Ирина Радунская - Крушение парадоксов

В квантовой трактовке рассеяние Мандельштама — Бриллюэна сводится к столкновению фотона и фонона. Фотон исчезает, и одновременно рождается новый, имеющий другую частоту, меньшую, если при этом рождается и фонон, и большую, если фонон тоже исчезает. В таком процессе преобразуются не только энергии, но и импульсы взаимодействующих частиц: импульс вторичного фотона равен сумме импульсов первичного фотона и фонона, принимавшего участие в процессе.

Если же интенсивность падающего света очень велика, что легко достигается при помощи импульсных лазеров, то картина рассеяния Мандельштама — Бриллюэна резко меняется. При малой интенсивности света рассеяние пропорционально числу фононов. При большой — число фононов резко возрастает за счет рождения новых фононов в процессе рассеяния. В результате быстро увеличивается и само рассеяние. Так возникает фотонно-фононная лавина. Такой процесс называется вынужденным мандельштам-бриллюэновским рассеянием. Фононная лавина может, как показали Прохоров и Бункин, вызвать разрушение материала, в котором происходит такой процесс. Так может произойти и саморазрушение лазера, ибо вынужденное мандельштам-бриллюэновское рассеяние происходит и в активных элементах лазеров.

Многочастичным процессом с участием двух фотонов и фононов является и комбинационное рассеяние, открытое в 1928 году Мандельштамом и Ландсбергом в Москве и Раманом и Кришнаном в Калькутте. Оно отличается от предыдущего тем, что фотоны, участвующие в нем, связаны нес тепловыми колебаниями среды как целого, не с тепловыми волнами, а с внутримолекулярными колебаниями.

При лазерных интенсивностях света может наблюдаться вынужденное комбинационное рассеяние, при котором так же резко возрастает интенсивность рассеянного света. На этой основе удалось создать новый специальный тип лазера, позволяющий получить чрезвычайно большую яркость когерентного света.

Нелинейная оптика — одно из молодых направлений древней науки. У нее уже много достижений, но еще большего следует ожидать в будущем.

Глава VII. Образы

Приходилось ли вам ясным весенним утром смотреть на Неву, стоя на крыльце здания Адмиралтейства? Тяжелая громада Петропавловской крепости сумрачно глядит на вычурные линии Зимнего дворца. Строгий стиль бывшего здания биржи контрастирует с двумя ростральными колоннами, которые напоминают о тех далеких временах, когда парус, а не пар и тем более не атомное ядро служили покорителям морей и океанов. Трудно пройти мимо, не задержавшись взглядом на силуэте прошлого. Но человек устроен так, что, вспоминая о старом, он стремится к новому.

Солнечным утром в конце 50-х годов по мосту шагал молодой человек. Шагал, не глядя по сторонам, не замечая окружающего. Он спешил на работу, и его работа шла с ним. Вечером она сопровождала его домой, и усаживала за письменный стол, и не пускала ни в театр, ни в кино. И допоздна не давала уснуть. А утром, когда он просыпался, бодрый и полный энергии, она была тут как тут, и торопила его, и подгоняла новыми надеждами.

И он торопился по набережной, не глядя по сторонам и не замечая плоского здания петровской кунсткамеры и высокого крыльца университета. Так же безразлично он сворачивал с набережной направо между палисадниками и, не видя ни изумрудной зелени, ни возникавшего вдали массивного здания библиотеки, еще раз обдумывал то, что должен сделать сегодня.

Он заходил в институт, одно из первых научных учреждений, созданных Советским правительством, и, пройдя длинными коридорами, открывал дверь в лабораторию и зажигал свет. Окна в лаборатории обычно были наглухо закрыты черными шторами. Молодой человек работал над одной из старых проблем оптики. Свет здесь тоже был работником. Незаменимым, но своевольным, и его нужно было держать в руках, управлять им, как опытный наездник управляет горячей лошадью.

В этом институте живы и развиваются традиции замечательных оптиков С.И. Вавилова, Д.А. Рождественского и других ученых, посвятивших свою жизнь изучению свойств света и применению оптических явлений на пользу людям. Здесь чтят и уважают тех, кто отдает науке все время, все силы, мысли и мечты. Тут, на Васильевском острове, не только территориально, но и идейно слились, неразрывно переплелись три рукава науки — академическая, университетская и отраслевая. Объединились далекими перспективами, конкретными задачами и, самое главное, людьми, умеющими широко мыслить, дерзко провидеть будущее, упорно идти к поставленной цели.

