Radunska Irēna Ļeva m.

Kad paradoksi grūst

I. RADUNSKA

KAD PARADOKSI GRŪST

PIRMĀ DAĻA

NEMIERA GARI

1. n o d a ļ a

PIRMSĀKUMS Starts

Kā lai zina, vai nūjiņa, kuru berzē pret sausu koka šķilu, vai krams, vai posa bija pirmais uguns iegūšanas līdzeklis, kas atbrīvoja mūsu senčus no nepieciešamības visu laiku sargāt uguni, kuru viņiem bija dāvājusi daba. Mūs vairāk interesē tas, ka cilvēki iemācījās patapināt uguni no Saules. Sim nolūkam viņi izmantoja ar ūdeni piepildītus stikla traukus vai arī kā lēcas graudus noslīpētus caurspīdīgus kvarca kristālus. Viņi centās sagūstīt gaismu. Dienas un nakts maiņa, Saules kvēle un Mēness spīdums, zibens šautras un ugunskura gaisma! Cilvēks nevarēja nedomāt par gaismu.

Eiklīds, ģeometrijas radītājs, uzrakstīja arī pirmo gaismai veltīto darbu. Viņa «Optikā» ir formulēts likums, kas nosaka gaismas staru darbību, likums par gaismas atstarošanos no spoguļa: krišanas leņķis ir vienāds ar atstarošanas leņķi.

Cilvēki izmanto šo likumu vairāk nekā divus tūkstošus gadu. Vēl agrāk kļuva skaidrs, ka gaisma izplatās taisnā virzienā. Eiklīdam gaismas stars ir taisnas līnijas simbols. Bija jāpaiet gadu simtiem, lai pārliecinātos, ka «dabas likums», kuru formulējis cilvēks, var tikt lauzts.

Eiklīda novadnieks Ptolemajs, izdarot savus lieliskos astronomiskos novērojumus, ņēma vērā gaismas staru izliekumu atmosfērā. Tomēr arī Ptolemajs kļūdījās, lai gan viņa mērījumi bija ļoti precīzi. Viņš aprēķināja, ka laušanas leņķis ir proporcionāls krišanas leņķim. Starpība nemaz nebija tik liela, ja ņem vērā Ptolemaja mazos leņķus.

Vairāk nekā piecpadsmit gadsimtus tie, kurus sauca par zinātniekiem, uzskatīja, ka optikā viss ir skaidrāks par skaidru.

Amatnieki slīpēja arvien labākas un labākas lēcas cilvēkiem, kuri cieta sliktas redzes dēļ. Venēciešu un holandiešu meistari samontēja lēcas tālskatos, brīnumainā veidā tuvinādami tālus priekšmetus un atklādami pārsteidzošas detaļas, kad aplūkoja tuvus priekšmetus.

Pat lielais Galilejs, pilnveidodams holandiešu tālskati un aplūkodams ar savu teleskopu Sauli, Mēnesi un planētas, acīmredzot īpaši neprātoja, kā šis tālskatis darbojas.

Tikai trīsdesmit gadu pēc tam, kad Galilejs bija pavēstījis pārsteigtajiem laikabiedriem, ka arī uz Saules ir plankumi, bet planētai Jupiters ir četri pavadoņi, parādījās apcerējums «Dioptika». Tā autors bija franču filozofs, fiziķis un matemātiķis Dekarts. Viņš centās saskaņot visas viņam pieejamās zināšanas ar kopējo Visuma ainu, kuru bija izveidojis, pamatodamies uz stingru loģiku un visu priekšteču darbu kritisku analīzi.

Tikai retais izturējās nopietni pret vieglprātīgā virsnieka darbiem. Autora reputācija neizraisīja uzticēšanos. Pēc koledžas beigšanas Dekarts uzsāka vētrainu virsnieka dzīvi, piedalījās Trīsdesmitgadu karā un neignorēja laicīgās dzīves priekus. Tikai nedaudzi zināja, ka viņš'nodarbojas ar filozofiju un matemātiku.

Trīsdesmit gadu vecumā Dekarts izjuta nepārvaramu interesi par zinātni, bet trīsdesmit divu gadu vecumā jau bija sarakstījis «Prāta virzības likumus», ko izdeva tikai pēc viņa nāves. Tā kā Dekarta darbība bija naidīga sholastikai un baznīcas dogmatikai, viņš bija spiests aizbraukt no dzimtenes un apmetās Holandē, kur nodzīvoja divdesmit visradošākā darba pilnus gadus, līdz 1649. gadam, kad, bēgdams no baznīcas kalpu vajāšanas, pārcēlās uz Zviedriju. Tur viņš drīz nomira.

Cēloņi

Dekarts «Dioptikā» sistematizēja zināšanas par optiskām parādībām. Sīs zināšanas, gandrīz nemainīgas atnākušas no tālās senatnes, bija tīri aprakstošas. Dekarts turpretī centās atklāt parādību cēloņus un atrast tajos iekšējas likumsakarības. Viņš pilnīgi noliedza, ka iespējama iedarbība no attāluma. Viņš bija pārliecināts, ka jebkura darbība notiek spiediena un grūdienu rezultātā. Tajos laikos nekādus citādus spēkus neviens nezināja. Dekarts uzskatīja, ka visi procesi ir saistīti ar ķermeņu pārvietošanos telpā.

Ikviens cilvēks karstā dienā būs izjutis neciešamu saules staru spiedienu. Nav brīnums, ka, pēc Dekarta domām, gaisma ir spiediena pārraide no avota cauri īpaši smalkai videi, kas piepilda visu telpu. Senie zinātnieki izgudroja nosaukumu, kas bija piemērots šai videi — ēters. Tā ēters iegāja zinātnē. Dekarts aprakstīja mehāniskās īpašības, kādas piemīt videi, kura spēj, pēc viņa domām, pārraidīt spiedienu ar bezgalīgu ātrumu jebkurā attālumā.

Dekarts iekļāva «Dioptikā» līdz ar Eiklīda gaismas atstarošanas likumu arī gaismas laušanas likumu, kuru bija atklājis septiņus gadus pirms grāmatas iznākšanas. Tajos laikos nebija pieņemts steigties ar atklājumu publicēšanu, nepublicēja pat tādus, kas apgāztu lielā Ptolemaja likumu, kuru uzskatīja par neapstrīdamu vairāk nekā pusotra tūkstoša gadu. Starp citu, vēlāk izrādījās, ka holandietis Snēliuss atklājis šo likumu eksperimenta ceļā deviņus gadus pirms Dekarta un nepavisam nav uzskatījis par vajadzīgu to publicēt.

— Tā nu gan ir kārtība! — teica kāds mans paziņa fiziķis, izlasījis manuskriptā šo vietu. — Tagad es redzu, kāda nozīme ir zinātnes vēstures pētīšanai. Bet mēs esam nikni, ja žurnāla redakcija aiztur mūsu rakstiņa publicēšanu uz kādu mēnesi! — Brīdi padomājis, viņš piebilda: — Nesaprotu, kāpēc mācību grāmatās šo likumu tomēr sauc par Snēliusa likumu. Zinātnieks nestrādā pats sev, ir muļķīgi nedarīt zināmus iegūtos rezultātus. Tie pieder cilvēkiem. Tos nepieciešams publicēt!

Jā, nav vairs vecie laiki. Cits temps, cita attieksme pret zinātni un tās radītājiem. Toreiz zinātne tikai lēnām uzņēma ātrumu pēc viduslaiku nāvējošā sastinguma. Pagāja vēl apmēram trīsdesmit gadu līdz nākamajam solim, kad Huks savā «Mikrogrāfijā» izskaidroja gaismu kā ātras un ļoti mazas svārstības, kas iet cauri ēteram vislielākajā iedomātajā attālumā visīsākajā iedomātajā laikā. Huks jau zina, kā izskaidrot varavīksnes krāsu rašanos, kad baltā gaisma iet caur prizmu Viņš par jaunu formulē Dekarta—Snēliusa laušanas likumu un apgalvo, ka laušanas leņķis ir atkarīgs no krāsas.

Starp citu, viņam to vajadzēja zināt no Dekarta grāmatas «Meteori», kurā bija izskaidrota varavīksnes rašanās: pirmā varavīksne rodas, gaismai divas reizes lūstot un vienu reizi atstarojoties pilienā, bet otrā varavīksne — divas reizes lūstot un divas reizes atstarojoties. Dekarts pat apstiprināja savu teoriju ar eksperimentu — gaismas laušanu stikla lodītēs.

Taču Huks nemēdza atsaukties uz citu rezultātiem.

Tikai divdesmit piecus gadus pēc «Mikrogrāfijas» nāca klajā Heigensa «Traktāts par gaismu».;Darbs bija nogulējis rokrakstā divpadsmit gadus. Tomēr Heigensa izdarītie atklājumi drīz vien kļuva zināmi, jo bija ļoti svarīgi. Tajos laikos zinātnieki labprāt sarakstījās.

Heigensa teorija noteica, ka gaismas viļņi ir elastīgas perturbācijas, kas izplatās milzum daudzās neiedomājami mazās un visai cietās ētera sfēriskajās daļiņās, kuras iet cauri visiem ķermeņiem.

Viņš izvirzīja arī vispārīgu principu, kas ļauj ģeometriskas konstrukcijas ceļā noteikt jebkura viļņu procesa izplatīšanās virzienu.

Heigenss laikam gan bija pirmais ievērojamais jaunā tipa zinātnieku pārstāvis. Viņš guva izcilus panākumus fundamentālos pētījumos matemātikas un fizikas nozarē, taču ne mazāk vērtīgi bija viņa tehniskie izgudrojumi un konstrukcijas. Viņa daudzpusība ir neparasta. Jaunībā viņš pievērsās matemātikai un astronomijai. Atklāja Saturna pavadoni un tā gredzenus Pamatodamies uz Galileja darbiem, izgudroja pulksteni, kura gaitas regulēšanai izmanto svārstu, bet pēc tam, piedalīdamies Britu admiralitātes izsludinātajā konkursā, izgudroja rotējošu svārstu — balansieri un uz tā pamata radīja pulksteni, kuru neietekmēja kuģa šūpošanās. Heigensu ievēlēja par Londonas Karaliskās biedrības ārzemju locekli tajā pašā 1663. gadā, kad par šās biedrības locekli ievēlēja arī Huku, kopā ar kuru Heigenss noteica termometra svarīgākos pastāvīgos punktus — ledus kušanas punktu un ūdens vārīšanās punktu.

Parastie un neparastie stari

1678. gadā Heigenss nolasīja Parīzes Zinātņu akadēmijas locekļiem savu «Traktātu par gaismu». Tajā bija izskaidrots, kas notiek ar gaismu, tai atstarojoties un lūstot, proti, ar savādo lūšanu Islandes špatā. Turpinādams Dekarta tradīcijas — Dekarts prasīja kritiski izturēties pret jebkurām zināšanām —, Heigenss sava traktāta sākumā atklāj svarīgu Dekarta kļūdu. Heigenss parāda, ka Dekarta secinājums par gaismas bezgalīgo ātrumu nav pārliecinošs, jo nav bijuši pietiekami precīzi viņa Mēness aptumsumu novērojumi, uz kuru pamata viņš izdarījis secinājumus. «Tie ļauj tikai apgalvot,» Heigenss raksta, «ka gaismas ātrums ir simttūkstoš reižu lielāks par skaņas ātrumu.» Tālāk Heigenss izmanto apbrīnojamos Jupitera pavadoņu kustības novērojumus, kurus divus gadus pirms tam bija veicis Rēmers, lai noteiktu gaismas ātrumu. Izdarījis vajadzīgos aprēķinus un ieguvis milzīgu lielumu, Heigenss izsaucas: «Un tomēr tas ir kas pavisam atšķirīgs no momentānas izplatīšanās, jo starpība te ir tāda pati kā starp galīgu un bezgalīgu lielumu.»

Heigensa priekšstati par gaismas dabu daudzējādā ziņā ir ļoti tuvi Huka priekšstatiem, viņš uzskata, ka gaisma ir elastīgi impulsi ēterā, taču neizmanto jēdzienu «viļņa garums» un nepieņem, ka gaismas viļņiem ir noteikts periods.

Kaut arī Heigensa metode ir ģeometriska, jo pamatojas uz sfērisku viļņu frontes apskatu, tā deva iespēju, sekojot Dekarta tradīcijām, formulēt gaismas atstarošanas un gaismas laušanas likumus, kurus pirms tam uzskatīja tikai kā eksperimentu faktus un kuri netika izskaidroti.

Savu gaismas izplatīšanās principa spēku un efektivitāti Heigenss demonstrēja, izskaidrodams noslēpumaino gaismas stara sadalīšanos divos atsevišķos staros Islandes, špata kristālos.

Heigenss nosauca vienu no šiem stariem par «parastu» staru, jo tas pakļāvās Dekarta staru laušanas likumam, bet otru par «neparastu» staru, jo tas neievēroja šo likumu un lūza «nepareizi».

«Staru dubulto laušanu» 1669. gadā atklāja Brato- līns. Viņa laikabiedriem tā likās ne vien neizskaidrojama, bet arī pretrunā ar visu, kas uzrakstīts par gaismu, pretrunā arī ar to, ko par gaismu rakstījis Dekarts un Huks.

