15545-1 (707366), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Одним из наиболее плодотворных научных направлений в то время было исследование нелинейных колебаний. Начались теоретические расчеты по теме "Стабилизация частоты лампового генератора в теории малого параметра". Обращение к задаче о стабилизации частоты не было случайным, так как диктовалось совершенно определенным "социальным заказом" того времени: радиолокация, радиосвязь и телевидение требовали все более и более стабильных по частоте генераторов. Достигнутый ранее очень высокий научный уровень работ по колебаниям позволил быстро добиться выдающихся результатов и в другой области, а именно, в изучении движения частиц в синхротроне. Были теоретически изучены процессы взаимодействия радиальных и фазовых колебаний в синхротроне, а затем поставлена и успешно выполнена задача по наблюдению и исследованию когерентного синхротронного излучения.
В области этих новых направлений активно работал А.М. Прохоров. Ежедневно в девятом часу утра он уходил из дома и возвращался всегда улыбающийся, радостный, в восемь часов вечера. Работал с подъемом и плодотворно. Эти работы легли в основу его кандидатской диссертации, которую он успешно защитил в 1946 году. Попутно он сдал последний аспирантский экзамен по спецпредмету, язык и философия были сданы до фронта.
С 1948 года Александр Михайлович впервые в нашей стране занялся исследованиями в совершенно новом направлении - радиоспектроскопии. Основными целями этой работы были, во-первых, точное определение структуры молекул и, во-вторых, использование исключительно стабильных и узких линий поглощения различных веществ для целей стабилизации частоты в радиодиапазоне.
Исследования в области радиоспектроскопии шли параллельно с работами по физике ускорителей. Исследованием ускорителей Александр Михайлович начал заниматься сразу после защиты кандидатской диссертации. Его научный руководитель, тогда член-корреспондент, а затем академик Владимир Иосифович Векслер поручил Прохорову экспериментальную проверку идеи о возможности использования ускорителя типа синхротрона для генерации сантиметровых и миллиметровых волн. Иными словами, речь шла об изучении когерентного излучения в синхротроне.
Для этого Александру Михайловичу был передан бетатрон - первый бетатрон, построенный в Советском Союзе доктором наук (впоследствии ставшим академиком) Павлом Алексеевичем Черенковым.
Вначале этот ускоритель электронов был опробован в различных режимах. В дальнейшем А.М. Прохоров совместно с сотрудниками перевел бетатрон в режим синхротронного ускорения для изучения синхротронного излучения в области сантиметровых радиоволн. Затем им была проведена большая серия сложных и тонких экспериментов по изучению когерентных свойств магнито-тормозного излучения релятивистских электронов, движущихся в однородном магнитном поле в синхротроне - синхротронного излучения. Синхротронное излучение обусловлено ускорением частиц при искривлении их траектории в магнитном поле и зависит от неоднородности распределения электронов по круговой орбите.
В результате проведенных исследований Александр Михайлович доказал, что синхротронное излучение может быть использовано в качестве источника когерентного излучения в сантиметровом диапазоне длин волн, определил основные характеристики источника, уровень мощности и предложил метод определения размеров электронных сгустков.
По общему признанию, эта классическая работа открыла целое направление исследований, которое весьма плодотворно развивается и до настоящего времени. Сегодня потери на синхронное излучение и связанные с ним эффекты в движении частиц учитываются при конструировании циклических ускорителей электронов высоких энергий. Синхронное излучение циклических ускорителей с длинами волн от мягкого рентгеновского до ультрафиолетового используется в рентгеноструктурном анализе, для рентгеновской и УФ-литографии и в ряде других областей науки и техники.
В январе 1948 года работа небольшого коллектива лаборатории была отмечена президиумом Академии наук СССР присуждением премии имени Л. И. Мандельштама. Премию получили: доктор физико-математических наук Сергей Михайлович Рытов, кандидат физико-математических наук Александр Михайлович Прохоров, кандидат физико-математических наук Марк Ефремович Жаботинский за работы: "К теории стабилизации частоты ламповых генераторов", "Об одном расширении области применения метода малого параметра", "Об одном специальном случае систем с двумя степенями свободы", "Стабилизация частоты в теории малого параметра" и "О теории стабилизации частоты". Диплом премии был подписан президентом Академии наук СССР академиком Сергеем Ивановичем Вавиловым и секретарем Академии наук СССР академиком Бруевичем.
