ПОЧЕМУ ТАК ВАЖЕН ОКАЗАЛСЯ ЛАЗЕР?

Изучение строения вещества не требовало его разрушения. Световые, рентгеновские, электронные и прочие лучи всего лишь "ласково" касались изучаемого материала, поскольку от них требовалось только снять с него "слепок" информации.

Человек же мечтал о возможности передавать световую энергию в виде луча, который производил бы, скажем, плавление металла или взрыв на заметном удалении от испускающего его источника энергии.

Подобные проекты не давали покоя изобретателям и проникали даже в научно-фантастические произведения. В знаменитом романе Алексея Толстого "Гиперболоид инженера Гарина" владелец такого прибора обретал огромную власть, используя его и как грозное оружие, и как средство добычи драгоценных металлов под землей.

К сожалению, выяснилось, что никакими средствами геометрической оптики, то есть с помощью линз и зеркал, добиться концентрированной передачи световой энергии невозможно. Луч расплывается с расстоянием.

Тем не менее реализовать эту идею удалось, правда, уже на основе родившейся в XX веке квантовой оптики. Прибором, воплотившим в себе давние надежды, стал лазер.

Устроен этот прибор так. Трубку со специальной газовой смесью, полупроводник или цилиндрический кристалл рубина окружают лампой-вспышкой, похожей на мерцающие рекламные спирали. Световые вспышки приводят к тому, что в середине, в рабочем веществе, постепенно накапливается энергия, которая в какой-то "пороговый" момент "извергается" целиком. Словно маленькими каплями воды наполняют сосуд, а затем он резко опрокидывается, выливая всю жидкость сразу.

Особенности испускаемых лазером световых "порций" таковы, что все они обладают одинаковыми характеристиками и похожи на строй солдат, марширующих в строго определенном направлении. Такой "строй" может сохранять свой порядок на довольно большом расстоянии, поэтому лазерный луч расплывается в пространстве так мало, что пятно от него даже на Луне не превышает нескольких метров. А мощность луча, приходящаяся на квадратный сантиметр, для некоторых типов лазеров вполне может соревноваться с мощностью Ниагарского водопада!

Вот почему лазеру очень быстро нашлось применение во множестве отраслей науки, техники, медицины и быта. В его луче можно не только концентрировать энергию, необходимую для резки и сварки металлов, поджига термоядерных устройств, но и, регулируя ее расход, проводить уникальные тончайшие операции буквально игольным, точечным воздействием.

Поскольку этот луч оказался способным передавать огромные объемы информации, его стали использовать для оптической связи. Также без него была бы немыслима и голография — способ создания объемных изображений.

ГДЕ ЖЕ ПРЕДЕЛЫ МИНИАТЮРИЗАЦИИ?

Достижения в области микроскопии стали особенно важны в связи с запросами вычислительной техники. Ведь ее прогресс во многом определялся не только появлением новых материалов — полупроводников, но и возможностью собирать из них мельчайшие устройства. То, что раньше громоздилось в нескольких рабочих помещениях, теперь можно разместить на крохотной кремниевой плате, где отдельные элементы еще недавно достигали размеров в миллионную долю метра, а теперь приближаются к миллиардной.

Это уже уровень, сравнимый с размерами атома. Так вот, одним из последних поразительных изобретений был так называемый туннельный микроскоп. Его пробный щуп настолько тонок, что при скольжении по поверхности вещества способен "чувствовать" отдельные атомы, а с помощью вольфрамового острия их можно даже перемещать с места на место. Ради забавы сотрудники исследовательской лаборатории фирмы IBM выложили ее название из отдельных атомов. Вот уж действительно "блоху подковали"!

Для демонстрации возможностей этого микроскопа даже построили "атомные счеты", выложив десять рядов из фуллеренов — молекул, построенных из атомов углерода, — по десять штук в каждом. Для передвижения атомных "костяшек" пользовались тем же щупом.

Вот пример того, как любознательность и стремление получить рекордные научные результаты могут оказаться крайне полезными уже в ближайшее время. Звуковая, текстовая и изобразительная информация на современном оптическом компакт-диске записывается в виде микроскопически малых выступов и углублений. Считывается она с помощью лазерного луча, движущегося с огромной скоростью "с горки во впадинку". А с помощью туннельного микроскопа внутри одного такого углубления удается разместить уже более десятка тысяч супермалых впадинок!

