От принтера и CD-диска до джедайского меча. Кто придумал лазер
«Сноб» запускает проект «Кто придумал», посвященный научным достижениям российских ученых. В первом материале рассказываем историю лазера: как советские физики придумали первое лазерное устройство, при чем здесь Эйнштейн и почему люди до сих пор не изобрели тот самый «гиперболоид инженера Гарина»
С чего все началось
В 214 году до нашей эры корабли римской армии приблизились к восточному берегу Сицилии, чтобы начать осаду Сиракуз — эллинистического города Великой Греции. Жители Сиракуз отчаянно сопротивлялись и продержались целых два года, в том числе благодаря идее математика и инженера Архимеда, имя которого знают даже первоклассники. Как пишет Плутарх, по приказу Архимеда воины с помощью зеркал и отполированных до блеска медных щитов сфокусировали солнечные лучи на кораблях римлян и подожгли их. По другой версии, лучи использовали как указатели цели для метательных машин — они и стреляли горящими снарядами по кораблям противников. Как бы то ни было, именно эти события стали той самой точкой опоры, благодаря которой спустя 2 тысячи лет мир действительно перевернулся.
Как ученые развили идею Архимеда
Как и многие другие открытия физики XX века, изобретение лазера не обошлось без участия Альберта Эйнштейна. В 1916 году ученый начал публиковать очередную серию статей, суть которых кроме него могли понять, пожалуй, всего несколько человек на планете. Эйнштейн рассказывал о «вынужденном излучении». Миру понадобилось еще 40 лет, чтобы осознать смысл и потенциал описанного явления. Срок, казалось бы, огромный для современной науки. Но, как говорится, все относительно.
Эйнштейн предположил, что минимальная частица света — фотон — при столкновении с атомом определенного типа может выбить с его орбиты электрон, который станет почти точно таким же фотоном и вместе с первым устремится в пространство. Сконцентрированный пучок света из множества фотонов, созданный за счет вынужденного излучения, грубо говоря, и есть лазер. Но проблема в том, что в обычном мире с точно такой же вероятностью фотон не выбьет из атома электрон, а будет им поглощен и исчезнет. Чтобы бо́льшая часть фотонов выбивала электроны, нужно было создать особую среду. Ее-то и пытались придумать ученые.
Первым такую среду придумал советский физик Валентин Фабрикант. Свои опыты он начал в 1930-х годах, как раз после выхода книги Алексея Толстого «Гиперболоид инженера Гарина» об изобретении мощного луча, способного уничтожать любые преграды. В 1951-м Фабрикант подал заявку на изобретение нового метода усиления электромагнитного излучения, то есть способа сконструировать среду, в которой возможен лазер.