Ирина Радунская – Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство (страница 27)

Вокруг открытия Черепкова и после его признания бушевало много споров. Особенно относительно его практического применения. В дискуссиях рождались интересные идеи. Одну из них высказал еще при обсуждении докторской диссертации Черепкова академик Мандельштам. Он предположил, что для наблюдения эффекта Черепкова вовсе не обязательно пропускать электроны через вещество, где они довольно быстро тормозятся встречными атомами. По его мнению, достаточно пропустить пучок быстрых электронов не через вещество, а вблизи его поверхности. Можно даже попытаться «вспрыснуть» их в канал, проделанный в твердом теле.

Электроны, пролетая близко к его поверхности, будут возбуждать в атомах вещества электромагнитные волны. Если электроны летят быстрее, чем возбуждаемые им в веществе волны, значит, в веществе возникает ударная черенковская волна излучения.

Электроны летят в пустоте и поэтому, конечно, не могут лететь быстрее света. Но достаточно, чтобы они летели быстрее, чем электромагнитная волна, бегущая внутри диэлектрика. В этом случае волны, возникающие в диэлектрике под воздействием пролетающего электрона, обязательно будут складываться в черенковскую волну, которая распространится внутри диэлектрика, а затем…

А затем рожденные таким образом электромагнитные волны могут быть излучены в пространство.

Мысль Мандельштама была не просто красивой иллюстрацией механизма возникновения черенковского излучения. Она указывала на большие практические возможности.

В 1947 году физик-теоретик В. Л. Гинзбург развил мысль Мандельштама.

Он тщательно изучил черенковское излучение в твердых телах и пришел к выводу, что таким образом можно просто осуществить генерацию очень коротких, миллиметровых и даже субмиллиметровых волн. То есть создать новые генераторы радиоволн. Для радиотехники, которая все время борется за все более и более короткие волны, такие генераторы были бы просто находкой.

Таким способом можно получить особенно мощные радиоволны, используя не сплошной поток электронов, а электроны, предварительно сгруппированные в небольшие сгустки.

Оказалось, это не единственный способ получения радиоволн с помощью эффекта Черенкова. Ведь мы знаем, что для возникновения эффекта достаточно уменьшить скорость электромагнитной волны до величины меньшей, чем скорость электрона, и черепковское излучение начнется.

Однако скорость электромагнитных волн можно уменьшить, не только пропуская их через диэлектрик. Во многих случаях сантиметровые и миллиметровые волны передаются с помощью специальных металлических труб — волноводов. Если внутри трубы установить ряд перегородок с отверстиями, то скорость распространения волны по такой трубе сильно уменьшится.

Значит, выбрав подходящие размеры трубы и перегородок, откачав из трубы воздух и пропустив через нее пучок быстрых электронов, сгруппированных в сгустки, 0 получить мощное черепковское излучение миллиметровых волн. Оно будет образовываться здесь в результате взаимодействия электронов с отдельными отсеками волновода и сложения образующихся при этом электромагнитных волн.

Так эффект, открытый советским ученым и казавшийся ранее лишь интересным физическим явлением, уже входит в технику.

Создание лазеров позволило по-новому взглянуть на пути и возможности практического применения когерентного излучения свободных электронов. Появились приборы, сущность которых отражена в самом названии: лазеры на свободных электронах.

Первоначально такое сочетание казалось бессмысленным, ибо излучение лазеров представлялось возникающим только при переходах электронов внутри атома, молекулы или иона. Правда, затем появились полупроводниковые лазеры и лазеры на вынужденном комбинационном рассеянии, но и в этих случаях излучение возникало в результате перехода электронов с изменением их доли энергии во внутренней энергии вещества.

Конечно, различные электронные лампы позволяют применять для получения электромагнитных волн потоки свободных электронов. Но это относится к совершенно другой области науки и техники.

Лазеры на свободных электронах — действительно лазеры.

Их основой является взаимодействие релятивистских электронов с внешними магнитными полями. Релятивистских — значит движущихся со скоростями, близкими к скорости света в пустоте. Получение пучков таких электронов стало технически достижимо только после создания современных ускорителей.

Основное отличие лазеров от остальных источников излучения — когерентность, то есть жесткая согласованность процессов испускания фотонов в различных областях пространства. Возможность таких процессов, обусловленная взаимодействием отдельных актов испускания через электромагнитное поле, порождаемое ими, была показана еще в 1927 году одним из творцов квантовой физика Шредингером. Он поставил вопрос о том, возможен ли вынужденный эффект Комптона, и пришел к выводу о том, что он возможен. В то время никто не усмотрел путей практического применения такого процесса. Теперь всем ясно, что модель, рассмотренная Шредингером, совпадает со схемой Комптон-лазера, как называют один из вариантов лазера на свободных электронах.

