательный характер. Вильям Томсон в 1853 г. дал математическую формулу, устанавливающую, при каких параметрах компонентов цепи в ней получаются колебания.
Работая с колебательными цепями такого вида, Генрих Герц, молодой и тогда неизвестный немец, добился успеха в генерировании и обнаружении электромагнитных волн.
Генрих Герц (18571894) родился в Гамбурге. Он был сыном прокурора, ставшего позднее сенатором. Будучи блестящим студентом, он в равной степени преуспевал и в гуманитарных дисциплинах, и в науках. Также он показал большие способности в проектировании и создании научной аппаратуры. Предполагалось, что молодой Герц последует традициям семьи в области права, но с десяти лет он стал интересоваться естественными науками и после обучения в ряде школ решил изучать инженерное дело в Дрезденском политехникуме в 1876 г. Когда ему исполнилось 20, он был призван в армию. После службы он решил закончить свое инженерное обучение в Мюнхене, но вскоре оставил инженерное поприще ради физики. В 1878 г. он поступил в Берлинский университет для работы под руководством Гельмгольца и Кирхгофа и в 1880 г. получил докторскую степень.