Версия для печати
Вернуться к списку

О ЛАЗЕРАХ И НЕ ТОЛЬКО

Интерес к этому событию в отечественном научном сообществе (и даже шире - среди российской интеллигенции) был вызван еще и тем, что премии, учрежденные в 1832 г. на пожертвования знаменитого российского заводчика и мецената, почетного члена Петербургской академии наук П.Н. Демидова и на протяжении трех с лишним десятилетий вручавшиеся за выдающиеся труды в области науки, техники и искусства, остались в истории как самые почетные награды академии, высшее признание в отечественной науке XIX века. Именно в таком качестве их и возрождали в новой России спустя без малого полтора столетия.

И хотя сегодня Демидовская премия - уже не самая крупная научная награда в стране в денежном эквиваленте, она все равно особо ценится в нашем научном сообществе. Это обусловлено, в частности, тем, что, как считает один из инициаторов ее возрождения, вице-президент РАН ГА. Месяц, премию "присуждают не чиновники, а коллеги-ученые, способные беспристрастно и компетентно оценить научные заслуги претендентов".

Лауреатами Демидовской премии за 2005 г. стали действительные члены РАН А.Э. Конторович, О.Н. Крохин и Н.П. Лякишев, внесшие крупный вклад в развитие геологии, физики и материаловедения соответственно.

Так, академик Лякишев (заместитель академика-секретаря Отделения химии и наук о материалах, председатель секции наук о материалах, председатель Научного совета по новым конструкционным материалам, директор Института металлургии и материаловедения РАН, главный редактор журнала "Физика и химия обработки материалов" - и это еще далеко не все его должности) ввел в практику реакцию восстановления железа и редкоземельных металлов, лежащую в основе многих важнейших процессов в черной и цветной металлургии и способствовавшую значительному повышению качества плавок. Большой резонанс имело его яркое выступление на Общем собрании РАН в 2002 г., в котором он поведал о разрабатываемых в РАН новых конструкционных материалах с заданной наноструктурой и фантастическими характеристиками. Новые технологии и материалы сулят подлинный переворот в металлургии и ряде других отраслей отечественной промышленности, в результате которого уже через 5-10 лет точность в машиностроении достигнет 1 нм (10 9 м), а прочность материалов приблизится к теоретическому пределу 10(10) Н/м2 Создаваемые же на их основе нанофильтры в будущем обеспечат нас по-настоящему чистым воздухом (он считается таковым, если в 1 см3 содержится менее 6 тыс. частиц аэрозолей).

Открытия академика Крохина широко востребованы во многих странах и областях науки и техники. Он, в частности, приблизил появление полупроводниковых лазеров, незаменимых при изготовлении, например, компакт-дисков с рекордной плотностью записи информации или портативных персональных компьютеров. И сегодня он продолжает работу в этой области, обращая особое внимание на расширение возможного применения лазерного излучения.

Академик Конторович (директор Института геологии нефти и газа СО РАН) детально исследовал особенности формирования и эволюцию многих месторождений нефти и газа на территории нашей страны, разработал методы их диагностики и способы прогнозирования.

По аналогии с десятилетиями отработанной процедурой вручения Нобелевских премий каждый из лауреатов выступает со специальной лекцией на Демидовской конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы современной науки", которая прошла в феврале с. г. в Физическом институте РАН, а также на Демидовских чтениях в Екатеринбурге, где 1 марта в Уральском государственном университете и состоялось вручение премий.

После объявления имен лауреатов заместитель главного редактора журнала "Экология и жизнь" Ю.Н. Елдышев побеседовал с членом бюро Отделения физических наук РАН, прежним директором Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, директором Отделения квантовой радиофизики этого института, одним из крупнейших в стране специалистов в области физики лазеров и взаимодействия лазерного излучения с веществом, академиком О.Н. Крохиным.

- Олег Николаевич, позвольте от всех читателей журнала "Экология и жизнь" поздравить Вас со столь высокой научной наградой, которая является не только оценкой Ваших личных заслуг, но и признанием той роли, которую сегодня играют лазеры как в науке и технике, так и в повседневной жизни. Какой из результатов их применения Вы считаете наиболее важным для человечества?

- Прежде всего это прорыв в области записи, хранения и передачи информации. Ныне даже трудно представить себе, как выглядел бы мир, если бы в нем не было лазеров. Например, нельзя было бы хранить данные на компакт-дисках - ведь на них информация записывается и считывается лазерным пучком. Отсутствовали бы системы оптической связи, мобильная телефония, передача сигналов по оптическим волокнам (по оценкам специалистов, за последние пару лет в мире проложено свыше 150 млн км оптоволоконных кабелей, а объем информации, переданной по ним, даже трудно с чем-либо сопоставить). Наконец, в том мире не знали бы Интернета и электронной почты, без которых сегодня нельзя вообразить нормальное общение и трудовую деятельность значительной части населения планеты. То есть это был бы иной мир, несравненно беднее нашего. Так что с полным основанием можно утверждать, что лазеры не только заметно изменили наше представление о мире, они во многом изменили и сам этот мир.

