Джеймс Бёрк - Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени

Первая мировая война вывела производство стекла на принципиально новый уровень. Потребовалось огромное количество линз для биноклей, фотоаппаратов, прицелов и кинопроекторов. Ранее бóльшая часть оптики закупалась в Германии, так что с началом войны ее запасы стали быстро подходить к концу. В целях обеспечения обороноспособности страны Национальный научно-исследовательский совет США постановил наладить выпуск шести различных типов линз силами американских производителей. Ежедневно для военных нужд требовалось производить около пятисот килограммов линз. Производство стекла превратилось в масштабную и наукоемкую отрасль промышленности.

«Оуэнс-Иллинойс» и другой стекольный гигант, компания «Корнинг», начали сотрудничать в исследовательской сфере, и по окончании войны в производстве стекловолокна произошел значительный прогресс. Появились стеклянная пряжа, которую можно было использовать для электроизоляции и создания фильтрующей ткани, и стекловата — очень легкое изолирующее покрытие. Стекловолокно получали продавливанием жидкого стекла сквозь мелкие отверстия в платиновом плавильном сосуде, затем волокна скручивались в нить и наматывались на барабан. Из нитей можно было сделать шнуры или полотно, а затем расплавить, придав стеклу нужную форму. Во время Второй мировой войны стекловолокно использовали для производства немагнитных мин, сбрасываемых топливных баков для самолетов и различных видов термоизоляции.

После войны представители «Оуэнс-Иллинойс» пошли в народ и стали устраивать выездные презентации своей продукции. Например, они демонстрировали будильник в контейнере из стекловолокна, который не было слышно снаружи, или мороженое, не таявшее в таком контейнере, хотя рядом стояла разогретая плита, показывали трюк со спортсменом-тяжеловесом, который раскачивался на тонких лентах стекловолокна, или просто просили кого-нибудь из публики разбить стекловолокно кувалдой. Последнее, кстати, так никому и не удалось.

В 1951 году Чарльз Таунс сидел на скамейке в вашингтонском парке и коротал время перед встречей в Управлении исследовательских работ ВМС США. Он был физиком и занимался передачей радиосигнала в водной среде. Внезапно на него снизошло озарение, которое произведет переворот в применении стекловолокна: молекулы можно заставить колебаться и испускать микроволновое излучение. В лаборатории он провел опыт и установил, что под действием тепла или электричества молекулы аммиака вибрируют с частотой двести сорок миллиардов колебаний в секунду. Таунс предположил, что если возбужденные молекулы можно подвергнуть воздействию микроволнового излучения той же частоты, молекулы аммика также станут испускать микроволны с большей энергией и возбуждать другие молекулы аммиака, таким образом, произойдет своего рода цепная реакция.

В 1953 году Таунс получил когерентный поток микроволн в ходе процесса, который получил название усиление микроволн посредством вынужденного излучения, или мазер ( англ. MASER — microwave amplification by stimulated emission of radiation). В 1960 году Теодор Майман продолжил исследования в этом направлении и использовал в экспериментах рубиновый цилиндр с параллельными основаниями, покрытыми серебром. Для «накачки» энергии применялась импульсная ксеноновая лампа. Прозрачная поверхность цилиндра пропускала свет, при помощи электромагнитов частота колебаний в рубине подстраивалась под частоту поступающего света, и в результате происходил выброс монохроматического микроволнового излучения. Посеребренные стенки цилиндра отражали излучение в обоих направлениях, его интенсивность росла, и в итоге возникал необыкновенно мощный когерентный луч света.

Этот процесс усиления интенсивности света стали называть усилением света посредством вынужденного излучения, или лазер ( англ. LASER — light amplification by stimulated emission of radiation). Дальнейшие исследования в этой области показали, что более подходящим материалом для лазера является не рубин, а сверхчистое стекло, обработанное неодимом, редкоземельным металлом, который открыл еще Вельсбах и пытался использовать для своей калильной сетки. Неодимовые лазеры позднее применят для возбуждения молекул других материалов и получения еще более мощных лучей.

Во время первых запусков по программе «Аполлон» было установлено, что когерентность лазера настолько высока, что на расстоянии от Земли до Луны пучок расширяется всего на несколько футов. Сегодня луч лазера с одинаковой легкостью разрезает и сетчатку человеческого глаза, и сталь, а также используется для высокоточных измерений и передачи оцифрованных данных по оптоволоконным сетям. Лазерными эндоскопами освещают операционное поле в неинвазивной хирургии, лазер дробит камни в почках, не повреждая органы человеческого тела. Он строит голограммы, определяет даже самые незначительные примеси в газе 110 — 197 , 240 , сканирует кору головного мозга, выявляет дефекты в материалах, помогает предотвращать лесные пожары и обнаруживать из космоса даже незначительные подвижки земной коры — предвестники землетрясений.