Марио Бертолотти - История лазера

Здесь уместно сказать, что лазер является источником света с особыми свойствами, радикально отличающимися от обычных источников, таких как свеча или лампочка. В самом деле, свет лазера одного цвета (а не смесь цветов белого света) и испускается в одном направлении (а не во всех направлениях, как свет лампочки). Это позволяет нам собирать его линзой и фокусировать в область очень малых размеров. Спектральная чистота и направленность лазерного света сильно улучшают эффективность этой процедуры, позволяя концентрировать значительную мощность в малой области, что важно для различных операций, таких как плавление или резка металла.

В упомянутых выше применениях лазер в основном используется как очень мощная лампа. Однако существуют другие применения (например, оптическая связь), в которых наиболее важными характеристиками являются спектральная ширина полосы и угловая апертура испускаемого пучка. Чтобы понять это, нам нужно рассмотреть, что собой представляет свет и как он испускается, что, в свою очередь, зависит от излучателя, атома, и поэтому требуется введение в некоторые основные концепции квантовой механики. Мы обсудим различные механизмы излучения, а именно, спонтанное излучение — доминирующий процесс для всех естественных источников, и стимулированное излучение — процесс, порождающий свет лазера и ответственный за его особенные характеристики.

Для того, чтобы объяснить различные явления согласно исторической последовательности, мы проследим историю света и первые шаги квантовой механики. При этом мы учитываем, что развитие науки испытывает зигзаги так, что многие идеи оказываются слишком передовыми для своего времени и не находят признания и пользы, в то время как другие могут возникать одновременно и независимо в умах многих людей как неизбежное следствие предыдущих идей, являющихся необходимыми предпосылками.

Рождение мира, как оно описывается в Книге Бытия, фактически не противоречит большинству новейших космологических теорий Большого Взрыва, согласно которым Вселенная возникла в результате огромного взрыва с яркой вспышкой света.

Но как образуется свет? У ребенка этот вопрос не вызывает удивления, и он отвечает, что свет приходит от Солнца, или от электрической лампочки или от огня. Вообще говоря, это правильно. Однако почему Солнце испускает свет и, в продолжение вопроса, почему оно горит? На протяжении тысяч лет человечество не задавалось этим вопросом, а связывало свет с философскими и религиозными концепциями, делая упор на проблемы, связанные со зрением. В греческой мифологии мы встречаем титана Эпиметея который согласно мифу давал каждому живому существу при Создании специфические особенности, нужные для своей защиты и выживания. Так, он снабдил черепаху прочным панцирем, осу жалом и т.д. до тех пор, пока он не дошел до людей, и, исчерпав все возможности природы, не мог ничего найти для человека. Платон пишет, что человек стоял «наг, бос, без дома и защиты». Эпиметей попросил своего брата Прометея помочь ему. Тот похитил огонь у Зевса и подарил его человеку, способствуя тем самым прогрессу человечества, культуры и технологий. Зевс, полный злости и ревности, наказал Прометея, приковав его цепями к горам Кавказа, где каждый день орел терзал его печень. Желая не дать возможности людям насладиться этим даром, он приказал Эфесу создать первую зловещую женщину, прекрасную Пандору, которая стала женой Эпиметея. Она, сгорая от любопытства, открыла ящик, который должна была охранять и не открывать. Этот ящик был полон всеми демонами мира, и они разлетелись, принося несчастья всем людям.

Подобным же фантастическим образом природа света мыслилась древними египтянами, для которых свет получался как взгляд Ра, их бога Солнца.

В 1300 до н.э. некий жрец писал: «Когда бог Ра открывает свои глаза — возникает свет, когда он закрывает свои глаза — наступает ночь».

Можно было бы привести много других примеров, показывающих, что в античные времена происхождение и природа света рассматривались в религиозном и фантастическом духе.

В VI в. до н.э., когда в Греции философия и наука развивались совместно, Пифагор сформулировал теорию света, согласно которой прямолинейные видимые лучи испускаются глазом и ощупывают объект, давая зрительное ощущение.

Согласно Эмпедоклу (около 483—423 до н.э.), Афродита (богиня любви) снабдила наши глаза четырьмя элементами, которые, по его мнению, являются сущностью всех вещей (земля, вода, воздух и огонь) и свет огня подобен человеку, использующему фонарь для освещения своего пути в темноте. Зрение получается в результате действия глаза на объект: глаза испускают свой собственный свет.