Iespēja izskaidrot dubultlaušanu Heigensam bija ārkārtīgi nozīmīga, jo viņa princips nonāca pretrunā ar Huku svarīgā punktā — gaismas laušanas likuma izskaidrojumā. Kā viens, tā otrs formulēja laušanas likumu, pamatojoties uz gaismas ātrumu atšķirību katrā pusē robežai starp divām dažādām vidēm, piemēram, gaisu un stiklu. Turklāt Heigensam laušanas koeficients izteikts kā gaismas ātrums pirmajā vidē attiecībā pret tās ātrumu otrajā vidē. Hukam turpretī iznāca apgriezta attiecība. Bet eksperimentēšanas iespējas bija tādas, ka par gaismas ātruma izmērīšanu laboratorijā nevarēja būt ne runas.

Starp citu, saprotams, kāpēc Heigenss neizstrādāja līdz galam gaismas viļņu teoriju. Viņš balstījās uz daudzu optisko parādību analoģiju ar akustiskām parādībām. Bet akustika ir saistīta ar skaņas viļņiem. Izplatoties skaņai, gaisa daļiņas svārstās tādā pašā virzienā, kādā izplatās vilnis. Ja gaisma patiešām būtu tāds pats gareniskais vilnis ēterā, tad būtu pilnīgi neiespējami izskaidrot tādu parādību kā polarizācija, kuru atklāja pats Heigenss, pētot dubultlaušanu. Abi stari, kuros sadalījās uz Islandes špata kristālu krītošais gaismas stars, taču ir pilnīgi dažādi un lūst katrs citādi. Akustikā nekā tamlīdzīga nav un nevar būt.

Skaņas viļņi nav spējīgi izplatīties tāpat kā gaisma. Saules gaisma — ikviens par to var pārliecināties — izspraucas pa spraugu loga slēģī kā šaurs precīzi norobežots stars. Turpretī skaņa, iekļūdama pat pa šauru kanālu caur akmens sienu, piepilda visu istabu.

Nē, Heigenss, kuru pieņemts uzskatīt par gaismas viļņu teorijas pamatlicēju, spēra tikai pirmo soli. Viņš pat nepapūlējās izskaidrot Grimaldi atklāto difrakciju — viļņu apliekšanos ap šķēršļiem, lai gan Grimaldi grāmata «Fizikāli matemātisks traktāts par gaismu, krāsām 1111 varavīksni» parādījās pirms Heigensa traktāta.

Jau toreiz daudzu prātus nodarbināja idejas par viļņiem, arī Grimaldi, atklājis, ka gaisma liecas ap šķēršļiem, nevarēja iztikt bez priekšstata par viļņiem. Taču viņa izpratnē gaisma nebija paši viļņi, viņš uzskatīja, ka gaisma ir šķidrums, kas ātri virzās cauri telpai un caurspīdīgiem ķermeņiem. Grimaldi iztēlojās, ka viļņi rodas, gaismas šķidrumam atsitoties pret šķērsli, kas liek gaismas šķidrumam aizplūst gar šķērsli, gluži tāpat kā ūdens strautā tek gar akmeni. Grimaldi ar pirmatklājēja tiesībām nosauca šo parādību par difrakciju. Sis jēdziens uz visiem laikiem iegāja zinātnē, pārsniegdams optikas robežas un iegūdams gluži citu saturu.

Starp citu — ne tikai šis Grimaldi izgudrotais nosaukums saglabājies līdz mūsu dienām. Grimaldi pirmais sastādīja Mēness karti un deva daudzām_ tā redzamās virsmas daļām līdz mūsu dienām saglabājušos nosaukumus.

Titāns

Tajā pašā 1665. gadā, kad pēc Grimaldi nāves nāca klajā gan viņa traktāts par gaismu, gan Hukā «Mikro- grāfija», Izalcs Ņūtons, fermera dēls, bārenis, Kembridžā beidza Trīsvienības koledžu un ieguva bakalaura grādu. Jau studenta gados atturīgais jauneklis pievērsās idejām, kas viņu pacēla pāri visiem dabas pētniekiem pasaulē. Viņš daudz strīdējās ar Huku, kurš dažreiz centās pierādīt, ka šur tur aizsteidzies priekšā Ņūtonam. Starp citu, vairākiem zinātniekiem bija iemesls apvainot Huku tieksmē piesavināties svešus atklājumus. Diskusijas ar Huku beidzās ar to, ka Ņūtons nepublicēja savus darbus optikā Huka dzīves laikā.

Ņūtons uzskatīja gaismu par daļiņu — korpuskulu plūsmu. Tomēr viņš labāk par visiem laikabiedriem saprata, cik svarīgas ir gaismas periodiskās īpašības. Novērodams krāsainos gredzenus, kurus ikviens var redzēt, ja noliek vāji izliektu stikla lēcu uz plakanas plāksnītes, un izmērīdams tos, Ņūtons aprēķināja dažādām krāsām atbilstošos viļņu garumus. Tomēr Ņūtons saprata, ka, pielīdzinot gaismas viļņus skaņas viļņiem, nav iespējams ne tikai izskaidrot staru dubultlaušanu, bet arī aprakstīt gaismas staru taisnvirziena izplatīšanos. Tas viss lika Ņūtonam secināt, ka gaisma ir korpuskulu plūsma.

Taču, pamatīgi izpētījis gaismas difrakciju un tās polarizāciju, staram dubulti lūstot, Ņūtons secināja, ka vienkāršai korpuskulārai teorijai ir trūkumi. Un viņš izdarīja milzu sasniegumu, cenzdamies apvienot gaismas viļņējādās un korpuskulārās īpašības.

Pēc sintētiskās teorijas gaisma joprojām tika uzskatīta ka no gaismas avota izlidojošu daļiņu plūsmas, taču domāja, ka daļiņu kustība ēterā rada viļņus. Viļņi apsteidz to radītājas daļiņas un, uzskriedami šķēršļiem, spiež daļiņas mainīt savu ceļu, apliecoties ap šķērsli. Daļiņas, kuras lido taiu no šķēršļa malām, kustas taisnā virzienā, neizjuzdamas nekādu iedarbību.

Tāda teorija varēja izskaidrot visas Ņūtonam zināmās optiskās paradības. Taču viņš bija spiests atteikties no tās, jo ētera pastāvēšana nesaskanēja ar Saules sistēmas pastāvēšanu. Ņūtons nevarēja saprast, kāpēc ēters nerada šķēršļus planētu kustībai!

Šodien, no XX gadsimta kalngaliem raugoties, mums ir viegli sacīt, ka gaismas būtības izpētīšana nav pa spēkam vienam cilvēkam, lai cik dižens tas arī būtu. Tomēr Ņūtona diženums izpaudās ne tikai viņa sasniegumos, bet arī viņa kļūdās. Tā, piemēram, izpētījis baltas gaismas sadalīšanos krāsainos staros, kas ir baltās gaismas sastāvā, un ieguvis balto gaismu, saliekot varavīksnes krāsas, Ņūtons saistīja šīs parādības ar vienu no attēla izkropļojuma veidiem lēcās. Viņam šķita, ka tāds kropļojums — varavīksnes apmales rašanās attēla malās — nav novēršams. Un… Ņūtons izgudro spo- guļteleskopu, kam nepiemīt minētais trūkums. Spoguļ- teleskopi vēl tagad ir visspēcīgākie astronomijas aparāti.

Hromatiskās aberācijas pētījumi un spoguļteleskopa vēsture ļauj papildināt Ņūtona personības raksturojumu. Beļģu fiziķis Lūkass kļuva pazīstams ar to, ka, atkārtojis Ņūtona eksperimentus ar gaismas laušanu prizmā, atklāja savu rezultātu nesakritību ar Ņūtona rezultātiem. Ņūtons apgalvoja, ka Lūkass kļūdījies. Tagad mēs zinām, ka viņi izmantoja dažādu šķirņu stikla prizmas. Un mums ir grūti saprast, kā to varēja nepamanīt.

Ņūtons izveidoja spoguļteleskopu, viscaur pamatodamies uz saviem personiskajiem pētījumiem un aprēķiniem. Tomēr tas nenozīmē, ka viņš bija pirmais. Tajā laikā jau bija radīti pietiekami lieli teleskopi pilnīgi bez lēcām. Bet spoguļteleskopi pieminēti jau Galileja darbos.

Ņūtona diženums izpaudās arī tādējādi, ka viņš, apzinādamies korpuskulārās teorijas trūkumus, jo šī teorija nespēja izskaidrot gaismas periodiskās īpašības, un nevarēdams pieņemt, ka pastāv ēters, neizvirzīja kādu kategorisku apgalvojumu, neiznīdēja un neierobežoja ar sava vārda autoritāti tālākos pētījumus.

Ne vienmēr var atrast kato|us, kas grib būt svētāki par pašu pāvestu. Pēc Ņūtona nāves pamazām vien tika aizmirsts, ka «Optikas» pēdējā izdevumā viņš minējis septiņus argumentus par labu viļņu teorijai un tikai vienu pret to. Pēcteči pieņēma par absolūtu viņa korpuskulāro teoriju, un tā kļuva par valdošo līdz pat XIX gadsimta sākumam, bremzēdama zinātnes attīstību.

Atdzimšana

Lūzums notika, kad Jungs atdzīvināja viļņu teoriju, lai izskaidrotu interferenci, bet Frenels beigu beigās ar tās palīdzību atrisināja arī difrakcijas problēmu.

Tomass Jungs sāka nodarboties ar fiziku un matemātiku astoņu gadu vecumā, kad lielākā daļa bērnu tikai sāk mācīties ābeci un aritmētiku. Pēc gada viņš jau mācījās svešvalodas, kā arī latīņu, grieķu, senebreju un arābu valodu. Tajā laikā viņa galvenā aizraušanās bija botānika. Šķita, ka zēnu gaida tāds pats liktenis kā daudzus brīnumbērnus — popularitāte bērnībā un drīza aizmiršana. Taču Jungu nepiemeklēja tik skumjš liktenis. Divdesmit gadu vecs viņš publicēja darbu «Redzes procesu novērojumi». Sajā darbā, pamatodamies uz saviem eksperimentiem, viņš apšaubīja gaismas korpuskulāro teoriju, kas jau identificējās ar Ņūtona vārdu, un izteica savas domas par viļņu teoriju.

Viņa pārdrošība izsauca vētru. Pārliecināto Ņūtona piekritēju kritikas ietekmēts, Jungs atzina, ka viņa uzskati nav pamatoti, un uz laiku pārtrauca nodarboties ar optiku. Viņš neatlaidīgi strādāja, gatavodamies iegūt medicīnas doktora diplomu.

Tomēr domas par gaismas dabu netika pamestas. 1800. gadā publicētais Junga traktāts «Eksperimenti ar skaņu un gaismu un ar to saistītās problēmas» ļauj daļēji ielūkoties ne tikai viņa fizikas kabinetā, bet arī tajā gluži psiholoģiskajā sfērā, kuru tagad pieņemts saukt par zinātnieka radošo laboratoriju. Jungs norāda uz to vietu Ņūtona slavenā darba «Dabas filozofijas matemātiskie sākumi» trešajā gramatā, kur runāts par astronoma Halleja pētījumiem, novērojot anomāli augstos paisumus Filipīnu arhipelāga dažos rajonos. Ņūtons izskaidro tos ar paisuma viļņu savstarpēju pārklāšanos.

Labam aktierim pietiek ar vienu sufliera vārdu, lai brīvi norunātu sarežģītu monologu, protams, ja aktieris ar iepriekšēju patstāvīgu darbu ir pietiekami sagatavots lomai.

Jungs bija sagatavots. Atsevišķs piemērs, kas attiecās uz optikai tik tālo paisuma teoriju, bija grūdiens, kas izraisīja lavīnu.

«Iedomājieties virkni vienādu viļņu, kas skrien pa ezera virsmu… Tad iedomājieties, ka analoģiska cēloņa dēļ izraisīta cita sērija viļņu, kas ir tāda paša lieluma un izplatās ar tādu pašu ātrumu vienā un tajā pašā laikā, kā pirmā viļņu sistēma. Neviena no šīm divām sistēmām neizjauc otru, bet viņu darbība pastiprināsies, ja … vienas sistēmas viļņu virsotnes sakritīs ar otras sistēmas viļņu virsotnēm; bet, ja vienas sistēmas viļņu virsotnes atradīsies otras sistēmas viļņu ieplakās, tad tās piepildīs šīs ieplakas un ūdens virsmas līmenis kļūs līdzens. Manuprāt, līdzīga parādība vērojama, kad sajaucas divas gaismas porcijas; un šo pārklāšanos es nosaucu par gaismas interferences vispārīgo likumu.»

Jungs tīri abstrakto slēdzienu apstiprina ar vienkāršu un uzskatāmu eksperimentu. Junga lielisko eksperimentu jebkurš var atkārtot. Kartonā ar adatu izdur divus nelielus caurumiņus un apgaismo tos ar saules gaismu,' kas ieplūst pa spraugu aizvērtā slēģī. Uz pretējās sienas vai īpaša balta ekrāna rodas pamīšus gaišas un tumšas joslas: gaišas joslas tur, kur gaismas viļņi, kas iet pa abiem caurumiņiem, pārklājas saskaņoti (fāzē), bet tumšas tur, kur tie dzēš cits citu (pārklājas pretfāzē).

