Ирина Радунская - Проклятые вопросы

• Название: Проклятые вопросы
• Автор: Ирина Радунская
• Издательство: Московские учебники
• Жанр: Физика
• Год: 2005
• ISBN: ISBN 5-7853-?????????

В науке, как и в искусстве, есть ряд вопросов, вечных вопросов, над которыми бьются поколения учёных. Они называют их проклятыми вопросами. Познаваем ли мир? Может ли разум овладеть секретами природы? Что есть истина? Можно ли запланировать открытия? Как стимулировать в человеке творческое начало? Что усиливает творческую отдачу?

В книге Ирины Радунской «Проклятые вопросы» читатель встретится с разнообразными научными проблемами. Узнает, как возникли многие новые науки и насколько углубились и расширились рамки старых; как меняются аспекты и задачи ядерной физики и космологии, физики элементарных частиц и лазерной техники, нелинейной оптики и спектрального анализа; какие перемены в нашу жизнь внесут высокотемпературные сверхпроводники; что за секреты скрываются в недрах сверхновых звёзд; как влияют достижения физики ядерного магнитного резонанса на прогресс медицины.

А главное, читатель узнает, как учёные приходят к открытиям, какой ценой достаются прозрения тайн природы.

В этой книге, как в своих прежних книгах «Безумные идеи», «Превращения гиперболоида инженера Гарина», «Крушение парадоксов», «Кванты и музы», «Аксель Берг — человек XX века», трилогии «Предчувствия и свершения» — («Великие ошибки», «Призраки», «Единство») и «Квинтэссенция», автор рассказывает о развитии идей, о перипетиях индивидуального и коллективного творчества учёных. О какой бы области науки ни велась речь, основное внимание сосредоточено на героическом, напряжённом труде физиков, математиков, астрономов, космологов, астрофизиков, труде, который во все времена служил фундаментом прогресса человечества, основой цивилизации, источником наших знаний об окружающем мире, инструментом дальнейшего совершенствования человеческого разума.

---

Ещё одна важнейшая область применения полупроводниковых лазеров и полупроводниковых источников света, не снабжённых обратной связью, — создание ЭВМ последующих поколений. Пока в этой области делаются лишь первые шаги. Речь идёт о передаче оптических сигналов на малые расстояния. Но эта передача должна идти так, чтобы система оказалась нечувствительной к электромагнитным помехам. И работать она должна со скоростями, значительно превышающими быстродействие современных ЭВМ как в части обработки сигналов, так и при записи информации и её извлечении из запоминающих устройств.

Всё, описанное в этой главе, — результат новаторских идей и создания материалов, не существующих в природе. Конечно, и для создания искусственных материалов, обладающих наперёд заданными свойствами, нужны оригинальные идеи, но нужна также интуиция, мастерство и настойчивость технологов. Ведь изготовить искусственные материалы, зачастую объединяющие в себе с трудом совместимые свойства, можно только в искусственно созданных и с большой точностью управляемых условиях. Это проблемы, без решения которых было бы невозможно продвижение в мир лазеров.

МУЖАНИЕ ЛАЗЕРОВ

Наука — это великое украшение.

И чрезвычайно полезное орудие.

Монтень

Таковы две неразрывно связанные стороны научного знания: одна — духовная, другая — практическая.

Л. де Бройль

ТРИ МЕЧТЫ. КАРТИНКИ С НАТУРЫ!

Идет 1978 год. На улице Вавилова в Москве вырос новый пятиэтажный дом. Я побывала здесь вскоре после того, как этот огромный корпус был полностью передан во владение Прохорова и его сотрудников. За годы, прошедшие после стокгольмского чествования, фронт работ в области квантовой радиоэлектроники так развернулся, что пришлось построить для физиков новое здание, оборудованное самой совершенной аппаратурой. Теперь это крупный научно-исследовательский центр, в котором работают сотни людей вместо прежних десятков. Одни комнаты напоминают заводские цехи — станки, арматура, гул мощных электродвигателей. Другие похожи на химические лаборатории — из колб над горелками вьется пар, в ретортах булькает кипящая жидкость. А есть комнаты, в которых только столы и на стенах — черные доски. Здесь либо абсолютная тишина — теоретики за работой, либо яростные споры — опять же теоретики за работой: идет семинар, или летучка, или просто обсуждаются новые идеи, критикуются старые, оцениваются результаты экспериментов.

И в цехах, и в лабораториях, и в кабинетах один бог — лазер. В разговорах — лазер. Среди приборов — лазер. Этот бог имеет массу лиц. Огромный, как бочка с квасом, и крошечный, как точка. Разный в различных комнатах. Сегодня не такой, как вчера. Завтра не такой, как сегодня.

Вся деятельность ученых, воспитанных Прохоровым, сосредоточена на одном: заставить атомы и молекулы самых различных веществ — газов, жидкостей, кристаллов, природных и синтетических, — генерировать свет. Излучать острые, как игла, лучи самых различных цветов: красные, зеленые, синие, фиолетовые, наконец, невидимые глазом. Создавать световые вспышки, грозные, как пуля, нежные, как весенние солнечные лучи, хлесткие, как удар кнута, вспышки, способные испарять и резать металл, вспышки, так сжимающие атомы вещества, что они вынуждены нарушать предписанные им природой законы…

— Наша лаборатория, как видите, выросла, но дело, конечно, не в количественном росте. Главное — существенно изменилась тематика, — рассказывает Прохоров. — Прежде для нас важнейшим был молекулярный генератор, от него пошло все мазеростроение. Мы исследовали кристаллы рубина. Создали сверхчувствительные усилители. Новый этап развития квантовой электроники — создание лазеров, исследование вещества с помощью лазера и для создания новых типов лазеров, применение лазеров в различных областях науки и техники.