Это значит, что емкость записи информации возрастает во столько же раз. И это, утверждают исследователи, отнюдь не предел. Во всяком случае, будущий суперкомпьютер, способный за секунду перерабатывать информацию, содержащуюся в миллиарде книг или в 2300 годах "прокрутки" видеопленки, и появление которого ожидают в начале XXI века, иначе, как оптическим, и не представляют.

Поэтому не стоит удивляться прогнозам, предсказывающим рождение в ближайшее время еще более миниатюрных приборов и устройств, способных перенести завоевания микроскопии из научных лабораторий в окружающий нас быт.

ЧЕМ СЕЙЧАС ИССЛЕДУЮТ КОСМОС?

Фантастические результаты, которых добилась микроскопия, оказались возможны благодаря привлечению "к работе" не только световых лучей, но и самых разнообразных невидимых нами излучений. А получать информацию из космоса, даже вооружась приборами, мы долгие столетия могли лишь при помощи света.

Сейчас астрономия стала практически всеволновой. Началось с того, что небо стали просматривать в радиодиапазоне, поскольку развивалось радиовещание и радиолокация, то есть появились мощные излучающие, а главное, приемные антенны.

Проведена локация ближайших к нам планет, что позволило уточнить расстояния до них и выяснить особенности в характере их движений. Радиосигналы, излучаемые далекими галактиками и звездными скоплениями, теперь можно принимать и расшифровывать, получая уникальные добавочные сведения наряду с традиционными оптическими изображениями.

Заработали телескопы, с помощью которых были освоены инфракрасный, ультрафиолетовый и рентгеновский диапазоны волн. Накладывая друг на друга различные снимки одних и тех же" космических объектов, можно уловить недостижимые ранее детали их строения и характер их эволюции. А с тех пор, как телескопы стали засылать на околоземные орбиты, где наблюдениям не мешает атмосфера, возможности астрономов расширились еще больше.

С 1990 года выведенный в космос телескоп имени Хаббла передает на Землю поистине потоки информации. Причем отнюдь не всегда она просто вносит дополнительный вклад в уже имеющиеся знания. Так, выяснилось, что возраст некоторых звезд превышает возраст самой Вселенной. Противоречия, возникающие при обработке новых сведений, порой заставляют астрономов пересматривать уже сложившиеся взгляды. Новая техника буквально подстегивает науку.

А что же старые добрые оптические телескопы? Нет, их вовсе не списали в музей, напротив, они активно соперничают с новинками, работающими в иных диапазонах. Используя самые передовые технологии, удалось преодолеть недостатки, присущие большим зеркалам. Тем было трудно поддерживать необходимую для наблюдений форму из-за собственной тяжести. Теперь найдены способы, когда механическими толкателями прогиб зеркала непрерывно корректируется. Или изготовляются составные зеркала, мозаичные части которых с помощью автоматики подравниваются друг под друга так, что образуют будто бы единую поверхность. Эту технологию применили в строительстве телескопа имени Кека на Гавайских островах, благодаря чему он действует, словно десятиметровый телескоп с монолитным зеркалом.

Соревнование наземных и космических телескопов привело к самой настоящей атаке на космос. Столько информации, сколько получено от космических исследовательских станций всего лишь за последние несколько лет, люди не собрали и за четыре столетия предшествующих традиционных наблюдений за небесами с Земли.

Стоит добавить, что человек не останавливается на пассивных способах добывания информации. В конце XX века к Луне будет послан космический аппарат, оснащенный особыми устройствами японского производства — так называемыми проникателями. Сброшенные на Луну с большой высоты, они проникнут в ее поверхность, а затем станут передавать с глубины сведения о температуре и сотрясениях почвы. Внутри каждого из метровых проникателей весом в 13 килограммов — несколько приборов и уникальный, собранный вручную компьютер для обработки и пересылки данных.

Подобные устройства планируется впоследствии забросить на Марс и на другие планеты Солнечной системы.

Продвижение человечества как в глубь загадочного микромира, так и в необозримые космические дали интенсивно продолжается...

Вернуться в раздел: Энциклопедия Науки и техники

Обсудить эту статью на нашем форуме >>>

§ НАУЧНАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ. ПОЗНАНИЯ ПО ВСЕМ ОБЛАСТЯМ НАУКИ И ТЕХНИКИ

Ключевые слова этой страницы: научная, энциклопедия, познания, всем, областям, науки, техники.

Скачать zip-архив: Научная Энциклопедия. Познания по всем областям Науки и техники - zip. Скачать mp3: Научная Энциклопедия. Познания по всем областям Науки и техники - mp3.