- На заре "лазерной эры" большие надежды возлагались на лазерную обработку материалов. В лазерах видели едва ли не универсальный инструмент, который должен был заменить сверлильные, токарные, фрезерные и шлифовальные станки, аппараты для сварки и резки самых тяжелых для обработки материалов. Насколько оправдались эти ожидания?

- Это направление применения лазеров уже несколько десятилетий развивается весьма интенсивно. Лазерная обработка материалов стала, по сути, новой отраслью промышленности. Однако следует признать, что пока говорить о возможности повсеместной замены прежних станков на лазерные рановато - лазерам все еще не хватает эффективности (КПД недостаточно высок) и мощности. Так что эта задача остается одной из важнейших, если иметь в виду ближайшие перспективы применения лазерной техники.

- Недавно в СМИ появились сообщения о том, что в США и Китае уже продаются карманные лазеры (размером чуть больше шариковой ручки) с дальностью действия до 200 км. Эти "игрушки", напоминающие широко используемые лазерные указки, обладают в сотни раз большей мощностью и якобы способны с нескольких километров поджечь пороховой заряд, прожечь лист бумаги или тонкого пластика. Судя по первым (весьма тревожным) сообщениям, покупатель может выбрать образец, мощность которого определяется только его воображением и толщиной кошелька. Надо ли говорить, что такое оружие, попав, например, в руки террористов, способно вызвать серьезный переполох в нашем измученном криминальными новостями мире? Насколько, на Ваш взгляд, оправданы такие опасения?

- Увы, их нельзя назвать абсолютно беспочвенными. Как и любое другое выдающееся открытие, лазеры могут быть использованы не только на пользу человечеству, но и ему на погибель. Возможность

"двойного применения" - риск не только науки, но и прогресса в целом. Что же касается китайских "фонариков", то, насколько мне известно, уже приняты серьезные меры, регламентирующие их распространение. Однако, с другой стороны, рассчитывать только на запреты неправильно. Мы же не ограничиваем продажу ножей, топоров, лопат и т. д., а ведь все это далеко не безопасные предметы. Полностью исключить применение любого оружия невозможно в принципе, а вот снизить риск - важная задача не только ученых, но и всего общества.

- А что, по Вашему мнению, лазеры дали фундаментальному естествознанию, помогли прояснить в устройстве мира?

- И здесь их "заслуги" велики и многогранны, но я бы, пожалуй, поставил на первый план их роль в изучении природы света. Ведь лазер - уникальный источник когерентного излучения, иными словами, излучения с постоянной или меняющейся по определенному закону разностью фаз. Хотелось бы, кстати, напомнить, что само слово "лазер", уверенно вошедшее в наш обиход, происходит от английского словосочетания "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" - т. е. "усиление света за счет вынужденного излучения". Этот источник света не только привнес в мир невиданные прежде значения таких важнейших характеристик, как направленность (расходимость) пучка и плотность энергии, но и в итоге породил на свет новые направления науки: когерентную оптику, оптоэлектронику и ряд других дисциплин. Нельзя не упомянуть и об интересных попытках осуществления управляемого термоядерного синтеза на основе нагрева и сжатия специальных сферических мишеней лазерными пучками.

- Сегодня даже не самые прилежные школьники знают, что активной средой в лазерах могут быть разные материалы: газы, жидкости, твердые вещества (кристаллы и стекла, диэлектрики и полупроводники). Какие из необычных материалов ученые "освоили" в этой роли в последнее время и, как говорили раньше, что это даст народному хозяйству?

- С момента создания первого лазера (на кристалле рубина - 1960 г.) в роли активной среды удалось попробовать множество самых разных химических элементов и их соединений: от неона до сапфира. Однако до последнего времени считалось, что кремний, один из самых распространенных на Земле элементов, из-за особенностей его структуры применить в лазере физически невозможно. А вот американские ученые из Университета Джорджа Брауна (Сайлоум Спрингс, штат Арканзас) в конце 2005 г. создали кремниевый лазер. Для этого, правда, потребовалось изменить структуру кремния - в образце нанометровых масштабов пришлось просверлить миллиарды отверстий. Пока, впрочем, такой лазер действует только при температурах около - 200 °С, а это не слишком практично, так что его еще предстоит "научить" работать в нормальных условиях. Но зато из-за уникального сочетания электронных свойств кремния с оптическими свойствами лазера он незаменим для создания новых электронных чипов и средств передачи данных. Такой материал и устройства на его основе оказались бы востребованными при создании более быстрых и мощных компьютеров, новых оптоволоконных сетей и т. д.

