Мудрость эксперимента - Борис Иванович Смагин

Так появилась в обиходе ученых еще одна исследовательская методика, одинаково пригодная для твердых тел, жидкостей и газов. Разносторонний способ. Когда я усомнился в его достоинствах, Коротеев обиженно сказал:

— А как вы еще сумеете обнаружить десять миллиардов молекул?

Действительно, как? Десять миллиардов только на слух воспринимается, как нечто внушительное. На самом деле, если речь идет о молекулах, это нечто совершенно невесомое и неконтролируемое.

А вот лазерный луч активной спектроскопии сумеет зарегистрировать наличие этих молекул в какой-либо среде, скажем, в атмосфере. Как опытный разведчик, проникнет импульс лазерной пушки сквозь прозрачное окно закрытого сосуда и расскажет, как ведет себя смесь газов, собравшаяся там, из чего она состоит, проделает количественные измерения. И на получение этой экспресс-информации уйдет всего лишь одна стомиллионная доля секунды.

Вполне может быть, что активный метод спектроскопии приведет к неменьшим революционным преобразованиям в исследовании вещества, чем сами лазеры в науке и технике. Появляется возможность изучать колебания молекул, вызванные взаимодействием ядер с электронными оболочками. Прежняя аппаратура ничего подобного обнаружить не могла. А между тем для химиков и биологов подобные измерения чрезвычайно существенны. Кроме того, для биологии активная спектроскопия вообще представляет особую ценность. Биологические объекты, как правило, окрашены или светятся под действием обычных лучей. Поэтому свет для них — плохой разведчик. Но лазерный щуп активной спектроскопии возбуждает особое свечение, не похожее на привычную для данных веществ люминесценцию. Значит, этот «фон», который является непреодолимой помехой для старых методов спектроскопии, не опасен. И возникшие сателлиты легко зарегистрировать.

Некоторые энтузиасты нелинейной оптики вообще считают, что только с ее помощью ученые смогут целенаправленно вмешиваться в сокровенные процессы живой природы, когда один луч лазера послужит преобразователем, а другой — исследователем!

Так уж повелось, что цирковое представление завершается обычно самым сногсшибательным номером. Зритель должен уйти, испытав удивление, граничащее с шоком...

Нечто подобное произошло и со мной в университетской лаборатории «не-оптики».

В неожиданное смятение меня привел трюк... с вентилятором, который на моих глазах сотворил чудо: он отклонил в сторону луч лазера! Представьте себе такую картину: сквозь узкую щель в темную комнату пробивается луч света; вот вы дунули на него, и он от вашего дуновения затрепетал. Это невозможно, скажете вы. Конечно, невозможно.

Так в чем же тогда физическая суть «фокуса», который я видел в лаборатории «не-оптики»? Да все в той же нелинейности. Лазерный луч, который поддался воздушному потоку от вентилятора, был пропущен сквозь прозрачную жидкость в длинном сосуде. Взаимодействие луча такой мощности со средой, в данном случае с жидкостью, привело к тому, что в ней он проложил себе своеобразный световой канал, оптические свойства которого резко отличаются от оптических свойств среды, то есть жидкости. Они таковы, что световой луч отражается от стенок созданного им же канала и суживается еще больше. Происходит так называемая самофокусировка, когда луч уменьшается до тончайшей световой нити.

Пожалуй, теперь нетрудно догадаться, что произойдет с этой светящейся нитью, если включить вентилятор. Воздушный поток своим давлением искривит световой канал, а точнее — нагретые лучом слои жидкости, образовавшие этот канал, и светящаяся ниточка также послушно искривится. Вот и весь «трюк». Кстати говоря, тонкие нити-световоды давно используются в оптике. Разница между ними и тем, что я видел, в том, что в жидкости луч создает себе световод сам, собственной энергией.

В свое время явление самофокусировки было встречено с ликованием. Одни утверждали, что подобным способом можно передавать на расстояние энергию. Другие считали, что именно самофокусировка послужит основой для конструкции молекулярного «скальпеля», о котором мечтают ученые самых разных специальностей. Третьи в явлении самофокусировки увидели возможность создания устройств, которые по своей мощи превзошли бы гиперболоид инженера Гарина.

Но, увы, надежды эти не оправдались. Прежде всего оказалось, что «фокусы» самофокусировки сначала действительно мчатся вместе с лучом, а потом застывают на месте, после чего начинают движение в обратном направлении. Какая уж тут транспортировка энергии! Да и «скальпель» не получается.

Зато неприятностей от самофокусировки много. Так что в этом смысле ее изучение принесло большую пользу конструкторам лазерных установок. Ведь именно самофокусировка ограничивает мощность твердотельных лазеров, поскольку сузившийся луч способен разрушить свою «колыбель»...

И тем не менее явление самофокусировки не осталось в сфере «чистой» науки. В последнее время наметились пути использования этого эффекта для практических нужд.

Было обнаружено, в частности, что в фокусах сузившегося луча, как в сверхмощной лазерной печи, образуется высокотемпературная плазма — предмет особых забот исследователей, занимающихся термоядерными процессами. Причем самофокусировка рождает и плазму и одновременно создает магнитное поле, способное удержать ее. Ведь надежды физиков обращены теперь к лазерной технике. Академик А. М. Прохоров прямо утверждает, что с помощью мощных лазеров на тугоплавком неодимовом стекле «... в ближайшем будущем предполагается осуществить управляемую термоядерную реакцию». Естественно, никто не знает, как это будет сделано. Может быть, первые ростки термоядерных реакций как раз и появятся в тончайших нитях сфокусировавшегося луча? Кто знает... Роль пророков в науке весьма щекотлива. Но во всяком случае ученики и сотрудники А. М. Прохорова вовсю занимаются самофокусировкой. Лаборатория одного из них, ярого поклонника оригинального явления нелинейности, доктора физико-математических наук В. А. Коробкина, где мне довелось побывать как раз перед посещением физического факультета МГУ, была буквально насыщена трюками, подобными трюку с вентилятором. Сужающиеся световые шпаги, пронизывающие жидкость, странные тире и точки своеобразной азбуки Морзе, застывшие в воздухе, тончайшие нити, обрисовывавшие круговые движения лазерного луча, — словом, самофокусировка во всех ее проявлениях.

И «прохоровцы», так же как и физики МГУ, уверены, что рано или поздно придет время для осуществления несбывшихся надежд.

Самофокусировкой завершилось мое знакомство с оптической нелинейностью и работами кафедры волновых процессов МГУ.

Я оставляю комнату, где тонкий светящийся в жидкости шнур вытворяет чудеса, спускаюсь на первый этаж, открываю дверь и оказываюсь в привычном устойчиво-линейном мире безо всяких оптических подвохов.

После всех этих покушений на основы добропорядочной классической физики, после опытов, где неожиданность фигурирует как постоянный фактор, мне захотелось добротного эксперимента, когда элементарны приборы, однозначны выводы, а сама техника проста до примитива. Таким был когда-то физический эксперимент. Сохранился ли он где-нибудь в таком первозданном виде или это уже удел истории?