Ja aizklāj vienu caurumiņu, joslas pazūd. Paliek tikai difrakcijas gredzeni, kurus bija novērojis jau Grimaldi. Joslas pazūd arī atverot slēģus, kad šaurais gaismas kūlis, kas krita uz abiem caurumiem, kļūst plats. Tā savus eksperimentus izdarīja Grimaldi un, protams, nevarēja atklāt joslas.

Junga darbs tika uzņemts ar neuzticību, bet viņa tautieši ang|i izsmēja diletantu, kurš mēģina piesavināties Ņūtona dižo mantojumu. Bet tagad Jungs nepadevas.

Viļņu stars

Vienā laikā ar Jungu, par viņa darbiem neko nezinādams, ar optiskiem pētījumiem nodarbojās vēl viens «diletants» — Francijas ceļu inženieris Ogistens Fre- nels. Viņš bija piedalījies cīņā pret Napoleonu, un «tīrīšanas» laikā, kas notika «Simt dienu» periodā pēc Napoleona atgriešanās no Elbas, Frenels aizbrauca uz laukiem. Seit viņš sāka sistemātiskus pētījumus optikas nozarē. Viņa līdzekļi bija ierobežoti, tikpat nabadzīgas bija eksperimentēšanas iespējas. Taču spēcīgais intelekts un ieradums iztikt ar vienkāršām matemātiskām metodēm palīdzēja iegūt apbrīnojamus rezultātus. Un viņa eksperimenti bija nevainojami, jo Frenelam bija inženiera ķēriens un viņš izvirzīja sev prasību, lai ikviens rezultāts būtu drošs.

Frenels sāka ar nelielu priekšmetu ēnu pētīšanu. Visskaidrāk to var izdarīt ar tievām stieplītēm. Un Frenels atklāja tumšas un gaišas joslas, kas mijas, neveidojot ēnas asu robežu, kas bija gaidāma, pamatojoties uz korpuskulāro teoriju. Tiklīdz stieples vienā pusē pielika necaurspīdīga ekrāna malu, gaišās joslas ēnas iekšpusē pazuda, palika tikai tumšās joslas apgaismotajā daļā. Sīs joslas jau bija novērojis Grimaldi.

Pēc Frenela domām, gaišās joslas ēnas iekšpusē rodas, pārklājoties gaismas viļņa divām daļām, kas ap- liecas no abām pusēm ap stiepli. Tādā veidā viņš patstāvīgi tika līdz gaismas interferences izpratnei.

Vēlāk, uzzinājis par Junga darbiem un viņa eksperimentiem ar diviem caurumiņiem un vēlēdamies pilnīgi atdalīt interferences parādību no difrakcijas parādības uz caurumiņu malām, Frenels izdomāja eksperimentu ar diviem spoguļiem un dubultu prizmu. Tas ļāva viņam sadalīt un atkal savienot gaismas viļņus, kas iet pa šauru spraugu, un novērot brīnumjaukas interferences ainas, kas tagad pazīstamas ikvienam skolēnam.

Frenels apvienoja interferences principu ar Heigensa ieviesto elementāro viļņu un apliecēja viļņa metodi.

Izveidojās pilnīgi pabeigta sistēma. Turklāt elementārie viļņi un to apliecējs vilnis vairs nebija tīri ģeometrisks jēdziens un konstruēšanas veids kā Heigensam, bet bija kļuvuši par gaismas viļņu pašu būtību. Frenels ar to neaprobežojās, viņš matemātiski formulēja gaismas viļņu teoriju.

Viņš parādīja, ka no punktveida gaismas avota plūstošas viļņu frontes atsevišķas daļas rada sekundārus viļņus tādā veidā, ka tie pilnīgi dzēš cits citu — visus, izņēmums ir neliela centrālā daļa, kas atrodas uz taisnes, kura savieno gaismas avotu ar apgaismoto punktu.

Tā tika atrisināts mūžsens paradokss, kas stāvēja gaismas viļņu teorijas ceļā. Tika atrasts izskaidrojums taisnvirziena kustības gaismas stariem, kas rodas un paliek šauri, kaut arī gaismai ir viļņu daba. Te tas būs: visi viļņi, kas noliecas no taisnā virziena, pilnīgi dzēš cits citu. Visi viņi dzēš cits citu, netraucēdami izplatīties šaurajam staram, kas sastāv no taisnā virzienā plūstošu viļņu centrālajām daļām.

Frenels spēja matemātiski aprēķināt visas detaļas procesam, kas noved pie gaismas viļņu apliekšanās ap priekšmetu malām, norādīdams, starp citu, ka šis process ir atkarīgs no viļņa garuma. Tā beidzot tika izveidota difrakcijas teorija.

Lielie matemātiķi Laplass un Puasons, kā arī daži fiziķi uzskatīja inženieri Frenelu par diletantu arī matemātikā. Viņi kritizēja Frenela pirmos rakstus par difrakciju, jo neesot matemātiski stingra pierādījuma.

Paradokss

Pēc dažiem gadiem Frenels no jauna formulē savus rezultātus un iesniedz tos Parīzes Zinātņu akadēmijā konkursam. Darbu izskatīja speciāla komisija — Laplass, Puasons, Arago, Bio, Gei-Lisaks. Trīs pirmie bija pārliecināti Ņūtona teorijas, gaismas korpuskulārās teorijas piekritēji. Arago sliecās uz gaismas viļņu teoriju, bet, būdams eksperimentētājs, nespēja stāvēt pretī La- plasa un Puasona nevainojamai matemātiskai loģikai. Gei-Lisaks pētīja gāzti īpašības, ķīmiju un risināja milzum daudz speciālu jautājumu, no kuriem neviens nebija saistīts ar optiku. Akadēmiķi saprata, ka Gei-Lisaks pēc būtības nevar būt autoritāte Frenela darbam, bet, acīmredzot, ielika viņu komisijā tādēļ, ka viņš bija objektīvs un nevainojami godīgs. Patiesībā visu komisijas locekļu zinātniskā sirdsapziņa bija ārpus jebkādām aizdomām.

Puasons tik pamatīgi izpētīja Frenela memuārus (toreiz termins «memuāri» nozīmēja to, ko tagad «monogrāfija»), ka spēja atklāt apbrīnojamu secinājumu, kas izrietēja no Frenela aprēķiniem. Pēc aprēķiniem iznāca, ka attiecīga izmēra necaurspīdīga diska ēnas centrā jābūt gaišam plankumam. Plankumam jāpazūd un atkal jāparādās atkarībā no tā, cik tālu atvirza no diska ekrānu, uz kura novēro šo parādību.

Vēl vairāk — uz ass, kas savieno punktveida gaismas avotu ar nelielu caurumu, tāpat jānovēro pārmaiņus gaisma un ēna. Nebija iespējams saskaņot tādu paradoksu ar priekšstatu par korpuskulām, kas lido gaismas stara virzienā.

Komisija piekrita Puasona domām, ka tas ir pretrunā ar veselo saprātu, un lika priekšā Frenelam apstiprināt savu teoriju ar eksperimentu. Komisija uzskatīja, ka tāds eksperiments izlems seno viļņu teorijas un korpuskulārās teorijas strīdu.

Arago palīdzēja Frenelam izdarīt izšķirošo eksperimentu. «Veselais saprāts» tika apkaunots, Frenels saņēma prēmiju, viļņu teorija, kā likās, uz visiem laikiem guva virsroku. Tomēr tieši tad no zinātnes okeāna dzelmes iznira klints, kura draudēja nogremdēt Frenela viļņu teorijas brīnišķo kuģi.

Strupceļš

Tagad maz pazīstams fiziķis Malī atklāja, ka gaisma polarizējas, ne tikai ejot caur Islandes špatu, bet arī vienkārši atstarojoties vai lūstot uz robežas starp divām vidēm. Malī atklājumu viegli izskaidroja īpašības, kādas piemīt gaismas korpuskulām, kurām Ņūtons piedēvēja asimetriju vai polaritāti. Kā viņš izteicās — ikvienam gaismas staram ir divas puses. Tādēļ gaismas polarizācijas parādība tolaik tika uzskatīta par korpuskulārās teorijas spēcīgāko argumentu.

Frenela lieliskā intuīcija lika viņam neievērot Ņūtona autoritāti. Viņš gāja to pašu ceļu, kuru Heigenss, no kura aizguva ideju, ka gaismas viļņi ir analoģiski akustiskajiem viļņiem. Viņš saprata, ka viļņu teorija nespēj izskaidrot Malī eksperimentus un visu cilvēkiem pirms un pēc viņa zināmo par gaismas polarizāciju, ja neuzskata, ka gaismas viļņi ir šķērsviļņi, līdzīgi tiem, kurus ikviens redzējis uz ūdens virsmas. Tādu pieņēmumu izvirzīja arī Grimaldi un Huks, taču citādi viņu priekšstats par gaismas viļņiem bija naivs un miglains. Bet Frenela laikā neviens vairs nedomāja par gaismas viļņiem kā šķērsviļņiem. Par to nedomāja arī Frenels. No viņa pirmajiem rakstiem, referātiem un vēstulēm nav izprotams, vai viņš, palikdams šķērsviļņu hipotēzes robežās, centies tikt galā ar polarizācijas problēmu vai vienkārši neievēroja šo grūtību, lai izskaidrotu visas pārējās viņam zināmās gaismas īpašības. Skaidrs ir viens. Frenels ir pārliecināts, ka korpuskulārā teorija nav pamatota. Ņūtona dotais polarizācijas izskaidrojums viņam šķita nepārliecinošs, viņš to uzskatīja par neesošu. Tādā gadījumā vienīgo viļņu teorijas grēku viņš neuzskatīja par nāves grēku.

Ir zināms, ka Bio un Arago arī izdarījuši daudzus lieliskus pētījumus gaismas polarizācijas jomā. Bio darbi ļoti nostiprināja viņa pārliecību par gaismas korpuskulārās dabas pamatotību. Arago atklāja izkliedētas debesu gaismas polarizāciju un hromatisko polarizāciju, taču, uzskatīdams, ka svarīga ir tikai jaunu faktu konstatēšana, un cerēdams, ka tie ar laiku iekļausies nākamās teorijas ietvaros, viņš atzina par labāku nedomāt par grūtībām, kuras viņam šķita nepārvaramas. Arago kopā ar Frenelu sistemātiski pētīja polarizēto staru interferenci. Darba gaitā viņi kopīgi noskaidroja, ka divi gaismas stari, kas polarizēti paralēlās plaknēs, spēj savstarpēji interferēt, turpretī perpendikulāri polarizēti stari nekad viens otru nedzēš!

Lai aptvertu visu radušās situācijas dramatismu, jāskatās no pagājušā gadsimta sākuma zinātnieku redzes viedokļa. Ja viņi atteicās no gaismas korpuskulārās teorijas, viņiem taču atlika tikai viens ceļš — atzīt gaismu par ētera viļņiem. Tolaik uzskatīja par labāku nepieminēt ētera īpašības. Tie laiki bija sen pagājuši, kad varēja apspriest ētera daļiņu lielumu un formu un strīdēties, vai tas sastāv no daļiņām vai ir blīvs šķidrums. Eksperiments, šis jaunā laikmeta elks, nedeva nekādu pamatu tādai prātošanai. Zinātnieki cienīja faktus. Zināms tikai tas, ka ēters nerada šķēršļus ķermeņu kustībai. Ne mūžīgajai planētu kustībai, ne mazajiem ķermeņiem, kuru paātrinājumu un ātrumu var mainīt un izmērīt eksperimentēšanas gaitā.

Pēc analoģijas ar akustiku bija skaidrs, ka ēters, vissmalkākā, nesveramā vide, spēj pārraidīt to procesu, kuru mēs uztveram kā gaismu. Slavenais Ampērs, viens no pamatlicējiem zinātnei par elektrību, jau 1815. gadā teicis Frenelam, ka polarizācijas parādību var saprast, ja pieņem, ka ētera gaismas svārstības ir šķērseniskas atšķirībā no skaņu viļņiem gaisā, kura daļiņas svārstās gareniski skaņas izplatības virzienam. Frenelam tāda doma likās pilnīgi neiespējama. Šķērseniskas svārstības taču var būt tikai cietos ķermeņos!

Jungs, uzzinājis par Arago un Frenela eksperimentiem ar polarizēto gaismu, arī iedomājās ētera šķēr- seniskās svārstības, taču rakstīja tikai par «šķietamu šķērsenisku kustību». Vai viņš vēl bija nobijies no tā, kā viņa tautieši uzņēma interferences teoriju, vai viņam pašam doma par ētera šķērsenisko svārstību šķita pārāk fantastiska — to nevar konstatēt ne pēc viņa rakstiem, ne pēc vēstulēm. Vairākus gadus viļņu teorijas piekritēji izjuta savu bezspēcību gaismas polarizācijas mīklas priekšā un centās to apiet. Korpuskulārās teorijas piekritēji līksmoja.

Lēciens

Bija nepieciešama vislielākā drosme, lai tādos apstākļos izdarītu to, ko izdarīja Frenels. Viņš to uzdrošinājās tikai 1821. gadā — pēc ilgiem veltīgiem mēģinājumiem.

