ГАЗЫ, ГАЗЫ

Еще в первую треть нашего века американская наука занимала весьма скромное место. Главные центры научной мысли находились в Европе. Сюда ездила учиться американская молодежь. Здесь появились первые работы Оппенгеймера и других выдающихся американских ученых, которых теперь уже относят к старшему поколению. Конечно, не следует думать, что в Америке в те годы совсем не было крупных ученых. Достаточно назвать имена Р. Вуда и А. Комптона. Но это были полководцы без армии, за ними шли лишь небольшие отряды. А развитие науки в XX веке определяется коллективной мощью.

Захват власти фашистами привел к массовой эмиграции ученых и талантливой молодежи из Италии, Германии, Австрии и других европейских стран. Они ехали в США. Ферми и Сигети, Эйнштейн и Теллер, наконец, Бор, всех не перечесть. Лишь немногие, как Жолио-Кюри, остались, чтобы в подполье бороться с нацизмом. Еще меньше крупных ученых сотрудничали с Гитлером.

Результаты не замедлили сказаться. Американские университеты и исследовательские организации, получившие массированную инъекцию интеллекта, расцвели. После войны этот расцвет продолжался. Молодежь из Европы и Азии, не имея возможности учиться в опустевших университетах старых капиталистических стран, все еще тянулась за океан. Многие, окончив учебу, оставались в Америке. В США интенсивно трудились ученые десятка национальностей. Пожалуй, реже всего среди них можно было встретить представителей коренного населения континента — индейцев или представителей семнадцатимиллионного негритянского населения.

Джаван приехал из Ирана, не зная английского языка, но, проработав несколько лет в окружении таких ученых, как Раби, Таунс, Куш, составивших славу Колумбийскому университету, не только акклиматизировался, но и освоил тончайшее искусство физического эксперимента. Вместе с тем он вполне овладел и математическим аппаратом физической теории, без которого научный эксперимент скатывается к ползучему эмпиризму.

Квантовая электроника, одной из точек роста которой был Колумбийский университет, привлекала способных молодых ученых бескрайними перспективами своих возможностей, головоломными задачами, возникавшими на каждом шагу, трудностями, поджидающими тех, кто идет впереди.

Джаван решил посвятить себя созданию газового лазера. Газовый лазер должен был иметь ряд преимуществ перед твердотелым. Именно тех преимуществ, которые казались недостатками при сравнении усилителя на пучке молекул аммиака с твердотелым парамагнитным усилителем.

Молекулы газов имеют узкие спектральные линии. Это должно было сделать излучение будущего газового лазера очень узкополосным. Как сказали бы оптики, очень монохроматическим, то есть очень одноцветным. Именно этого недоставало лазерам на рубине, хотя они были очень и очень одноцветными по сравнению со всеми известными ранее источниками света.

Несмотря на то, что в первой статье Таунса и Шавлова речь шла именно о газовом лазере, сначала, как известно, родился лазер на рубине — твердотелый лазер. Это объясняется трудностью осуществления того варианта газового лазера, который обсуждался Таунсом и Шавловым. Авторы предлагали применить в качестве активного вещества пары щелочных металлов и использовать оптическую накачку. Впрочем, такой вариант все же был осуществлен, однако значительно позже.

Джаван решил отказаться от лобовой атаки и использовать для получения активной среды обходный путь. Правда, в некотором смысле этот путь должен был быть более прямым. Ведь при оптической накачке требуется очень яркий свет. В рубиновом лазере это свет лампы-вспышки, получаемый за счет мощного электрического разряда в трубке, наполненной ксеноном. Энергия света, даваемого такой лампой, составляет только малую долю от затраченной электрической энергии. Да и получаемый свет используется очень плохо. Лишь очень небольшая часть его попадает в две сравнительно узкие полосы поглощения рубина. Остальной свет бесполезно поглощается в арматуре и переходит в тепло.

Так нельзя ли, подумал Джаван, использовать электрический разряд в газе непосредственно для получения активного инверсного состояния, избежав таким способом промежуточной стадии превращения электрической энергии в световую и связанных с этим потерь?

Электрические разряды в газах уже давно интересовали ученых. Еще Ломоносов и Рихман в России и Франклин в США изучали природу и свойства молний. Рихман трагически погиб во время одного из своих опытов, когда молния, которую он при помощи железного прута завлек в лабораторию, отклонилась от предначертанного для нее пути. С тех пор прошло много времени. Исследования разнообразных свойств электрических разрядов в газах позволили глубоко проникнуть в их механизм. Появились и технические применения таких разрядов. Это и мощные выпрямители, в которых разряд в парах ртути превращает переменный ток мощных энергосистем в постоянный ток, движущий электровозы на железнодорожных магистралях и троллейбусы и трамваи в городах. Это и яркие огни газосветных реклам и целебное сияние «горного солнца» ртутного разряда, горящего внутри трубок из плавленого кварца, прозрачного для ультрафиолетовых лучей.

Но все, что добыли поколения ученых, исследовавших свойства газового разряда, говорило о крайней трудности получения в нем инверсионной населенности. Рассчитывать на получение активной среды таким путем было очень трудно. Нижние энергетические уровни газов заселялись под действием электрического разряда сильнее, чем верхние. А инверсия, как мы знаем, — это состояние, при котором хотя бы один из верхних уровней заселен сильнее, чем один из нижних.

К этому и был направлен обходный путь Джавана.