Долгое время оставалась незамеченной опубликованная в 1933 году совместная работа двух гигантов современной науки П. Дирака и П. А. Капицы. Они рассмотрели процесс вынужденного рассеяния при взаимодействии электронов со стоячей электромагнитной волной. Этот процесс приводит к генерации когерентных электромагнитных волн в некоторых типах электронных ламп, а также в созданном Капицей оригинальном мощном генераторе-нигатроне.

Все реализованные лазеры на свободных электронах так или иначе опираются на пионерские работы В. Л. Гинзбурга, начатые им в 1947 году. Основные усилия в этой области направлены на увеличение мощности излучения и укорочение длины волны.

Излучение Вавилова — Черенкова в диапазоне рентгеновских волн было получено группой Э. И. Денисова Я 1981 году при помощи линейного ускорителя электронов ЛУЭ-2 в Харьковском физико-техническом институте./ Теоретические оценки показывают, что существуют условия, при которых это излучение может быть получено даже в диапазоне гамма-волн.

Эффект Вавилова — Черенкова порождает новые идеи и разнообразные приборы и устройства, ускоряющие дальнейший прогресс человечества.

…В прошлом веке в Швеции жил очень богатый предприниматель и инженер Альфред Нобель, тот самый, который изобрел динамит. В своем завещании Нобель распорядился употребить свое огромное состояние на присуждение премий ученым, сделавшим важные научные открытия. С тех пор Шведская академия наук ежегодно присуждает Нобелевские премии за наиболее интересные и важные научные работы. Такую премию когда-то получили всем известные ученые Рентген, Эйнштейн, Фредерик Жолио-Кюри; русские ученые Павлов, Мечников. В 1958 году за открытие и толкование эффекта Черенкова — Вавилова И. Е. Тамм, И. М. Франк и П. А. Черенков были награждены этой премией. С. И. Вавилова не было в их числе, ибо Нобелевские премии не присуждаются посмертно.

ГЛАВА 4

СТРАННЫЙ АТТРАКТОР

Если смотреть прямо, виден лишь хаос. Но за ним просматривается закон.

В. Шекспир

От хаоса к порядку

Порядок и хаос. Среди понятий, выработанных человечеством, нет, пожалуй, двух более противоположных, более фундаментальных, изначальных. Каждому ясно содержание этим слов, вряд ли нужно объяснять, что есть порядок, а что — хаос. Скорее, наоборот. Ссылаясь на них, можно объяснить значение и содержание других понятий. Например, что такой закон? В общественной жизни это правила поведения. Соблюдение их помогает поддерживать порядок во взаимоотношениях между людьми. Это может быть закон, зафиксированный в своде законов, или обычай, освященный вековым опытом. Нарушение закона или обычая ведет к хаосу.

В науке закон — это словесное математическое описание процесса или явления. Закон — описанный порядок. Он поясняет, какое следствие можно ожидать после определенной причины. Если некое бытие по непонятной причине ведет не к одному определенному, а к одному из двух или нескольких следствий, мы склонны видеть здесь отсутствие порядка, неполный порядок, шаг к хаосу. Такая ситуация сигнализирует: наши знания не полны, не выявлены некие, еще скрытые, причины, нарушающие порядок.

Человек в глубокой древности уяснил себе, что есть порядок, а что хаос. Брошенный камень всегда падает на землю. Таков порядок. Чем сильнее бросок, тем дальше летит камень. Таков порядок. Но не существует порядка в том, где и когда появится дичь. За ночью всегда следует день, а за днем — ночь. Но никто не знает, когда пойдет дождь. Впрочем, опытный охотник знает место и время более добычливой охоты и каждому ясно, что осенью дожди идут чаще, чем летом. Значит, и здесь скрыты какие-то менее жесткие закономерности. Незрелый и слабый разум первобытного человека, конечно, не мог разобраться в цепи причин и следствий, и он относил все это за счет высших сил.

В темной глубине веков, едва возвысившись над остальными животными, люди сами ввели в свою среду первые элементы порядка. Это проявилось в расслоении людей по признакам, не имевшим почти ничего общего с естественным различием родителей и детей. Жизненная необходимость показала, что охота становится более добычливой, если среди охотников выделяется вожак, предводитель, превосходящий других слухом и зрением, опытом и сноровкой. Защита от врагов, захват и оборона добычливых угодий удавались лучше, если кто-либо координировал общие действия. Впрочем, вожаки выделяются и среди стадных животных, и среди хищников, охотящихся стаями.