Frenels rakstīja, ka gaisma ir ētera šķērseniskas svārstības. Arago, Frenela draugs un līdzstrādnieks, atteicās piekrist tādai hipotēzei un negribēja būt šāda dumpīga raksta līdzautors. Ja atzītu gaismas šķērsviļņu teoriju, viņam būtu jāatzīst arī tas, ka ēters, visur iekļūstošais bezsvara ēters, ir cietāks par tēraudu! Cietāks par tēraudu, taču brīvi iet cauri visiem ķermeņiem vai arī brīvi laiž tos caur sevi! Kaut kas tāds toreiz — mehānikas absolūtās kundzības laikā — likās neiespējams. Pret Frenclu nostājās Ņūtona teorijas un viņa paša viļņu teorijas piekritēju apvienotā fronte. Vairākus gadus pēc tam Frenels, strādādams viens pats, turklāt dažbrīd sadurdamies ar atklātu neapmierinātību, pilnīgi pārveidoja savu gaismas viļņu teoriju.

Tagad, kad vienādojumā bija izdarīti grozījumi, kas atspoguļoja gaismas viļņu šķērsenisko dabu, no tiem kā sekas izrietēja visu ar gaismas polarizāciju saistīto zināmo parādību apraksts. Protams, bija arī grūtības. Ar ēteru saistītas grūtības. Lai tās pārvarētu, Frenels izvirzīja vienu vienīgu hipotēzi. Tas bija milzīgs lēciens salīdzinājumā ar visiem gaismas korpuskulārās teorijas variantiem, kuros vajadzēja izvirzīt milzum daudz papildu hipotēžu, specifisku gandrīz vai katrai jaunajai parādībai, daļēji citu citai pretrunīgu un, par spiti visam, bieži vien tikai ļoti aptuveni atbilstošu eksperimentam.

Frenela hipotēzes būtība bija tā, ka ēters nekādā veidā neietekmē materiālo ķermeņu kustību, bet ķermeņi, kuros tas iekļūst, maina ētera mehāniskās īpašības. Jo blīvāks ķermenis, jo mazāks ētera šķērsenisko svārstību ātrums tajā. Pamatodamies uz tādu hipotēzi, Frenels izskaidroja gaismas laušanas mūžseno noslēpumu. Gaismas vilnis, pāriedams no brīva ētera ēterā, kas ir vielā, daļēji pagriežas atpakaļ un tikai daļēji iekļūst iekšā. Ja vilnis krīt uz vielas robežu zem leņķa, tad tā atstarotā daļa atiet 110 virsmas zem tāda paša leņķa (Eiklīds), bet tā daļa, kura ieiet vielā iekšā, lūst atbilstoši Dekarta—Snēliusa likumam.

Taču atšķirībā no agrāk zināmajiem tīri kvalitatīvajiem likumiem Frenela formulas pareģoja, kā sadalīsies krītošā viļņa enerģija starp atstaroto un lauzto vilni. Un eksperiments ar milzīgu precizitāti apstiprināja pareģojumu visām caurspīdīgām vielām un jebkuram gaismas krišanas leņķim uz vielas robežas.

No Frenela teorijas izrietēja arī gaismas ātruma atkarība no vielas īpašības. Tāpat kā citos viļņu teorijas variantos, arī viņš paredzēja, ka brīvā ēterā (tukšumā) gaismas ātrums būs maksimāls.

Tikai pēc ceturtdaļgadsimta Fuko spēja pierādīt acīmredzamo šā pareģojuma pareizību. Viņš izmērīja, ka gaismas ātrums ūdenī ir tikai trīs ceturtdaļas no gaismas ātruma gaisā. Taču Frenels nepiedzīvoja savas teorijas triumfu.

Frenelam bija lemts brīnišķais liktenis cīnīties un uzvarēt. Grūtības radās arī pirms viņa un Arago nesaskaņām sakarā ar pāriešanu pie idejas par ētera šķēr- seniskajām svārstībām. Viļņu teorijai, kas balstās uz priekšstatu par ēteru, taču jebkurā variantā bija jāatbild uz jautājumu par ētera kustību. Vai tas visur ir nekustīgs, vai varbūt kāda tā daļa, kas atrodas ķermeņos, kustas kopā ar tiem? Jau 1725. gada Bredlijs, pētīdams dažu zvaigžņu stāvokli, atklāja, ka kulminācijas laikā, tas ir, ejot cauri meridiāna plaknei, tās šķiet novirzījušās uz dienvidiem. Triju gadu novērojumi parādīja, ka nekustīgās zvaigznes pie debesīm it kā apraksta elipses. Bredlijs pareizi izskaidroja tādu parādību, kuru vēlāk nosauca par aberāciju, — no zvaigznes nākošās gaismas ātruma un Zemes kustības ātruma pa tās orbītu summa. Tā tika pilnīgi pierādīts gaismas ātruma galīgais lielums.

Būdams lielisks eksperimentētājs, Arago saprata, ka zvaigžņu gaisma palīdzēs izdarīt izšķirošo pārbaudi, lai noskaidrotu gaismas korpuskulārās teorijas pareizību. Viņš pārbaudīja, vai Zemes kustība var ietekmēt zvaigžņu gaismas laušanu. Rezultāts bija negatīvs un pārliecināja Arago, ka jāatsakās no korpuskulārās teorijas. Bet kā ir ar viļņu teoriju? Ar šo jautājumu Arago griezās pie Frenela.

Kompromiss

Atbilde skanēja: «Gan tas, ka Zemes kustība neietekmē laušanu, gan aberācijas parādība viegli izskaidrojama, ja uzskata, ka ķermeņi aizrauj sev līdzi ēteru, taču ne pilnīgi, bet daļēji.» Sī vienīgā hipotēze ļāva Frenelam izskaidrot visas tolaik zināmās optiskās parādības, kas saistītas ar ķermeņu kustību. Hipotēzi apstiprināja arī vēlāk atklātā Doplera efekta pētījumi. Doplera efekts izpaužas kā starojuma krāsas vai skaņas augstuma pārmaiņas atkarībā no skaņas avota vai novērotāja kustības.

Fizo apstiprināja Frenela hipotēzi, izmērījis gaismas izplatīšanās ātrumu ūdenī straumes tecēšanas virzienā un pret straumi. Pagājušā gadsimta beigās pie līdzīga rezultāta nonāca lieliskais eksperimentētājs Maikelsons. Taču daļējas aizraušanas hipotēze daudziem likās pārāk nedabiska. Jau Stokss mēģināja formulēt kompromisa hipotēzi — ka ķermeņos ēters tiek pilnīgi aizrauts, ārpus tiem tas ir nekustīgs. Taču jautājums bija pārāk sarežģīts.

Frenels jau sen gulēja kapā, un neviens no sekotājiem nevarēja atrisināt pretrunas. Par spīti sajukumam, Frenela izdarīto ētera īpašību pētījumu rezultāti, par kuriem patlaban ir tikai vēsturiska interese, ne vien saglabājuši savu nozīmi optikā, bet kļuvuši par pamatu jaunai zinātnes nozarei — vispārējai elastības teorijai, kuru pēc Frenela attīstīja tādi izcili matemātiķi kā Košī, Puasons, Grīns un Lamē.

Tomēr Frenela teorijai, tāpat kā daudzām citām revolucionārām teorijām, vēl ilgi pretojās zinātnieku vecākā paaudze, kura pamatojās uz gaismas korpuskulārās teorijas ideju. Varētu teikt, ka spekulēšana ar Ņūtona autoritāti izraisīja optikā sastingumu, kuru laikam gan var salīdzināt tikai ar gadsimtiem ilgo zinātnes sastingumu Aristoteļa diženuma hipnotizējošajā ietekmē.

Brjūsters, kurš izdarīja vairākus svarīgus atklājumus kristālu optikā un kurš pazīstams ikvienam skolēnam sakarā ar izcilo Brjūstera leņķi, pēc kura atstarotais gaismas stars ir pilnīgi polarizēts, Brjūsters, kurš iekaroja popularitāti savu tautiešu vidū, izgudrodams kaleidoskopu — rotaļlietu, kas tagad kļuvusi anonīma, — šis Brjūsters noraidīja Frenela teoriju, jo tā piedēvēja dievam «primitīvo ideju piepildīt visu pasauli ar ēteru tikai tādēļ, lai radītu gaismu».

Arago bija pirmais, kurš uzzināja no Frenela par nepieciešamību atzīt ētera šķērseniskās svārstības. Viņš noteikti noraidīja šo ideju un nesamierinājās ar to pat pēc ceturtdaļgadsimta, par spīti iepriekš minētajam Fuko eksperimentam, kas apstiprināja nozīmīgos secinājumus, kādi izriet no teorijas, ka ķermeņos gaismas ātrums samazinās. Arago pareizi uzskatīja, ka tāds secinājums izriet arī no iepriekšējām viļņu teorijām. Bio visu mūžu pret Frenela teoriju izturējās noraidoši. Taču Frenelam sekoja arvien vairāk jauno fiziķu.

Nost ēteru, nost korpuskulas!

Tikai viens vecās paaudzes zinātnieks pienācīgi novērtēja Frenela intuīciju un neatlaidību. Tas bija īru matemātiķis un astronoms Hamiltons. Viņam pieder lieliskie darbi komplekso skaitļu un mehānikas teorijas jomā. Viņš interesējās arī par zinātnes attīstības vispārīgajiem principiem.

Hamiltons, šķiet, bija pirmais, kurš skaidri nodalīja divas fāzes, kas raksturīgas katras zinātnes nozares attīstībai.

Vispirms cilvēks atrod agrāk nezināmus faktus un sistematizē tos, kamēr viņam izdodas konstatēt sākotnēji nesakarīgo parādību mudžeklī dažas likumsakarības, kas aptver grupu faktu. Tā pamazām zinātne paceļas līdz dažādu parādību un procesu iekšējās vienības izpratnei. Pēc tam tiek izveidota teorija, kas ne tikai izskaidro no viena kopīga redzes viedokļa visu iepriekš zināmo, bet spēj paredzēt nezināmas parādības un likumsakarības. Izsakoties precīzāk, pirmajā izziņas stadijā zinātnieks no atsevišķiem faktiem virzās uz likumiem, otrajā stadijā viņš no likumiem pāriet pie secinājumiem. Pirmās stadijas ieroči ir indukcija un analīze, otrās — dedukcija un sintēze. Pirmajā stadijā galvenā nozīme ir fantāzijai un drosmei, otrajā — loģikai un stingrībai.

Frenels izdarīja satriecošu lēcienu no pirmās stadijas uz otro. Vajadzēja būt milzīgai iztēlei un drosmei, lai paredzētu šķērseniskās svārstības neredzamā un nejūtamā ēterā, par spīti acīm redzamajai pretrunai, kas rodas no šā pieņēmuma. Bija vajadzīgs milzīgs darbs, gandrīz neiespējams cilvēkam, kuru moca tuberkuloze un kuram ir tikai inženiera sagatavotība, lai varētu radīt teorijas matemātisko celtni un iegūt no tās agrāk nezināmas sekas. Hamiltons gan ar interešu noslieci, gan ar zinātnisko sagatavotību piederēja pie tiem cilvēkiem, kuriem galvenais bija matemātiskā precizitāte. Viņu šokēja nepieciešamība atzīt, ka ēters vienlaicīgi var būt nesverams un absolūti ciets. Viņš nespēja samierināties ar milzum daudzajām gaismas korpuskulārās teorijas pretrunīgajām hipotēzēm. Frenela darbā viņu saistīja iekšēja vienība. Viņš juta, ka Frenela pieņemtais elastīgais ēters pēc būtības ir nevajadzīgs. Hamiltons nolēma radīt formālu gaismas matemātisko teoriju, kas nebūtu saistīta ne ar kādu konkrētu modeli. Viņš gribēja, lai teorija balstītos uz minimumu vispārīgu principu un parādītu uz to pamata visus zināmos faktus.

Gaskonietis

Par izejas punktu Hamiltons izvēlas Fermā principu. Fermā sava mūža beigās nonāca pie apgalvojuma, ka gaisma izplatās pa visvienkāršāko ceļu. Fermā, Dekarta laikabiedrs, jurists pēc profesijas, bija izcils matemātiķis, kas daudzējādā ziņā apsteidza savus laikabiedrus. Plašās aprindās viņš pazīstams ar savu izcilo teorēmu, kuras atrisinājumu vēl neviens nav ieguvis. Tās būtība ir ļoti vienkārša. Fermā apgalvoja, ka visvienkāršākais vienādojums xn -f-y" = zQ , kur n ir vesels skaitlis un lielāks par divi, nevar būt apmierināts nekādiem pozitīviem veseliem skaitļiem. Par Fermā apgalvojuma pareizību var pārliecināties ikviens, tikai jāmēģina. Bet kāpēc tas tā ir?

Savā laikā par teorēmas pierādīšanu izsludināja lielu prēmiju, taču matemātiķi pieprasīja, lai to atsauktu. Viņi smaka nost, izskatīdami «pierādījumu» nebeidzamo straumi, kas plūda no vieglas peļņas tīkotājiem, kurus vilināja šķietamā uzdevuma vienkāršība. Tagad ir skaidrs, ka Fermā teorēmu nevar pierādīt, neradot jaunas nopietnas metodes vienādojumu teorijā.

