Екатерина Диппер: Теория Большого взрыва: гид по сериалу по версии Kuraj-Bambey

Поначалу это может показаться неудобным, но именно тут и находится ключ к тому, чтобы создать источник излучения с вышеописанными свойствами. Надо просто подойти к этому явлению с другого конца и спросить: «А что будет, если в веществе уже есть какое-то количество возбужденных, готовых излучиться фотонов?» Оказывается, что такие фотоны испускаются с той же легкостью, с которой на голову великих ученых падают созревшие яблоки, особенно в том случае, если мимо пролетает их собрат с таким же количеством энергии. Самое приятное следствие этого заключается в том, что «сорванный с ветки» фотон оказывается полностью идентичным пролетевшему. Это явление, получившее название индуцированного излучения, и лежит в основе действия лазера.

К сожалению, как это часто бывает, от понимания принципа до создания работающего лазера прошло больше пятидесяти лет, что, впрочем, еще не самый впечатляющий разрыв между идеей и ее воплощением в физике. Дело в том, что для создания лазера были нужны две вещи: первое — переполненная возбужденными фотонами, или, другими словами, накачанная среда, и второе — резонатор, который не дал бы фотонам выскочить из накачанного объема раньше, чем они сами в свою очередь заставят кого-то из своих соседей тоже излучить. Для накачки рабочего тела было предложено много различных методов, но наиболее простым оказался метод оптической накачки (автор которого, кстати, тоже не остался без Нобелевской премии). В этом случае объем, в котором находятся атомы, облучается источником света, длина волны которого близка к расстоянию между уровнями вещества будущего лазера. Как мы помним, такие фотоны атомам симпатичны, и они поглощают их, накачивая вещество, как рота солдат, проходя по мосту в ногу, раскачивает мост.

Если говорить начистоту, таким методом не удается получить сколь-нибудь существенного количества атомов в неравновесном состоянии, так как возбужденная таким методом среда немедленно излучает. Но если между основным и нагретым нами уровнем имеется еще один, сравнительно долго живущий, то атомы, скатываясь на него, оказываются в ловушке. Сверху напирают их высоковозбужденные соседи, а падать вниз на основное состояние им еще рановато. Именно эта схема, получившая название трехуровневой накачки, и была реализована в первом рубиновом лазере.

Что же касается резонатора, упрощенно его можно представить как два параллельных зеркала, между которыми и ходит наша постепенно разгоняющаяся волна. Очень важным требованием оказывается строго определенное расстояние между зеркалами — тогда даже при многократном отражении каждой точки волна будет проходить с одной и той же фазой, а ее минимумы и максимумы будут совпадать.

По поводу применения лазеров любой может рассказать достаточно много, просто оглянувшись вокруг. Мы же остановимся на продолжении идеи Леонарда с консервной банкой. Действительно, лазеры позволяют концентрировать достаточно мощные пучки излучения в рекордно малом объеме, поэтому можно поразмыслить над тем, что нам нужно так сильно нагревать. Один из возможных примеров — термоядерный синтез, в случае удачного осуществления которого человечество получит безопасный и практически неисчерпаемый источник энергии. И, опять же, положа руку на сердце, ученые уже несколько раз получали результат, пока, правда, только в виде бомбы. А вот с получением управляемой термоядерной реакции не ладится уже очень долго. С одной из главных трудностей на пути к ее осуществлению, а именно созданию в малом объеме сверхвысокой температуры, — и могут помочь справиться лазеры, только вместо упаковки супа нагревать придется газообразный гелий, и не до 100 градусов, а до температуры немногим меньше температуры Солнца. Сразу видно, что эта задачка будет существенно посложнее.

Что же касается темной материи, то это вещь совсем из другой области (кажется, Леонард и правда хватается то за одно, то за другое). Заниматься этим стоит скорее Раджу, как астрофизику, а не тратить время на поиски следов суперструнной теории в гамма-вспышках. Впрочем, это тема следующего параграфа.

Когда речь заходит о Радже, сразу вспоминается Киплинг с его словами о том, что Западу и Востоку не сойтись. Ну, скажите на милость, зачем человеку заниматься находящимися в глобальном кризисе суперструнами вместо того, чтобы оставаться в лоне наблюдательной астрономии, переживающей второе рождение?