100 великих достижений СССР

История лазера началась в 1916 г., когда Альберт Эйнштейн выдвинул теорию об электромагнитном излучении звезд, тем самым предсказав явление вынужденного излучения, которое лежит в основе работы устройства усиления света. После ряда экспериментальных подтверждений проблемой использования излучения занялись молодые советские ученые Николай Басов и Александр Прохоров.

Для своей лаборатории Прохоров сконструировал экспериментальный ускоритель частиц – синхротрон (устройство большего масштаба работает по принципу адронного коллайдера). Машиной заинтересовались многие из его коллег, однако ученый отказывался отдавать ее другим исследователям. Позже он все же решил расстаться с устройством в обмен на еще одну штатную единицу – подающего надежды аспиранта Николая Басова.

Кстати

Басов окончил МИФИ и попал в лабораторию колебаний ФИАН уже на третьем курсе. Он был убежден, что настоящим исследователем было возможно стать, только работая в команде. «Всегда должен быть кто-то рядом, чтобы участвовать с тобой в научном процессе вместе», – говорил он. Вместе со своим научным руководителем Александром Прохоровым они занялись исследованием радиоволн.

Лазер или мазер?

Здесь следует сразу же сделать оговорку – не следует путать лазер с мазером. Разница между ними примерно такая же, как у мотоцикла с велосипедом: несмотря на то что и тот и другой являются транспортными средствами, имеют два колеса и руль, они все равно обладают отличными друг от друга характеристиками, так как предназначены для разных целей.

Мазер был открыт на шесть лет раньше и является «старшим братом» лазера. Оба относятся к квантовым усилителям излучения, различие между ними лишь в длине генерируемых волн. Названия тоже очень похожи, так как они представляют собой аббревиатуры приборов. MASER – это Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation («усиление микроволн с помощью вынужденного излучения»), а LASER – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation («усиление света с помощью вынужденного излучения»). Мощность мазера довольно мала, поэтому им нельзя ничего разрезать, соединить или осветить.

Н.Г. Басов и А.М. Прохоров в лаборатории

Основным применением мазера сегодня является соблюдение частоты в системе точного времени. Современный эталон времени – секунда, измеряющая излучение атома цезия-133 при помощи атомных часов. Для поддержания частоты излучения используется водородный мазер. Второе его применение – микроволновый усилитель в радиотелескопах.

Кстати

В 1950 г. французский физик Альфред Кастлер предположил, что энергетический уровень электронов способен меняться при воздействии на них других электромагнитных волн, тем самым предугадав появление квантового усилителя.

Вдохновленные идеей французского ученого, в мае 1952 г. Николай Басов и Александр Прохоров выступили с докладом, который охватил и мазер, и лазер, до изобретения которых оставалось еще около пяти лет. Всего несколькими неделям позже американский физик Джозеф Вебер посвятит публичную лекцию той же самой теме.

Ученые делали открытия практически синхронно, публикуя свои наработки в профессиональных журналах. Первой была статья Вебера, вышедшая в июне 1953 г., а затем появилась более детальная и точная статья Басова и Прохорова – в октябре 1954‐го.

Кстати

Тем временем еще один американский ученый Чарльз Хард Таунс предложил ту самую аббревиатуру MASER, высказав идею о применении устройства. Это была только теория, практической стороной вопроса он не занимался. Узнав о выступлении Вебера, он обратился к нему с просьбой прислать свои наработки и предложил сотрудничество. Устройство было собрано, однако получило критику со стороны таких известных ученых, как Нильс Бор, Люэлин Томас и Джон фон Нейман: они уверяли, что система не способна работать.