Un tad Fermā izlasīja grāmatu par optiku. Šo grāmatu bija sarakstījis viņa draugs Delašambrs. Autors formulēja tajā gaismas laušanas likumus, sekodams simtiem gadu pirms mūsu ēras dzīvojušā Hērona sen aizmirstajiem apgalvojumiem. Hērons balstījās uz mc- tafiziskiem principiem, saskaņā ar kuriem daba vienmēr iet visīsāko ceļu. Ceturtajā postulātā, kas attiecas uz spoguļu īpašībam, Hērons norāda, ka no visiem stariem, kas atstarojas un savieno divus punktus, minimāli ir tie, kuri atstarojas zem vienlīdzīgiem leņķiem. Minimāli — tas ir — īsāki par citiem.

Nelaime tā, ka vairākos gadījumos, atstarojoties no ieliektiem spoguļiem, gaisma gāja pa garāko ceļu. Ko darīt ar Hērona principu, kuru tā iemīļojuši vispārīgo principu cienītāji?

Fermā apgalvoja, ka ceļa garums ir mazāk svarīgs nekā vienkāršība. Taisne ir vienkāršākā par līkni, ja neaplūko visu ieliekto spoguli, tikai taisni, pieskari spogulim gaismas krišanas punktā, viss kļūst skaidrs. Attiecībā pret taisni gaismas ceļš ir visīsākais. Tāds varētu būt kompromiss starp Hērona ceturto postulātu un vienkāršības vispārīgo principu. Fermā nekavējoties pēc šā principa atrada arī laušanas likumu. Bet, tāpat kā ar izcilo teorēmu, neviens nevarēja saprast, kādā veidā viņš to izdarījis. Fermā apsolīja Delašambram uz pirmo pieprasījumu parādīt veidu, kā viņš to pierādījis, taču novilcināja solījuma izpildīšanu veselus četrus gadus. Dekarts aizrādīja, ka Fermā esot gasko- nietis. Tikai 1662. gada 1. janvāri Fermā pierādīja, ka arī gaskonieši spēj izpildīt savus solījumus. Jaungada vēstulē Delašambram viņš precizē, ka daba tiecas ne tikai pēc īsākā ceļa, bet pēc ceļa, kuru var noiet visīsākajā laikāl Laušanas likums iznāca ar apbrīnojamu tiešamību. Taču Dekarts vairs diemžēl nebija dzīvs un nespēja novērtēt gaskonieša asprātību.

Un tad Hamiltons izvirzīja sev mērķi formulēt visus optikas likumus, izejot no viena principa. Viņš gribēja sekot Lagranžam, kurš radīja visu analītisko mehāniku, izejot no vismazākās akcijas principa. Hamiltons saprata, ka šis princips, tāpat kā Fermā princips, balstās uz metafiziskiem apsvērumiem par ekonomiju dabā. Taču, vēl vairāk precizēdams Fermā formulējumu, viņš runā par ekstremālu, stacionāru vai variējošu akciju.

Hamiltonam izdevās samazināt šā principa matemātisko formulējumu līdz diviem matemātiskiem vienādojumiem. No vienādojumiem kā vienkāršas sekas izrietēja visi optikas un mehānikas likumi. Tajos nebija ne ētera, ne korpuskulu. Tie deva visu to un tikai to, kas pakļāvās eksperimentālai pārbaudei.

Varbūt jau šeit jāmin, ka tieši Hamiltona metode ir mūsdienu kvantu mehānikas pamatā. Zinātne daudz spilgtāk atklāj paaudžu saites. Zinātnes idejas nepazīst robežu. Taču ļoti maldās tas, kurš grib salīdzināt zinātnes attīstību ar pastāvīgu varenas upes nepārtrauktu straumi. Zinātnes progress ir kā niķīga kalnu upīte, kas brīžiem sadalās milzum daudzās attekās, kuras gan ieplūst sastāvējušos līčos, gan strauji traucas pāri sēkļiem.

Iedzimts talants

Pagājušā gadsimta sākumā trīspadsmit gadus vecais Londonas kalēja dēls, neilgi apmeklējis pamatskolu, iestājās par mācekli pie grāmatsējēja. Tur viņš varēja remdēt savas slāpes pēc grāmatām. Vai maz varam iedomāties, -kā būtu izveidojusies viņa dzīve un zinātnes vēsture, ja jauneklim būtu jāapgūst kāds cits amats?

Maikls Faradejs nevis tāpat vien lasīja, bet smēlās zināšanas. Viņš sāka apmeklēt publiskās lekcijas. Lieliskā ķīmiķa Dēvi lekcijas savaldzināja jaunekli, un viņš nosūtīja Dēvi vēstuli, kurā lūdza pieņemt viņu darbā. Tā Faradejs izlauza sev ceļu zinātnē.

Sācis strādāt pie Dēvi, Maikls, dabiski, kļuva par ķīmiķi. Taču viņu valdzināja fizika. Tas, ka viņam trūka sistemātisku matemātikas zināšanu, uzspieda raksturīgu zīmogu visiem Faradeja pētījumiem. Viņš bija drosmīgs un ģeniāls eksperimentētājs. Daži saskata viņa nozīmi tikai lielajos eksperimentālajos atklājumos. Taču viņš laikam bijis vēl lielāks pareģis. Viņš centās un prata atrast kopību starp šķietami tālām zinātnes nozarēm, šķietami pilnīgi atšķirīgām parādībām. Viņš bija dziļš teorētiķis, kurš spēja domās iekļūt pašā lietu un parādību būtībā un formulēja savas domas tik precīzi, ka vārdiskā izteiksmē tās nebija sliktākas par matemātiskām teorēmām. Maksvels par to rakstīja: «Atkarībā no tā, kā es virzījos uz priekšu, studēdams Faradeju, es pārliecinājos, ka viņa parādību izpratnes metode arī ir matemātiska, kaut mēs to neredzam ietērptu vispārpieņemtajās matemātiskajās formulās…»

Faradejs nonāca pie dziļas pārliecības par vienību dabā un centās atrast arvien jaunus un jaunus vienības pierādījumus.

«… Tagad mēs zinām,» Faradejs rakstīja, «ka tas (magnētisms) iedarbojas uz visiem ķermeņiem un ir cieši saistīts ar elektrību, siltumu, ķīmisko iedarbību, gaismu, kristalizāciju un caur to arī ar kohēzijas spēkiem.»

Faradejs izdarīja milzum daudz eksperimentu, kas atklāja to, ko viņš nosauca par spēkiem, bet ko mūsdienu terminoloģijā apzīmē ar dažādām enerģijas formām. Taču vislielākais Faradeja atklājums, lielākais pēc Ņūtona, ir viņa teorētiskais secinājums par lauku eksistēšanu. Viņš identificēja lauku ar matēriju, uzskatīdams, ka tas izspiežas cauri visiem ķermeņiem un piepilda visu telpu.

Ņūtona telpa — tā ir pasīva ķermeņu un lādiņu tvertne. Faradeja telpa ir parādību centrs, uz ķermeņiem un lādiņiem iedarbojošos spēku avots un raidītājs.

Uzmanību! Tūlīt sekos vislielākais secinājums visā gaismas izpētes un pakļaušanas vēsturē. Telpa, piepildīta ar spēka līnijām, padara nevajadzīgu jēdzienu ēters. Nevajadzīgu! Varam iedomāties, ka gaisma nav nekas cits kā spēka līniju vibrēšana.

«Ja pieņem šādu iespēju,» raksta Faradejs, «tad var iztikt bez ētera …»

Tulks — radītājs

Maksvels izvirzīja sev mērķi — piešķirt Faradeja idejām matemātisku formu. Maksvels jau agri aizrāvās ar matemātiku. Savu pirmo zinātnisko darbu viņš uzrakstīja gadu pirms iestāšanās universitātē. Toreiz viņam bija tikai piecpadsmit. Visā spožumā Maksvela matemātiķa dotības izpaudās, risinot uzdevumu, kas Zemes iemītniekiem šķita pilnīgi nesaprotams. Runa ir par noslēpumainajiem Saturna gredzeniem, kurus, kā mēs zinām, atklāja jau Heigenss. Kopš tā laika aizritējušajos gadsimtos tika izteiktas ļoti daudzas hipotēzes par šo gredzenu dabu. Taču neviens nespēja pateikt, kā pārbaudīt to pareizību. Un tas, kas nebija un vēl līdz šim nav pieejams eksperimentam, tika atrisināts uz papīra lapas. Maksvels ar aprēķinu pierādīja, ka gredzeni nav vienlaidu veidojums — cieti vai šķidri. Tiem jāsastāv no daudziem jo daudziem atsevišķiem ķermeņiem, kas kustas pa cita citai tuvām orbītām. Svarīga nozīme zinātnē ir arī Maksvela darbiem gāzu kinētiskajā teorijā, taču visvērtīgākos rezultātus viņš panāca, attīstīdams Faradeja idejas.

Pēc ilga un rūpīga darba laikposmā no 1860. gada līdz 1875. gadam Maksvels radīja teoriju, kurā dabas elektriskie un magnētiskie spēki apvienoti vienota elektromagnētiskā lauka jēdzienā,, kur ietilpst redzamā gaisma un neredzamie ultravioletie un infrasarkanie stari.

Viņš izteica visu, ko cilvēki zināja par elektrību un magnētismu, četros apbrīnojami vienkāršos vienādojumos. Tieši šie vienādojumi pavēstīja, ka gaisma ir — elektromagnētiskie viļņi, kas spēj izplatīties tukšā telpa tikpat viegli ka caurspīdīgos ķermeņos. Turklāt no vienādojumiem izrietēja, ka šie elektromagnētiskie viļņi var paši par sevi eksistēt. Tie ir reāli, agrāk cilvēkiem nezināmi un pēkšņi zinātniekiem parādījušies, gluži kā no miglas iznirusi varena kalnu grēda.

Kā atzinis viens no ievērojamākajiem mūsu laikmeta fiziķiem, pat «mūsdienu priekšstati nevar būt par pamatu, lai saprastu šīs elektromagnētiskās svārstības, kuras neatbilst klasiskajam un uzskatāmajam priekšstatam par materiāla ķermeņa svārstībām; karādamās tukšumā, ja tā var izteikties, nekompetentajiem (var būt pat fiziķiem) tās šķiet diezgan noslēpumainas.»

Ko tad var prasīt no Maksvela laikabiedriem? Par spīti savām neticamajām īpašībām, ēters bija stingri nostiprinājies viņu sirdīs, jo cilvēki, kuru uzskati bija veidojušies Ņūtona fizikas ietekmē (un šās fizikas ideāls bija — izskaidrot visas parādības kā mehāniskas parādības), nevarēja atteikties no ētera kā gaismas viļņa izplatītāja. Viņi nevarēja noticēt, ka gaisma un citi vēl neizprotami elektromagnētiski viļņi spēj patstāvīgi eksistēt.

Maksvela teorija bija pirmais nemehāniskās fizikas etaps zinātnē, pirmais stāvs grandiozajā arvien sarežģītāko abstrakciju piramīdā. Mēs redzēsim, ka grūtības, kuras saistītas ar jaunu abstrakciju apgūšanu, atkal radīsies, kad pienāks relativitātes teorijas un kvantu mehānikas ēra.

Maksvela vienādojumos ietilpa ne vien zināmo parādību apraksts, bet tika pareģotas jaunas — vēlāk atklātas parādības, to vidū arī elektriskā indukcija un radioviļņi. Sājos vienādojumos nebija tikai viena — nekā, kas attiektos uz gaismas ēteru un tā apbrīnojamajām īpašībām. Ēters neietilpa Maksvela teorijā, tomēr tas nekādi netraucēja šai teorijai droši palīdzēt zinātnes attīstībā. Dažiem zinātniekiem ēters kļuva par tukšas telpas sinonīmu.

Un, kaut arī pēc «divpadsmit gadiem Hercs eksperimentāli atklāja Maksvela teorijas paredzētos elektromagnētiskos viļņus, ierosinātus viņa iekārtās, mehāniskās fizikas tradīcijas nelika lauztas. Daudzi fiziķi ietiepīgi pielāgoja Maksvela teorijai ierasto uzskatāmību.

Vieni uzskatīja Maksvela elektromagnētiskos laukus par īpašu ētera savilkšanos, tāpat kā iepriekš bija pieņēmuši, ka gaisma ir šķērsviļņi ēterā.

Citi, joprojām pieņemdami, ka ēters ir realitāte, uzskatīja par labāku aizmirst tā pretrunīgās īpašības, ierindojot to neizzināmu bezsvara substanču grupa.

Ugunsputns

Pagājušā gadsimta otrā puse sākās ar svinīgām fanfaru skaņām. Zinātnes celtni jau greznoja daudzi torņi, un šķita, ka tā ir uzbūvēta uz mūžu mūžiem.

Stasta — kāds jauns cilvēks, vēlēdamies nodarboties ar teorētisko fiziku, atklājis savus nodomus Tomso- nam. Un tas atrunājis jauno fiziķi, jo teorētiskā fizika būtībā esot izveidota un tur neesot vairs ko darīt.