Уже в эти годы в полной мере проявился творческий почерк А.М. Прохорова как ученого и организатора - постоянный поиск, безошибочное определение наиболее актуальных областей исследований, широкое использование самых последних достижений экспериментальных методик и теоретической мысли, в том числе и в смежных областях, и в результате - быстрое продвижение в решении самых ключевых вопросов фундаментальных исследований. Заняв передовые позиции в радиоспектроскопии, лаборатория обеспечила себе фронт работ по получению актуальной информации, столь необходимой физикам, химикам и в ряде других областей. Но здесь снова ярко проявился характер Александра Михайловича как ученого.
Не ограничиваясь получением чисто научных результатов, он ищет области практических приложений новых фундаментальных знаний. Наряду с внедрением радиоспектроскопии как метода спектрального анализа вещества в различные области науки он обращается к задаче использования узких резонансных линий спектров поглощения молекул для стабилизации частоты источников излучения СВЧ-диапазона, т.е. к задаче создания на новой основе высокоточных стандартов частоты и времени.
Именно при решении этой трудной прикладной задачи впоследствии и будут сформулированы главные принципы и заложены физические основы квантовой электроники.
12 ноября 1951 года Александр Михайлович Прохоров защитил докторскую диссертацию. Тема диссертации была связана с изучением когерентного излучения синхротрона в области сантиметровых радиоволн. Наиболее существенное в ней - метод определения размеров в сгустках электронов. Но еще до ее защиты Прохоров начал работать ассистентом на физико-техническом факультете (физтех на Долгопрудной). Из-за подвижности, живости, простоты Александра Михайловича часто принимали за студента. Физтеховцы же его любили и тянулись к нему. Многие из них защитили дипломы в лаборатории колебаний у Прохорова и, будучи способными ребятами, увлеченными наукой, там же оставались работать. Так что лаборатория росла, размах работ увеличивался, энтузиазм - тоже. Дипломниками Александра Михайловича начиная с 1951 года были: Н.Г. Басов, А.И. Барчуков, В.Г. Веселаго, Б.Д. Осипов, П.П. Пашинин, В.К. Конюхов, В.Б. Федоров, В.М. Марченко. Физтеховцы проникали и в другие секторы лаборатории, но некоторые из них впоследствии переходили к Александру Михайловичу. Это Ф.В. Бункин и Н.В. Карлов. Несколько позже у Прохорова появились новые дипломники, окончившие разные учебные заведения: Т.М. Мурина, Г.П. Шипуло. Пришли молодые специалисты: А.А. Маненков, Л.А. Кулевский, химик Г.Я. Взенкова, позже - Зуева. Все они с прибывшими еще позже успешно работают в лаборатории по сей день, став известными учеными.
К этому времени лаборатория имела широкую тематику исследования. Основной темой была радиоастрономия, у истоков которой стояли Н.Д. Папалекси и С.И. Хайкин, а в дальнейшем - В.В. Виткевич. Изучение распространения радиоволн и статистическую радиофизику возглавлял С.М. Рытов.
После защиты докторской Александр Михайлович Прохоров полностью переключился на радиоспектроскопию. Кроме упомянутых лиц, работу в лаборатории возглавляли такие крупные ученые, как А.Б. Меликян, Б.М. Чихачев, А.Е. Соломонович, А.Д. Кузьмин, Р.Л. Сороченко. Бессменным помощником в создании экспериментальных установок большой сложности еще с довоенного до настоящего времени является прецизионный механик Д.К. Бардин. В послевоенное время к нему присоединился умелец, мастер на все руки, вернувшийся с фронта инвалидом, техник В.Н. Колосов. Он проработал у Александра Михайловича до конца 1960-х годов и ушел, так как потеря глаза на фронте мешала ему работать.
В 1954 году руководитель лаборатории академик М.А. Леонтович перешел в Институт атомной энергии, возглавляемый в то время академиком И.В. Курчатовым. Заведующим лабораторией колебаний имени Л. И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси ФИАН СССР стал А.М. Прохоров. Своим энтузиазмом он увлекал не только свой в основном молодой коллектив, но и физиков, работающих в других местах. Тот, кто стремился к серьезной, интересной работе, пытался попасть в лабораторию Прохорова.
В это время одновременно с работами в области физики синхротронного излучения А.М. Прохоров по предложению академика Д. В. Скобельцына проводит цикл исследований по радиоспектроскопии молекул, дополненных затем исследованиями по радиоспектроскопии кристаллов с использованием метода электронного парамагнитного резонанса. Уже в те далекие годы закладываются основы новой научной школы и формируется научный стиль А.М. Прохорова, в основе которого лежит глубокое понимание физики, умение выделить главное и наиболее интересное, способность быстро и эффективно концентрировать усилия на самых перспективных научных направлениях.
В научном творчестве Александра Михайловича Прохорова десятилетие 1955-1965 годов стало одним из самых плодотворных. Полученные им в это время классические результаты легли в основу лазерной физики.