Войдем же в прохоровские владения и попытаемся увидеть все своими глазами.

Сектор мощных лазеров. Здесь все крупномасштабно — и сами лазеры, и вспомогательные устройства. Лазеры установлены на массивных металлических столах, тянущихся вдоль длинных комнат. Их окружают выпрямители, блоки питания, жгуты электрических проводов, внушительные системы охлаждения. Оптические зеркала и призмы корректируют, направляют лазерный луч. В углу лаборатории вижу резиновые калоши на Гулливера — с высоким напряжением работать небезопасно. На рабочих столах — непременно защитные очки.

Многие мощные лазеры, созданные здесь, уже работают на заводах. Они сваривают металлы, которые обычным способом не свариваются, например титан и нержавеющие стали. Режут, штампуют, плавят массивные металлические детали, с искусством виртуозов обрабатывают миниатюрные часовые механизмы. Как рассказывает долгие годы заведовавший одним из секторов мощных лазеров, ректор Московского физико-технического института профессор Н. В. Карлов, лаборатория даже занималась раскроем рулонных материалов. Раскрой их лазерным лучом оказался экономически выгодным. Это делается в непрерывном потоке, по точно рассчитанной программе.

— Создание лазеров для промышленности — основная задача отдела, — говорил Карлов, — но не единственная. Александр Михайлович Прохоров поставил перед нами новую, сложную и пока никем до конца не решенную проблему. Как вы знаете, молекулы веществ колеблются. Частоты колебаний разных молекул различны. Возникла мысль: нельзя ли, раскачав молекулы лазером, разорвать в них внутренние связи и заставить осколки молекул вступить в новые, недоступные обычной химии соединения? Мы реализовали эту идею и осуществили трудную реакцию соединения бора с водородом, получили так называемые высшие бораны. Рождается новая наука — лазерная фотохимия, она поможет получать сверхчистые химические соединения, в том числе избранного изотопического состава. Например, тяжелую воду без малейшей примеси обычной воды. Это будет переворот в промышленности будущего. Задача трудная, она еще в начальной стадии созревания, но в нее вовлечены немалые силы.

Карлов за свою научную жизнь выполнил много работ, ставших основополагающими в радиоастрономии и радиоспектроскопии. В Крымской астрофизической обсерватории он занимался повышением чувствительности космических радиоприемников. Когда родились молекулярные генераторы, включился в мазерный проект.

Карлов назвал свои три мечты.

— Мне хочется иметь в своих руках лазерный импульс, — говорит он, — очень большой мощности и посмотреть эффект его взаимодействия с веществом. Это — раз! Мне хочется осуществить управляемую лазерным лучом экзотическую химическую реакцию, которая никем никогда не была осуществлена. Два! Мне хочется получить ясность в вопросе лазерного разделения изотопов. Это — три!

Три мечты, и каждая — не просто этап в планомерном развитии традиционной области исследований, а скачок в область, где действуют еще неведомые людям законы… И каждая — фактически уже не мечта, а повседневная работа. Карлов показал установку, где вместе с сотрудниками осуществил разделение изотопов редкоземельного элемента европия. Европий загружается в тугоплавкий тигель. Нагревается до тысячи градусов. Раскаленный газ поступает в стальную камеру — через стеклянное окошко видно оранжевое облачко. Это смесь атомов европия. До рождения понятия «изотоп» эти атомы считались абсолютно идентичными в своем физическом и химическом проявлениях. Но сегодня физики так уже не думают. Они знают: эта идентичность кажущаяся. На самом деле атомы европия бывают двух сортов, двух изотопических составов, чуть-чуть различающихся атомным весом: европий-151 и европий-153.

Разделить их между собой — задача неимоверной трудности. Атомы — не предметы, которые отличаются по виду или цвету. Их можно попытаться разделить каким-нибудь косвенным путем — скажем, придумать реакцию, в которой эти два вида атомов будут вести себя по-разному. Но в известных физических и химических экспериментах изотопы ведут себя одинаково. Трудноразделимы не только изотопы европия, но и других элементов, можно сказать, это свойство всех изотопов.

Многие элементы Периодической таблицы Менделеева обладают двумя, или несколькими, или даже целым «букетом» изотопов. И хоть атомы-близнецы так похожи друг на друга, что их трудно отличить, каждый изотоп обладает уникальными качествами, которыми не обладает другой.

Химически чистые изотопы сделали возможным реализацию многих ранее недоступных технологических процессов. Например, использование в атомной энергетике титана-50 намного увеличивает срок службы реакторов. Часто чистый изотоп применяется исследователями кик индикатор. Например, химики осуществляют контроль за течением некоторых химических реакций в промышленных установках с помощью введения в процесс радиоактивного изотопа. Агробиологи используют изотопы, чтобы следить за тем, как растения усваивают удобрения.