Taču Tomsons kļūdījās, tāpat kā kļūdījās daudzi citi pirms viņa un pēc viņa, uzskatīdami, ka sasnieguši zināšanu robežu, neizprazdami, ka daba ir neizsmeļama, ka tās izzināšanas process ir bezgalīgs.

Zinātne vilina savus kalpus ar valdzinoši mirdzošām virsotnēm, un viņi nenoguruši rāpjas pa akmeņainām takani, liecoties augšup un nebaidoties no bezdibeņiem. Gadās arī tā: cilvēks būvē torni, lai no tā vairāk mii tālāk redzētu. Un citi viņam nepacietīgi palīdz. Bet torņa pakājē izveidojas dziļš iegruvums, kurā draud iebrukt gan celtnieki, gan viņu lepnais tornis, ja viņi laikus nenostiprinās pamatus …

Izcilais vācu fiziķis Kirhofs, ieguvis slavu ar to, ka formulēja likumus, kā elektrība izplatās pa vadiem (šie likumi ne ar ko neatšķīrās no likumiem par to, kā pa caurulēm plūst šķidrums), neatlaidīgi pētīja vēl pilnīgi nenoskaidrotās elastīgo ķermeņu īpašības. Liktenis viņu saveda kopā ar lielisko ķīmiķi Bunzenu, kurš bija paguvis kļūt slavens ar ogles-cinka galvaniskā elementa izgudrošanu un ar tā palīdzību ieguvis metālisko magniju, litiju, kalciju un stronciju.

Bunzens zaudēja aci sprādzienā, izdarot kādu eksperimentu, smagi saindējās ar arsēnu, bet nezaudēja optimismu un redzēja daudz ko tādu, kas apslēpts citiem. Viņš iemina ceļu metalorganisko savienojumu ķīmijai un radikāļu ķīmijai un centās izveidot ķīmiskās analizēs metodi, kas noderētu metalurģisko procesu kontrolei. Galvenā prasība tur bija ātrums — ķīmijai gandrīz nepieejama īpašība.

Tātad — viņi satikās, un uzvirmoja kopīgs darbs. Viņi sāka pētīt dažādu metālu sāļiem nokrāsotas liesmas spektrus, izmantodami spektroskopu un gāzes degli, kuru īpaši bija izgudrojis Bunzens. Sis deglis,' kurš pastāv vēl tagad, deg ar gandrīz bezkrāsainu liesmu. Tā pēcteči darbojas gan gāzes plītīs, gan milzīgās kurtuvēs.

Pēc Ņūtona ne tikai laboratorijās, bet arī augstākās sabiedrības salonos aizrāvās ar baltas gaismas sadalīšanu varavīksnes joslās. Bet tikai pašā XIX gadsimta sākumā Volastons savienoja prizmu ar šauru spraugu kamerā. Tā radās spektroskops. Spektrs tajā iznāca neparasti spilgts kā ugunsputna aste, krāsas bija piesātinātas, bez bālganās dūmakas, kura traucēja visus Volastona priekštečus. Uz varavīksnes joslas fona Volastons ieraudzīja septiņas tumšas līnijas. Viņš tās noturēja par robežām, kas sadala spektra krāsas, un nepiegrieza tām nekādu vērību. Sīks fakts, pilnīgi saprotams. Kas gan tajā laikā — sīku kņazistu un naidīgu valstu laikā — varēja būt vēl parastāks par robežām.

Nav brīnums, ka šo atklājumu drīz vien aizmirsa. Viens no daudziem skumjiem gadījumiem zinātnes vēsturē.

Nolēmis palielināt attēla spilgtumu, novērojot spektru, Fraunhofers apvienoja tālskati ar Volastona spraugu spektroskopu un raidīja savā aparātā Saules staru. Lielisko spilgto spektru šķērsoja skaidras tumšas līnijas … To bija simtiem …

Fraunhofera spektroskopi iekaroja arvien lielāku popularitāti. Daudzi priecājās par gaismas valdzinošo simfoniju. Taču «skatīties» nenozīmē «redzēt». Pēc savas būtības jēdziens «redzēt» ir daudz tuvāks jēdzienam «saprast». Tieši to ari domā anglis, jautādams: «You see?»

Neviens nevar pateikt, cik cilvēku, sākot ar Ņūtonu, aplūkoja visiespējamākos spektrus. Bez šaubām, daudzi ievēroja, ka liesmas krāsa ir saistīta ar šauru un spilgtu līniju parādīšanos tās spektrā. Iespējams, kāds būs pamanījis arī to, ka dzeltenās līnijas, kuras radās no vārāmās sāls, radās, ievadot liesmā arī citus nātrija sāļus. Zaļās līnijas radās, ne tikai metāliskajam varam klātesot, bet arī sasildot vara vitriola un citu vara sāļu vissīkākos graudiņus.

Kirhofs un Bunzens pēc ilgstošiem eksperimentiem un pārdomām nāca pie noteikta secinājuma — Talbots nekļūdījās, apgalvodams: «Kad liesmas spektrā parādās noteiktas līnijas, tās raksturo metālu, kurš ietilpst liesmā.» Turklāt ikvienam ķīmiskam elementam raksturīgs pilnīgi noteikts spektra līniju komplekts. Sīs līnijas ir ķīmiskā elementa savdabīga pase. Novērojot tās spektroskopā, var secināt, vai vielā ir dotais elements.

Tā radās spektrālanalīze.

Drīz pēc kopīga darba uzsākšanas Bunzens un Kirhofs atklāja divus jaunus elementus, kurus viņi nosauca par cēziju (no latīņu caesius — zils) un rubīdiju (sarkans) atbilstoši šiem elementiem raksturīgajām spektra līniju krāsām. Atklājums pārliecinoši demonstrēja jaunās metodes spēku. Spektrālanalīzes attīstībā un izmantošanā iesaistījās daudzi zinātnieki.

Cits pēc cita tika atklāti tallijs, indijs un gallijs. Galliju paredzēja D. Mendeļejevs, pamatojoties uz paša atklāto periodisko likumu.

Saules spektrā tika atklātas līnijas, kas nesakrita ne ar kādām uz Zemes zināmajām līnijām. Tā cilvēki iepazinās ar hēliju, kuru tikai vēlāk atrada uz Zemes. Tas bija triumfs. Taču laikam gan daudz lielāka zinātniska un filozofiska nozīme bija secinājumam par pasaules vienību, proti, ka viss Visums sastāv no vieniem un tiem pašiem elementiem. Sis secinājums pakāpeniski aizvien vairāk nostiprinājās.

1888. gadā Helmholcs rakstīja, ka spektrālanalīzes atklāšana izsaukusi sajūsmu visos cilvēkos un rosinājusi iztēli daudz vairāk nekā jebkurš cits atklājums, jo tas ļāvis ielūkoties pasaulēs, kuras mums šķita pilnīgi nepieejamas.

Pamazām atklājās, ka elementu spcktrāllīnijas nepavisam nav izvietotas haotiski, bet pakļaujas pilnīgi noteiktām likumsakarībām. Kļuva skaidrs, ka likumsakarības saistītas ar pašu elementu kaut kādām īpatnībām. Daudzas spcktrāllīnijas izdevās sagrupēt sērijās, kas pakļāvās ļoti vienkāršām matemātiskām likumsakarībām. Izdevās atklāt vienkāršus skaitliskos koeficientus vairāku dažādu sēriju formulām, to skaitā arī tādus, kas attiecās uz dažādiem elementiem. Bet ko tas nozīmē? Kāds tam cēlonis? Daba it kā meta izaicinājumu zinātniekiem. Kā gan Tomsons varēja palikt vienaldzīgs?

Ultravioletā katastrofa

Ne jau ar šo noslēpumu vien daba satrauca prātus tiem, kuri vēl nebija noguruši no tās pārsteigumiem. Te esam spiesti atmest visu, kas nekādā ziņā nav saistīts ar gaismu. Pat no tā, kam ar to ir tiešs sakars, vietas trūkuma dēļ jāatlasa tikai visinteresantākais.

Viens no tādiem noslēpumiem aizved atpakaļ pie Kir- hofa. Fraunhofera līniju dabas izskaidrojums lika Kir- hofam formulēt, vispārējo likumu, kura būtība ir tik vienkārša, cik vienkārši ir citi lieli dabas likumi: vielas spēja izstarot ir proporcionāla tās spējai absorbēt un ir atkarīga no temperatūras. Termodinamika, tolaik sasniegusi lielus panākumus, ļāva apgalvot, ka visiem ķermeņiem, kas atrodas slēgtas čaulas iekšpusē, jānonāk pie termiskā līdzsvara — jāsasniedz vienāda temperatūra. Nav svarīgi ne ķermeņa, ne pašas čaulas izmēri un forma, ne viela, no kuras tie sastāv. Nav arī vajadzīgs, lai tie saskartos. Līdzsvars tiks panākts ar to izstaroto un absorbēto starojumu.

Kas notiks, ja čaulā, kurā jau ir termiskais līdzsvars, izurbs nelielu spraugu? Tas ir viens no tiem vienkāršajiem jautājumiem, uz kuriem nav vienkāršu atbilžu. Bet, ja čaula atrodas citas slēgtas čaulas iekšpusē, stāvoklis kļūst vienkāršāks. Starp tām sākas enerģijas apmaiņa, un pakāpeniski to temperatūra izlīdzinās. Sīs apmaiņas gaitā pa mazākās čaulas spraugu plūdīs starojums, kas pārnesis enerģijas pārpalikumu no vairāk sasildītās daļas uz mazāk sasildīto. Ja ārējā čaula ir siltāka, tad enerģijas plūsma virzīta no tās uz mazākfis čaulas iekšējo dobumu, kas absorbē visu starojumu — kā absolūti melns ķermenis.

•Ta Kirhofs nonāca pie jēdziena «absolūti melns ķermenis» un uzbūvēja tā modeli — kameru ar ļoti mazu spraugu. Enerģiju, kas izplūst pa tadu spraugu ārpusē, nosaka tikai «absolūti melnā ķermeņa» temperatūra. Ja sakarsē modeli līdz augstai temperatūrai, sprauga spīdes žilbinoši baltā gaisma. Tā nav vārdu spēle, bet Kir- liofu likuma tiešas sekas. Sakarsētam «melnam ķermenim» jānonāk līdzsvara ar apkārtējiem vēsākiem ķermeņiem, tādēļ izstarojot tas atdod ārējiem ķermeņiem savu pāri paliekošo enerģiju. Ja tas ir ļoti sakarsēts, tad starojumam jābūt ļoti spilgtam.

• Absolūti melna ķermeņa» apbrīnojamas īpašības saistīja daudzu pētnieku uzmanību. Apkopojot daudzu zinātniecku un savu novērojumu rezultātus, Vīnes fiziķis Stefans paradīja, ka «melnā ķermeņa» izstarotā enerģija Ir proporcionāla tā absolūtās temperatūras cetur- tiijnl pakāpei. Bet tā ir temperatūra nevis pēc Celsija «skailas,bet pēc Kelvina skalas, kurā nulle atbilst nevis ledus kuštumis temperatūrai, bet tai nesasniedzami zemajai temperatūrai, kurā (pēc Kelvina domām) beidzas jebkura termiska kustība. Drīz vien Stefana tautietis, viens no izcilākajiem pagājušā gadsimta fiziķiem, Bolcmanis, gluži teorētiski pierādīja, ka Stefana likumu var Iegūt bez speciāliem eksperimentiem kā termodinamikas likumu vienkāršas sekas.

Stefana—Bolcmaņa likums, kā to tagad sauc, izrā- dljfis, bija pareizs visā mums pieejamā temperatūru diapazonā. Tas skaitījās viens no lielākajiem fizikas sasniegumiem, lai gan … nebija saprotams, kāda nozīme te ir starojuma pārnesējam — ēteram.

Pagāja vēl desmit gadi, un gudrais analītiķis Vīns atrisināja līdz galam krievu fiziķa V. Mihelsona mēģinājumus noteikt enerģijas sadalījumu «absolūti melna ķermeņa» spektrā. Eksperimentējot tikai domās un attīstot Bolcmaņa idejas, Vīns pierādīja, ka termodinamikas otrais likums prasa, lai «melnā ķermeņa» starojuma spektrālā intensitāte tiktu izteikta ar kādu nezināmu funkciju no gaismas viļņa garuma reizinājuma ar «melnā ķermeņa» temperatūru, turklāt reizinātājam pirms šās funkcijas jābūt tā temperatūras piektajai pakāpei.

Otrā termodinamikas likuma prasība bija svēta un pareiza visiem pagājušā gadsimta fiziķiem un būs tāda uz visiem laikiem. Cilvēkiem atliek vienīgi censties saprast, kāpēc tā notiek. No likuma, kuru ieguva Vīns ar vienkāršu matemātisku operāciju palīdzību, izriet vēl viens likums. Vīns to nosauca par nobīdes likumu: «melnā ķermeņa» starojuma spektra līknes maksimums nobīdās atkarībā no ķermeņa temperatūras. Nobīdās tā, ka «melnā ķermeņa» absolūtās temperatūras reizinājums ar starojuma maksimumam atbilstošu viļņa garumu kļūst konstante. Un šis likums, kuru ieguva tikai uz termodinamikas likumu pamata, tiek ievērots visos mums zināmajos gadījumos. Tas ļauj noteikt ķermeņu temperatūru bez jebkāda termometra tikai ar spektro- skopa palīdzību. Ta izdevās atrisināt šķietami neatrisināmu uzdevumu — noteikt Saules un zvaigžņu temperatūru.