Сейчас еще рано расставлять приоритеты в огромном числе научных достижений А.М. Прохорова. Однако, наверное, мы не погрешим против истины, утверждая, что главным научным подвигом Александра Михайловича (во всяком случае, до настоящего времени) является создание лазера - одного из двух-трех крупнейших научных открытий XX века. История создания лазера полна увлекательных поворотов и драматических событий, и А.М. Прохоров относится к числу главных персонажей и творцов этой истории.
Еще в 1905 году А.Эйнштейн высказал гипотезу, согласно которой энергия света состоит из дискретных порций энергии - квантов, которые испускаются (или поглощаются) атомами и атомными системами при их переходах из одного дискретного энергетического состояния в другое. Спустя несколько лет, в 1916 году, А.Эйнштейном же было введено понятие индуцированного излучения. Было постулировано, что переходы из более высокого энергетического состояния в более низкое могут происходить не только спонтанно, т.е. самопроизвольно, но и вынужденно под воздействием пришедшего извне другого кванта, имеющего энергию в точности равную энергии перехода. В результате с места события уходят уже два кванта излучения - вынуждающий и вынужденный. Важно, что оба они распространяются в направлении, в котором распространялось индуцирующее излучение, и при этом имеют одинаковую энергию, или длину волны излучения. Позже Ш.Бозе и А.Эйнштейном (1924), а затем П.А.М. Дираком (1927) были разработаны теоретические представления о процессах излучения и поглощения света.
В результате были строго обоснованы существование индуцированного излучения и полная тождественность (неразличимость) квантов этого излучения, включая фазу электромагнитных волн (так называемая, когерентность излучения).
Представление об индуцированном излучении является одним из краеугольных камней квантовой электроники и физики лазеров.
Понадобилось около трех десятков лет с момента завершения построения теории излучения и поглощения света до создания первого лазера. Однако ничего удивительного в этом нет. Предстояло сделать еще несколько поистине гигантских шагов, чтобы завершить строительство фундамента лазерной физики. Дело в том, что А. Эйнштейн и П.А.М. Дирак, развивая представления об индуцированном излучении, имели в виду прежде всего оптику, где в то время уже господствовали квантовые представления. Однако в арсенале оптики отсутствовали идеи и методы, дополнившие впоследствии представления об индуцированном излучении и приведшие к созданию лазера. Сейчас уже очевидно, что в оптическом сообществе лазер появиться принципиально не мог. Вершиной развития представлений об индуцированном излучении в среде оптиков стали работы профессора В.А. Фабриканта об оптических средах с отрицательным поглощением (с усилением в квантово-электронной терминологии). Понятия о генерировании монохроматического, когерентного и узко-направленного излучения, что, собственно, и характеризует лазер, в оптике не возникало и не могло в то время возникнуть. Эти идеи и понятия пришли из радиофизики и радиоспектроскопии вместе с понятиями о монохроматическом излучении, инверсной населенности, резонаторах, усилении и генерации радиоизлучений в середине 50-х годов XX века. В среде радиофизиков, оперирующих, в отличие от оптиков, в основном волновыми представлениями, эти понятия уже давно и прочно укоренились и широко использовались в работе. Именно в этих областях успешно работали А.М. Прохоров и его молодые сотрудники. Имея богатый опыт и знания в области радиофизики и прекрасно владея аппаратом теории колебаний, с одной стороны, и глубоко проникнув в область радиоспектроскопии - с другой, Александр Михайлович впервые синтезировал основные идеи и методы радиофизики с квантовыми представлениями оптики.
В 1954 году А.М. Прохоровым (совместно с Н.Г. Басовым) были предложены методы формирования молекулярных пучков с последующей сортировкой возбужденных и невозбужденных молекул и пропусканием пучка возбужденных молекул через объемный резонатор. Здесь впервые удалось соединить в одно целое представления об индуцированном излучении и инверсной населенности с представлениями о резонаторах, обратной связи и генерации когерентного электромагнитного излучения. Всего этого было уже достаточно для создания квантового генератора, работающего на энергетических переходах в радиодиапазоне в молекулярных пучках (т.е. мазера). Первым таким генератором стал аммиачный мазер, излучающий в радиодиапазоне. В тот же период времени была создана исчерпывающая теория молекулярного генератора и усилителя радиоизлучения (1955, А.М. Прохоров совместно с Н.Г. Басовым).
Совершенно естественно, что после триумфального завершения работ по мазерам возник вопрос о движении в сторону видимого участка спектра электромагнитных колебаний, т.е. о создании лазеров оптического диапазона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
