Страница 1 из 41
Знание-сила, 2003 № 01 (907)
Ежемесячный научно-популярный и научно-художественный журнал
Издается с 1926 года
«ЗНАНИЕ – СИЛА» ЖУРНАЛ, КОТОРЫЙ УМНЫЕ ЛЮДИ ЧИТАЮТ УЖЕ 77 ЛЕТ
Александр Волков
Тайная власть лазера
Мы привыкли к нему. «Гиперболоид инженера Гарина» уже давно никого не пугает.
Лазер стал верным помощником человека.
В универсаме – «Вот еще одна банка, пожалуйста!» – лазерный луч считывает цену, нанесенную в виде особой метки на упаковку купленных мной продуктов.
А сколько еще может этот луч – красная нить, моментально прошившая воздух?
В этих заметках – в фокусе лазерного луча – сойдутся завтрашние планы и нынешняя явь.
… День начинается вроде бы с неудачи. Пластмассовая кофейная чашка падает на пол и бьется. Осколки, веник, ведро.
Ну и на счастье! Потому что… уже через пару минут та же чашка снова стоит на столе. Ее «клонировали». Ведь пока бульварные газеты обсуждают двойников Гитлера, Наполеона или Эйнштейна, которых научатся клонировать ученые, в наш быт незаметно войдут приборы, способные штамповать обиходную утварь. Вот он, особый лазерный принтер. В него достаточно вставить дискету, полученную при покупке чашки, нажать кнопку – и принтер выдаст такую же чашку, можно сказать, ее «клон».
Что было на дискете? Разумеется, цифровой чертеж чашки. Компьютер транслирует эти данные в устройство управления лазером. Тем временем в рабочей камере принтера вскипает жидкая масса – смесь расплавленной пластмассы, отверждающего порошка и клея. Сюда направляется лазерный луч. От его прикосновения крохотный участок жидкости тут же затвердевает, а луч продолжает скользить по горячему месиву, выводя в нем трехмерный образ чашки. Клонирование окончено. На столе стоит та же самая пластмассовая чашка.
Еще недавно подобные сцены были уделом писателей фантастического жанра. В скором времени они станут фирменным знаком возможностей индустрии. Так, американская компания Z-Corporation намерена внедрить «клонирование» в быту уже через несколько лет. Эта идея лишний раз доказывает, что для лазерных технологий ничего невозможного нет.
В наши дни лазер может читать, писать, резать, лечить, измерять. Он сваривает кровеносные капилляры, которые не разглядит ваш глаз, так же элегантно, как толстые металлические панели. Угнездившись в DVD- плейере, он показывает кино, а скользнув по компьютерному диску, считывает целые библиотеки файлов. Лазер высверливает отверстия в алмазах, маркирует трехмерными значками – голограммами – документы и в часы концертов и празднеств рисует в воздухе красочные картины, затмившие фейерверки былых времен.
С недавних пор лазер может транслировать цифровую информацию, передавая в течение одной секунды содержимое 178 ООО (!) машинописных страниц. Для так называемой оптической воздушной связи требуется установить специальные зеркала на крышах домов, где расположены передающее и принимающее устройства. Между ними помчится лазерный луч. Пока дальность передачи информации подобным способом достигает всего четырех километров, но этого вполне достаточно для университетов или промышленных компаний, которые пользуются этой локальной связью для сообщения со своими лабораториями, филиалами, представительствами или научно-исследовательскими институтами, расположенными поблизости. Им удается передавать невиданные прежде объемы информации.
В лаборатории химиков лазер принес новую технологию. Как известно, многие химические реакции начинаются лишь после притока энергии, то есть после нафева реагентов. Впрочем, есть и такие реакции, которые при нагревании, наоборот, затухают. Ведь некоторые молекулы мотуг вступить в соединение с другими молекулами, только получив точное («квантованное») количество энергии. Дозировать энергию помогает лазер.
Вот пример подобной технологии: получение винилхлорида, исходного сырья для производства поливинилхлорида – самого популярного на сегодняшний день полимера. Теперь технология выглядит так: в рабочую камеру, заполненную газом дихлорэтиленом, направляют луч лазера. После нескольких промежуточных этапов – на каждом из них мошность луча точно дозируется – камера оказывается заполнена другим газом: винилхлоридом. Все быстро и просто! Прежняя промышленная технология была иной: дихлорэтилен в присутствии катализатора разогревали до 500° С. Только тогда реакция начиналось. Сейчас катализатор не нужен; газ нагревают лишь до 300 градусов; производительность возрастает на двадцать процентов.
Болгарский ученый Симеон Метев предложил получать искусственные алмазы с помощью лазера. Лучи лазера разогревают метан, переводя его в состояние плазмы, при этом на дно рабочей камеры оседают мерцающие крупицы – алмазы. Дело в том, что атомы углерода (а метан – это одно из его соединений) под действием лазерного луча образуют особую кристаллическую решетку, присущую алмазу.
Новый метод является самым дешевым способом изготовления искусственных алмазов. Прежде их получали либо под высоким давлением, либо в сверхчистом вакууме. Их производство было долгим и дорогим. Теперь с помощью лазера можно моментально изготавливать крохотные технические алмазы, а затем наслаивать их на лезвия ножей и режущие кромки инструментов. Подобными алмазами можно покрывать, например, скальпели или искусственные протезы бедра, что повысит их долговечность. Дешевые алмазы окажутся ценным сырьем и для компьютерной промышленности; их используют в производстве микросхем.
Лазер стал настоящим подарком для медиков. С его помощью хирурги могут рассверливать тромбы, закупорившие вены, или разрезать тончайшие капилляры, оставляя неповрежденной соседнюю ткань. Чаще всего используется термическое действие лазера: при нагреве ткани от 60 до 100 градусов белок коагулирует (свертывается), а при нагреве выше 300 градусов ткань испаряется. Данные эффекты можно комбинировать, поэтому лазер применяют для разрезания сильно кровоточащих тканей, например тканей печени или селезенки. Другие области его применения – горло, желудочно-кишечный тракт, носовая полость, ушные раковины.
Поразительная точность лазерного «скальпеля» делает его незаменимым инструментом врача-офтальмолога.
Так, с помощью лазера можно корректировать близорукость или дальнозоркость. По оценкам экспертов, в Германии, например, в течение трех ближайших лет число операций, проводимых офтальмологами с применением лазера, возрастет в три с лишним раза – с 60 000 (в 2002 году) до 200 000 (в 2005 году).
Лазерная офтальмология только входит в наш быт. Еще в середине девяностых годов подобные операции с использованием лазера часто оканчивались неудачей, и, «выздоровев», пациент видел хуже, чем до начала лечения. Сейчас, поданным исследования, проведенного швейцарскими медиками, лишь в семи процентах случаев больные, перенесшие лазерные операции на роговице, сталкиваются потом с различными осложнениями. «Если, конечно, не считать, что у каждого второго пациента ухудшается ночное зрение», – добавляют они.
Медики используют лазер не только для оперативного вмешательства, но и для фундаментальных исследований. Их планы обещают многое. Сейчас ученые стремятся создать сверхбыстрые лазеры, которые помогут поэтапно изучить химические реакции, протекающие в живых клетках. Это позволит выяснить структуру молекул, вызывающих различные заболевания. Зная ее, можно изготавливать лекарства, которые целенаправленно воздействовали бы на эти молекулы.
С помощью лазера можно врачевать и погоду. Так, немецкие физики разработали лазер, который может защитить от грозы. Если направить его луч на грозовое облако, оно моментально разрядится, и молнии не причинят вред. Подобная система уже опробована в лаборатории.