Vīns mēģināja spert vēl vienu soli — noteikt «absolūti melna ķermeņa» starojuma likuma funkcijas matemātisko izteiksmi. Pēc viņa iegūtās formulas starojuma intensitāte katram viļņa garumam, paaugstinoties temperatūrai, cenšas sasniegt robežu. Eksperiments noliedza tādu secinājumu. Vīna formula atbilda eksperimentam tikai tādā gadījumā, ja viļņu garumi bija mazi 1111 temperatūra zema. Ja temperatūra bija augsta un viļņu garumi lieli, tā bija krasā pretrunā ar eksperimentu.

Pie darba ķērās slavenais Relejs, kurš līdz 1873. gadam saucās tēva uzvārdā — Strets, bet vēlāk par nopelniem zinātnē dabūja muižnieka titulu un kļuva lords Relejs. Relejs pareizi ievēroja, ka Vīna nezināmās funkcijas izteiksmes atrašanas grūtibas saistītas ar to, ka pazudis ēters. Relejs izmantoja sistēmā, kas sastāv no vielas un ētera, nevainojamo klasisko likumu, kuru bija formulējuši Maksvels un Bolcmanis. Atbilstoši šim likumam enerģija jebkurā fizikālā sistēmā izplatās vienmērīgi starp visām sistēmas brīvības pakāpēm. Ēters tika uzskatīts par nepārtrauktu vidi. Tātad tam bija bezgalīgs skaits brīvības pakāpju, un tas jāņem vērā. Relejs ieguva ļoti vienkāršu formulu — «melna ķermeņa» starojuma spektrālajam blīvumam jābūt proporcionālam tā temperatūrai un apgriezti proporcionālam viļņa garuma kvadrātam.

Visā savā mūžā slavenais fiziķis nebija izjutis tādu vilšanos. Iegūtā formula nesakrita ar eksperimenta rezultātu. Visiem zināmās zvanveida līknes vietā, kuras virsotni nosaka Vīna nobīdes likums, Releja formula, sakrītot ar eksperimentu līknes garviļņu rajonā, pieprasīja, lai, vi|ņa garumam samazinoties, enerģija bezgalīgi pieaugtu. Viļņa garuma kvadrāts tajā bija saucējai Sis secinājums iegāja zinātnes vēsturē ar apzīmējumu «ultravioletā katastrofa».

Taču tas nebija vienīgais absurdais secinājums, kas Izrietēja no Releja formulas. Jebkura konkrēta matērijas deva satur brīvības pakāpes galīgu skaitli, bet fttora brīvības pakāpes skaitlis ir bezgalīgs jebkurā tilpumā, Tātad atbilstoši Releja formulai visai enerģijai jāpāriet ēterā bet vielai jāatdziest līdz absolūtai nullei. Vaina nebija meklējama Releja formulā. Formula tikai atklāja to, kas bija palicis apslēpts pašos klasiskās fizikas pamatos. Turklāt vēl Lorencs parādīja, ka pat starojuma Intensitātes vienkārša proporcionalitāte, ja temperatūra Ir absolūta, noved pie absurda.

Tā klasiskas fizikas diženās celtnes lielie radītāji pamanīja zem pamatiem staignu augsni. XIX gadsimts beidzās ar traģēdiju — zinātne nonāca strupceļā, no Kurm neredzēja Izejas. Viss šķita nevainojams: gan galvenie principi, daudzu gadsimtu eksperimentos pārbaudīti, gan matemātiskie pārveidojumi, balstīti uz negrozāmām aksiomām. Līdz šim tās vienmēr bija novedušas pie pareģojuma, kuru apstiprināja eksperiments. Ja gndljas kāda nesakritība, tad vienmēr tika atklāti pārkāpumi eksperimentā vai aprēķinos, vai kādos papildu pieņGinumos, kam nebija sakara ar zinātnes pamatiem.

Šoreiz vairs tā nebija. Vaina bija pašos pamatos. Taču — kāda un kā novēršama — tas nebija skaidrs.

Tuvojās nākamais gadu simtenis.

2. n o d a ļ a '

PRIEKŠTEČI

Rēgi

XIX gadsimts nebija pagājis bez rezultātiem. Sasniegumi bija lieli. Lepnais, trīssimt metru augstais Eifeļa tornis simbolizēja ne tikai gadsimta tehnikas panākumus. Tas vārda vistiešākajā nozīmē balstās uz mehāniku un uz elastības teoriju, uz matemātiku un spektrālanalīzi, kas deva iespēju aprēķināt torņa konstrukciju un sametinat tēraudu. Tehnika ir zinātnes auklējums, tā nerodas no dzejdara iedvesmas.

Gadsimta robežu nevar noteikt ne pēc tūkstoš gadus vecas sekvojas gadskārtām, ne pēc zemes slāņojumiem. Sī robeža nav atzīmēta arī kosmosā bezgalīgajā spirālē, kuru novilkusi mūsu Zeme, lidodama kopā ar Sauli pa tās milzīgo orbītu apkārt Galaktikas centram. Taču kur traucas Galaktika pati? Bet mums, kas uz šā diženuma fona esam tik niecīgi, patīk radīt sev iemeslus triumfam. Kaut vai tādēļ, lai padarītu tīkamāku ikdienas vienmuļību. Gan noteicot par gadsimta sākumu nepavisam ne drošo Kristus dzimšanas dienu, gan izstrādājot decimālo skaitīšanas sistēmu …

Vārdu sakot, mūsu stāsts pienācis pie XX gadsimta robežas.

Tātad — ko būtisku pievienoja XIX gadsimts mūs interesējošai zinātnes nozarei par gaismu? Vispirms — enerģijas nezūdamības un pārvēršanās likums, ko intuitīvi paredzēja jau dižais Lomonosovs un kas lika pamatus termodinamikai. Pēc tam Maksvela elektromagnētiskā teorija, kurā ietilpa arī Frenela viļņu optika un kura radīja Lorenča elektronu teoriju.

Tas nemaz nav tik maz vienā gadsimtā! Tas nav pagājis bez rezultātiem. Bija arī mazāki panākumi, taču cienīgi, lai uz mūžu mūžiem tiktu ierakstīti šajā laikmetā. Vienmēr tiks izmantota Hamiltona variāciju metode, nekad nebūs bez darba spektrālanalīze un radioviļņi …

Tomēr ne tikai ar panākumiem un uzvarām vien zinātnieki sagaidīja jaunā gadsimta tuvošanos. Viņus nodarbināja ētera rēgs, kas ar nepārejamu bezdibeni draudēja nošķirt mehāniku un elektrodinamiku. Nodarbināja «ultravioletās katastrofas» rēgs, kas nostādīja pretī termodinamikai elektrodinamiku. Jaunpicdzimu- šais elektrons izskatījās svešs pārējai matērijai. Arī ierastā matērija raidīja nesaprotamus signālus, kas bija šifrēti ar spilgtām spektrāllīnijām un apgalvoja zinātniekiem vienu un to pašu — jūs gandrīz neko nezināt!

Kvanti

Vilhelms Vīns, nobīdes likuma autors, kura vārdu mantoja arī pats likums, un Makss Plauks, Berlīnes profesors, jau iekarojis popularitāti ar darbiem par termodinamiku, atrada veidu, kā atbrīvot fiziku no «ultra: violetas katastrofas» rēga. Tēlaini izsakoties, izlikuši matemātisku pasjansu, atklāja cerību uz atrisinājumu. Viņi pieņēma, ka «melnā ķermeņa» starojuma intensitāte nepieaug kā Releja formulā, bet samazinās līdz ar viļņa garumu. Viņi pat uztaustīja šai samazināšanai noteiktu likumsakarību. Taču ne pats .pieņēmums, ne likumsakarības eksponenciālā izteiksme neizrietēja ne un ka cita ka no nepieciešamības saskaņot starojuma īpašības ar faktu, ka, neraugoties uz Vīna likumu, eksistē līdz absolūtai nullei neatdzesēta pasaule.

1809. gadā eksperiments apstiprināja jauno Vīna— Planka likumu, un šķita, ka viena no mirstošā gadsimta himerām pazudīs kopā ar to. Taču Lummera un Prinsheima precīzāku mērījumu rezultātā tika iegūtas lielas atvirzes no Vīna -Planka likuma. Viss sākās no jauna, un Planks atkal ķērās pie darba.

Planka aprēķini apstiprināja šausmīgu secinājumu: pasauli gaida ultravioletā nāve. Taču fiziķi neatrada apkārtējā dzīvē ne mazākā simptoma, kas liecinātu par tik skumju galu. Viņiem vajadzēja panākt, lai arī teorija tiktu va|ā 110 aplamajiem maldiem. Ar šo problēmu mocījās ne tikai Planks vien. Daudzi zinātnieki negribēja samierināties ar viņu radīto formulu bezspēcību.

Pirmo panāktimu ieguva vissagatavotākais. Runa bija par termodinamikas un elektrodinamikas samierināšanu, par sakarību starp enerģiju uti starojuma frekvenci. Vīna sadalījuma likumam atbilda viena sakarība starp tiem. Releja formula deva citu.

1900. gada 19. oktobrī Planks ziņoja Vācijas Fiziķu biedrībai, ka viņš atradis formulu, kas, šķiet, saista nesavienojamos Vīna un Releja spriedumus. Jaunā formula |āva formāli atrisināt dramatisko situāciju, bet, tāpat kā iepriekšējai Vīna—Planka formulai, tai nebija pamatu ne termodinamikā, ne elektrodinamikā.

Taču ne velti Planka vārdu vēl līdz šim min ar godbijību. Planks galīgi atbrīvoja fiziku no «ultravioletās katastrofas» rēga.

«Pēc vairāku nedēļu vissasprindzinātākā darba manā mūžā tumsu, kurā es ķepurojos, apspīdēja zibens, un manā acu priekšā pavērās negaidītas perspektīvas,» Planks vēlāk teica savā referātā, saņemot Nobela prēmiju.

Zibens, par kuru viņš runāja, apspīdēja veselu zinātnes nozari par vielu dabu. Tas notika tajā pašā 1900. gadā. Aplūkodams enerģijas apmaiņas procesu starp nokaitētu ķermeni un apkārtējo telpu, Planks pieņēma, ka apmaiņa notiek nevis nepārtraukti, bet nelielu devu veidā. Attēlojis šo procesu matemātiski, viņš nonāca pie formulas, kas precīzi atbilda enerģijas sadalījumam Saules un citu sakarsētu ķermeņu spektrā. Tā zinātnē ienāca priekšstats" par enerģijas minimālo devu — kvantu.

Jau kopš dzimšanas kvants, kā izrādījās, bija kaprīzs bērns. Planks to ieveda aprēķinā kā enerģijas kvantu, bet galīgajā formulā tas parādījās ka akcijas kvants — lielums, kas ir enerģijas un laika reizinājums. Šās transformācijas cēlonis nebija skaidrs. Pamazām Planks, bet pēc viņa arī citi zinātnieki samierinājās ar enerģijas pārtrauktību, taču mehāniskās akcijas pār- trauktība ilgi palika neizprotama.

Noslēpumu atrisināja Einšteins. Viņš secināja, ka Planka kvantu teorija, kura tika radīta vienīgi tādēļ, lai izskaidrotu siltuma enerģijas apmaiņas mehānismu starp elektromagnētisko lauku un vielu, ka šī teorija būtiski jāpaplašina. Viņš konstatēja, ka elektromagnētiskā lauka, arī gaismas viļņu enerģija vienmēr pastāv noteiktu devu — kvantu veidā.

Tā Einšteins izcēla kvantu no šūpuļa un demonstrēja cilvēkiem tā apbrīnojamās iespējas. Priekšstats par gaismas kvantu (fotonu) kā par objektīvu kvalitāti, kas eksistē telpā starp avotu un uztvērēju, nevis formālu lielumu, kas parādās, tikai attēlojot enerģijas apmaiņas procesu, ļāva viņam tūlīt radīt saskanīgu teoriju par fotoefektu, kas ilgi nomocīja zinātniekus, un citām neizprotamām parādībām. Tas nostiprināja pamatus arī tolaik vēl nedrošajai Planka formulai. Kad Einšteins drosmīgi pieļāva, ka elektromagnētiskā enerģija vienmēr eksistē kvantu veidā, kļuva neiedomājami, ka tā mijiedarbojas ar vielu nevis kvantiem, bet nepārtraukti, kā uzskatīja pirms Planka.

Gaismas kvantu teorija, veiksmīgi atrisinājusi foto- efekta noslēpumu, nepavisam nebija visspēcīga. Gluži pretēji, tā bija pilnīgi bezpalīdzīga, kad vajadzēja izskaidrot vairākas vispārzināmas parādības, piemēram, ladas kā spilgtu krāsu rašanos plānā naftas kārtiņā, kas izplūdusi virs ūdens, vai arī mikroskopa un teleskopa maksimālo palielinājumu. Turpretī gaismas viļņu teorija, kas bija bezspēcīga, saskārusies ar fotoefektu, viegli tika galā ar šādiem jautājumiem. Tas izsauca neizpratni un ilgstošu neuzticēšanos gaismas kvantu teorijai. To nepieņēma arī kvantu atklājējs Planks.