- Следующий вопрос адресован Вам не как специалисту по лазерам, а как представителю научного сообщества. Не секрет, что в последнее время престиж науки в нашем обществе заметно упал. Не анализируя сейчас причин этого грустного феномена, не могли бы Вы сказать, что, на Ваш взгляд, могла бы противопоставить этому разочарованию сама наука?

- Прежде всего постараться вновь "очаровать" общество своим могуществом. Я уже упоминал работы по применению лазерного излучения для получения управляемой термоядерной реакции - неисчерпаемого источника энергии, совершенно не загрязняющего планету, своего рода "Святого Грааля" науки в последние полвека. Так вот, в те времена, когда эти работы были на подъеме (а велись они преимущественно в нашем институте), лазеры, да и физика в целом воспринимались обществом едва ли не с трепетом, и ни о каком разочаровании и утрате престижа не могло быть и речи. Науке предстоит в значительной мере заново завоевывать авторитет в нашем обществе с его изменившейся системой ценностей. И помочь в этом должны новые масштабные задачи, достойные уникального потенциала нашей науки.

К ним я бы отнес управление погодой и даже климатом, борьбу с ураганами и другими природными катастрофами, противодействие глобальному потеплению, вызывающему такой ажиотаж в СМИ, которые в свою очередь серьезно будоражат общество. В этой области в последнее время появились любопытные идеи, разрабатываемые совместно нашими физиками и климатологами.

- Учитывая направленность нашего журнала, нельзя ли рассказать подробнее хотя бы об одной из них?

- Я уже не раз беседовал об этом с журналистами. Это становится своеобразным "хитом" для СМИ, поскольку все рассуждения здесь не выходят за рамки курса общей физики.

Прежде всего, необходимо оценить разрушительную силу урагана, т. е. его энергию. Причина ураганов и торнадо (а их мощь и частота, похоже, растут) - рост температуры поверхностного слоя океана, вызванный глобальным потеплением. Учитывая огромные массы нагретой воды, можно понять, какую гигантскую дополнительную энергию запасает Мировой океан.

Мощные потоки воздушных масс в атмосфере возникают в результате перепадов давления. Ураган сопровождается хаотическими порывами ветра, меняющими свое направление случайным образом. Подобные потоки оценивать сложно. Проще это сделать для вихря, смерча, или, как его зовут в Америке, - торнадо. Здесь основа - вихревое и восходящее (т. е. уже отчасти упорядоченное) движение воздушных масс. Нагреваясь у поверхности Земли, воздух устремляется вверх. Образуются направленные потоки, увлекающие соседние массы воздуха. Но перемещаются они не только по вертикали, но и в горизонтальной плоскости (закручивание), в результате чего траектории движения воздушных потоков больше всего напоминают спираль. И по мере приближения к ее оси воздушный поток вращается все быстрее. Если на периферии, скажем, в 50 км от нарождающегося торнадо, скорость кругового движения составляет 15 км/ч, то на расстоянии 5 км она достигает 150 км/ч. А при такой скорости ветер уже сметает почти все на своем пути. По моим оценкам, мощь такой стихии, как натворивший столько бед прошлой осенью ураган "Катрина", сопоставима с взрывом атомной бомбы в несколько мегатонн. Мое предположение состоит в том, что если помешать вращению воздушных струи, он "выдохнется" и стихнет.

Как это сделать? На мой взгляд, лишь одна сила способна остановить торнадо - сила атомного взрыва. Если "взорвать" смерч (даже не обязательно на оси, а хотя бы вблизи нее), он исчезнет. И, похоже, для этого достаточно мощности атомного заряда около 100 кт, а возможно, хватит и на порядок меньшей.

- Но разве в борьбе с одной проблемой, в данном случае - с ураганами, мы не породим иные, в том числе очень серьезные проблемы безопасности? А ведь мир в этом году отмечает скорбную дату - 20-летие катастрофы на Чернобыльской АЭС.

- Аналогичная ситуация складывается при решении большинства серьезных проблем. Разве, взрывая лед на реках при ледоходах или снег на склонах в горах в надежде предотвратить сход снежных лавин, мы не рискуем?

Возможно, такой "активный" подход к защите от природных катастроф когда-нибудь позволит, с одной стороны, снизить ущерб от них, а с другой - по-новому взглянуть на применение "мирных" ядерных взрывов с пользой для человечества и именно в тех ситуациях, где они могут оказаться незаменимыми. Уже не раз не только в СМИ, но и в научной литературе обсуждалась проблема возможного столкновения планеты с крупным астероидом. Не исключено, что и эту опасность можно было бы устранить с помощью направленного ядерного взрыва. Сегодня это выглядит невероятным, но в истории науки было уже немало случаев, когда представление о том, что возможно, а что - нет, менялось очень быстро.