Задача, над которой бился Юрий Николаевич Денисюк, казалась неинтересной большинству его коллег. Человечество вступило в космическую эру. Стали реальностью атомные электростанции. А его, видите ли, не удовлетворяют возможности фотографии!

Уже получены изображения огромных галактик и мельчайших вирусов. Даже отдельные молекулы зафиксированы на фотопластинках. А миллионы самых разнообразных фотоаппаратов в руках любителей и профессионалов превратили фотографию в подлинное искусство, отображающее окружающий мир во всем его многообразии. Что же еще надо?

Да, соглашались друзья, конечно, фотография не лишена недостатков. Она плоска, она мертва. Но настоящий мастер способен, несмотря на это, добиться чудесных результатов при помощи обычного фотоаппарата. А ведь существует и кино.

Есть множество более насущных или более интересных задач. Нельзя забывать и того, что над усовершенствованием фотографии трудилось множество людей, среди них и глубокие ученые, и талантливые инженеры. Здесь каждый новый шаг требует огромных усилий. Окупятся ли они?

Но Денисюк ясно понимал, что блестящие достижения фотографии заслоняют ее принципиальное несовершенство. Она способна зафиксировать на фотоэмульсии лишь ничтожную часть сведений об объекте съемки, переносимых световыми волнами. Этот порок не устранен и в кино. Огромный поток информации остается неиспользованным. Найти возможность применения всей теряемой информации — не мелочь. Сделавший такое совершит важный шаг, все последствия которого трудно предвидеть!

Свет солнца, вольтовой дуги или другого источника света в каком-то смысле похож на чистый лист бумаги. В самом деле, рассматривая бумагу через лупу или микроскоп, можно узнать много интересного о ее строении. Но это нужно только специалистам. Большинство людей применяет бумагу для письма, для рисования. Став основой книгопечатания, бумага привела к интеллектуальной революции. Бумага уже много веков служит основным носителем информации, текущей по номерам газет и журналов, застывающей на многие годы и века на листах книг и законодательных актов. Конечно, бумага имеет и чисто технические применения. Но и в этом она подобна свету.

Изучая особенности световых лучей, можно узнать многое. Астроному они говорят о строении далеких звезд, сталевару о ходе плавки, их применяют и в технологических целях. Для человечества свет — зеркало, в котором отражен весь окружающий нас мир. Оно собирает всю информацию о мире.

И для человека и для животного самая важная функция, выполняемая светом, — передача информации. Природа в процессе эволюции выработала наиболее сложный и совершенный из органов чувств — глаз. Чем были бы мы без зрения!

Свет, отраженный предметами внешнего мира, несет в себе богатейшую информацию. Глаз воспринимает этот свет и передает полученную информацию в мозг. Здесь-то и возникает представление о внешнем мире. Примитивное у животных, все более полное у человека. Глаз и мозг — вот основной канал, при помощи которого мы связаны с внешним миром и можем отображать его в нашем сознании.

Виктор Обухов был близорук. Стоило ему снять очки, как все расплывалось перед его глазами. Виктор уже оканчивал университет, а впервые ему пришлось надеть очки при поступлении в школу. Но и теперь он воспринимал пару копеечных стекол как чудо. Сквозь них ему открывается вся прелесть мира.

Конечно, еще в школе он умел на уроках физики объяснить, что хрусталики его глаз имеют слишком выпуклую форму и не могут создать на сетчатке резкого изображения. А вогнутые линзы очков помогают это сделать, И он знал, что дальнозорким, хрусталики которых слишком плоски, нужно носить выпуклые линзы, и тогда ослабевшие мышцы глаз могут справиться со своей задачей.

Все было просто и понятно школьнику Вите. Но студент Обухов чувствовал правоту аспиранта Денисюка, утверждавшего, что лишь при поверхностном наблюдении сложное кажется простым.

Да, да, поспешно соглашался Виктор, действительно, человек лишится счастья, а человечество прогресса, если простота и ясность детства не будут разрушаться под напором жизни.

Денисюк не стал бы тратить время на объяснение очевидного, но собеседник, вернее слушатель, необходим, чтобы отточить аргументы, и Денисюк старался сформулировать свои мысли логично и ясно.