Planka neuzticēšanās fotonu teorijai bija tik liela, ka pamudināja viņu atteikties no savas paša kvantu teorijas. Viņš cerēja kompromisa ceļā samierināt savu tieksmi uz klasiskajām tradīcijām ar eksperimenta neatlaidīgajām prasībām. Viņam šķita, ka viss būs glābts, ja pieņems, ka gaisma izplatās un absorbējas atbilstoši klasiskajiem viļņu likumiem, bet pārtrauktība ir vielas īpašība un enerģijas kvantēšana rodas tikai procesā, kad viela izstaro gaismu. Planks izklāstīja šo savu viedokli referāta 1911. gadā.

Einšteins šādai pretrunai nepiešķīra traģisku nozīmi. Gluži otrādi, viņš uzskatīja to par dabisku, tādu, kas atspoguļo sarežģīto, daudzpusīgo (mēs teiktu — dialektisko) gaismas dabas raksturu. Viņš uzskatīja, ka tādējādi izpaužas gaismas divējādā daba. Bet Planka konstantei ir būtiska nozīme viļņu un kvantu ainas apvienošanā. Tā ietver sevī viļņu un daļiņu savienību.

Sakarība starp gaismas frekvenci un fotonu enerģiju (fotonus paredzēja un būtībā arī atklāja Einšteins) neietilpa ar klasisko zinātni saistītajos priekšstatos.

Nav brīnums, ka visi domājošie fiziķi centās atklāt šās sakarības cēloņus. (Nedomājošie fiziķi vienkārši atgaiņājās no gaismas kvantu dumpīgās teorijas.)

Vienu no mēģinājumiem pusgadsimtu vēlāk ar humoru atcerējās tā autors, lieliskais fiziķis Makss Borns.

Iedomājieties vairākas ābeles, kam augļa kātiņš, pie kura karājas ābols, ir apgriezti proporcionāls augstuma virs zemes kvadrātam. Ja ābeli purinās ar noteiktu frekvenci, tad āboli, kuri karājas noteiktā augstumā, rezonansē sāks šūpoties un nokritīs zemē. Tie nolidos līdz zemei ar kinētisko enerģiju, kas proporcionāla augstumam, 110 kura tie krīt. Tātad šī enerģija ir proporcionāla frekvencei. Rezonanses frekvence, kuras de| ābols krīt, ir proporcionāla augstumam, jo ir atkarīga no tā, cik garš kātiņš, kuram ir tāda nozīme kā svārsta piekarei, kam par smagumu kalpo ābols.

Jūs teiksiet, ka tāda prātošana bija naiva. Jā, par naivu to sāka uzskatit pec piecdesmit gadiem, bet tajos laikos kvantu tēvs Planks to atkārtoja savā lekcijā.

Kā vēlāk redzēsim, attiecinādams Einšteina idejas uz mikrodaļiņām, franču fiziķis Luijs Debroljī liks viļņu mehānikas pamatus — vienu no stūrakmeņiem mūsdienu kvantu fizikas pamatos.

Fotoefekta teorijas un gaismas kvantu hipotēzes radīšanā izpaudās Einšteina ģēnija savdabība — viņš nevis ieviesa atsevišķas hipotēzes, kas atbildētu uz konkrētiem jautājumiem, bet deva revolucionārus atrisinājumus, kas vienlaicīgi izskaidroja milzum daudz sarežģītu un dažnedažādu problēmu. Sī līnija visā savā spožumā izpaudās Einšteina dzīves galvenajā darbā, izveidojot relativitātes teoriju, kura noveda pie revolūcijas mūsdienu zinātnē.

Atomi

Spcktrālo sēriju noslēpumainās likumsakarības pamazām gūlās arvien smagāk ne tikai uz spektrālanalīzes speciālistiem, bet ari uz tiem domātājiem, kuriem bija tieksme uz vispārinājumiem un kuri centās pārvērst nenokārtotās faktu kaudzes stingrā teorijas konstrukcijā.

Fakti.

1870. gads. Stonejs pievērsa uzmanību tam, ka ūdeņraža spektra triju galveno līniju frekvence attiecas kā veseli skaitļi — 20:27:32.

1871. gads. Stonejs kopa ar Reinoldsu noskaidroja, ka hlora hromila spektrāllīniju frekvences atrodas vienkāršās attiecībās ar pilnīgi negaidītiem lielumiem — vijoles stīgas harmonisku vibrāciju frekvencēm.

1885. gads. Balmers parādīja, ka Stoncja iegūtie skaitļi ir kāda vispārīgāka likuma atsevišķs gadījums, un šā likuma izteiksmē ietilpst viens liels konstants lielums — skaitlis 2 — un mainīgs lielums, kas pieņem veselu skaitļu vērtības 3, 4, 5 utt.

Balmcra darbs izsauca rezonansi eksperimentētāju prātos. Pēc vairākiem gadiem Ridbergs atrada tamlīdzīgas likumsakarības, kas apvienoja tallija spektra un dzīvsudraba spektra līniju sērijas. Bet pēc tam Kaizers un Runge sāka fotografēt spektrus, lai vienkāršotu mērīšanas procesu, un nesaprotamas likumsakarības sāka biri kā no pārpilnības raga.

XX gadsimta pirmie desmit gadi stāvokli nemainīja. Tas vēl vairāk sarežģījās, kad 1904. gadā Laimans atrada jaunu ūdeņraža spektra līniju sēriju spektra ultravioletajā daļā, kas acīm neredzama, bet 1909. gadā Pašēns atklāja tikpat neredzamu sēriju ūdeņraža spektra infrasarkanajā daļā.

Visapbrīnojamākais bija tas, ka šīs jaunās sērijas Izteiktas formulās, kuras ļoti līdzīgas Balmera formulai, bet lielais konstantais lielums, kas tajās ietilpa, izrādījās precīzi tāds pats. Atšķirība nebija novērojama pat tā miljonajā daļā! Tā nevarēja būt nejaušība. Tagad šis lielums tiek saukts par Ridberga konstanti.

1906. gadā Ries, mēģinādams noskaidrot spektra likumsakarību raksturu, pamanīja savādu sakarību starp skaitļiem, kas raksturo spektrāllīniju frekvences. Izrādījās, ka ar kadu divu līniju frekvenču vienkāršu saskaitīšanu vai atņemšanu var iegūt trešās līnijas frekvenci. Tā tika atrastas jaunas, iepriekš nezināmas, vajas spcktrāllīnijas. Tiesa, ne vienmēr pareģojumi apstiprinājās. Taču gribējās domāt, ka neesošās līnijas ir ļoti vājas un nākotnē tās izdosies atklāt.

Daudziem jau tolaik bija skaidrs, ka spektrālās sērijas šifrēti apslēpti atomu noslēpumi. Puankarē, ap- sprlezdams spektra likumsakarības, kas atgādināja stigu, membrānas un ērģeļu stabuļu vibrēšanas likumus, un atzīdams zinātnes bezspēcību šo faktu priekšā, rakstīja: «…Es domāju, te slēpjas viens no dabas vissvarīgākajiem noslēpumiem.» Jaunais likums klauvēja pie durvīm, taču neviens nespēja tās atvērt.

Atoma noslēpums atnāca pie mums no sirmas senatnes, un XIX gadsimts situāciju vienīgi sarežģīja, nedevis nekādu cerību atomu atklāt.

Dēmokrits piedēvēja atomam tikai divas īpašības — lielumu un formu. Epikūrs pievienoja trešo — smagumu. Taču gadsimti nespēja apstiprināt vai apgāzt seno zinātnieku minējumus. Zinātnieki periodiski gan aizrāvās ar vielas dalāmību, gan ignorēja to.

XIX gadsimta pašā sākumā Riters pieņēma, ka ne tikai viela, bet ari elektrība sastāv no atomiem. Gadsimta vidū Vēbers rakstīja, ka elektrības atoma kustība ap materiālo kodolu var izskaidrot optiskos un siltuma efektus. 1881. gadā Stonejs aprēķināja elektrības atoma lielumu. Sis lielums desmitiem gadu bija bez nosaukuma, kamēr tā atradējs Stonejs deva savam atklājumam vārdu «elektrons».

Ražīgie gadi

Kurš no bībeles bezvārda autoriem izdomājis līdzību par septiņām liesām un septiņām brangām govīm? Ražīgi gadi ir ne tikai laukiem, bet arī laboratorijām. 1895. gadā Popovs izgudroja radio. Tad pat Perēns kopā ar Lipmanu atklāja Kruksa katodstaru negatīvo lādiņu un tādējādi lika pamatus elektronikai. (Pēc daudziem gadiem mūsu lieliskais akadēmiķis A. Bergs apvienoja tos abus radioelektronikā.) Tajā pašā gadā Rentgens, aizrāvies ar katodstaru pētīšanu, atklāja jaunus — iks starus, kurus vēlāk nosauca viņa vārdā.

Nākamais, 1896. gads, arī piederēja pie ražīgajiem gadiem. Anrī Bekerels, pazīstamā fiziķa Antuāna Bekerela mazdēls, pētīja urāna sā]u spīdumu — noslēpumainu parādību, kas bija kļuvusi par viņa tēva Edmona Bekerela aizrautību. Izrādās, arī fizikā ir dinastijas: Anrī Bekerela dēls Zans arī bija slavens fiziķis.

Taču atgriezīsimies pie Anrī Bekerela, kurš pētīja urāna sāļu luminiscenci. Urāna sāļi tumsā spoži spīdēja, ja pirms tam tie bija izlikti saules staros. Bekerels atklāja, ka urāna sāļu neredzamais starojums nav saistīts ar tā iepriekšēju apgaismošanu.

Uzzinājis, ka nesen atklātie iks stari izsauc elektriskā lādiņa noplūdi no uzlādēta ķermeņa, Bekerels nolēma pārbaudīt, vai viņa atklātais starojums nav uz to spējīgs. Eksperiments apstiprināja viņa minējumu. Tagad viņš varēja izmantot divas metodes — fotogrāfisko un elektrisko. Pagāja tikai divi gadi, un Kirī laulātais pāris atklāja, ka torijam piemīt tās pašas īpašības, kas urānam. Viņi ieviesa terminu «radioaktivitāte», lai apzīmētu raksturīgās īpašības tām vielām, kuras spēj izstarot «Bekerela starus». Konstatējuši, ka daži minerāli ir radioaktīvāki par toriju un urānu, viņi sāka pētīt cēloni un atklāja poloniju (nosaukts par godu Marijas Kirī dzimtenei), bet pēc tam rādiju, visradioaktīvāko no visiem līdz tam zināmajiem elementiem. Mūsu gadsimta sākumā Bekerels atklāja, ka viņa stari magnēta iedarbībā novirzās, bet Rezerfords, par kuru pasaule uzzināja krietni vēlāk, konstatēja, ka šie stari sastāv no divām da|ām. Vienu viņš nosauca par alfa starojumu, to stipri absorbēja viela, bet otru par beta starojumu, tā absorbējās daudz vājāk.

Drīz vien Vijārs atklāja komponentu, kuru magnēts nemaz nenolieca un kuram bija vēl lielāka iespiešanās spēja. Viņš nosauca to par gamma starojumu.

Pamazām tika noskaidrots, ka alfa stari ir pozitīvi lādēti, beta stari — negatīvi, bet gamma stariem nav nekāda lādiņa, tāpēc tie atgādina Rentgena starus. Izdevās atklāt pārsteidzošu faktu: beta staru daļiņām bija dažāds ātrums, bet to lādiņa attiecība pret masu mainījās atbilstoši daļiņu ātrumam. Tas lika atcerēties Ābrahama seno ideju, ka elektrona masa vismaz daļēji ir atkarīga no elektromagnētiskā lauka. Vai beta stari nav elektroni, un vai Ābrahamam nav bijusi taisnība?

Radioaktīvie procesi rodas pašās atomu dzīlēs. Turklāt vienlaicīgi izdalās siltums. Pjērs Kirī un La- bords izpētīja procesu un ar diviem paņēmieniem noteica, ka grams rādija ik stundu izdala 100 kalorijas enerģijas. No kurienes tā rodas?

Jau pirms tam Marija Kirī pieņēma, ka radioaktīvās vielas izdala siltumu, izstarojot Bekerela starus, turklāt radioaktīvās vielas ļoti lēnām mainās. Taču šāda hipotēze bija pretrunā ar visiem zinātnes pamatiem — enerģijas nezūdamības likumu (no kurienes rodas šī enerģija?), vielas nezūdamības likumu (kā var mainīties radioaktīva viela?) un intuitīvo mūžseno priekšstatu par atomu nemainīgumu.

Izbijusies pati savas drosmes, Marija Kirī izvirzīja otru hipotēzi: radioaktīvās vielas uztver nezināmu ārēju starojumu, kas nav pieejams mūsu aparātiem, un pārvērš to siltumā un radioaktīvā starojuma enerģijā.

Laiks parādīja, ka arī zinātnē neierobežota drosme dažreiz ir labāka par kautru piesardzību. Visi trīs bargie iebildumi pret pirmo hipotēzi pārvērtās par tās nesatricināmu pierādījumu.

Pārdrošais japānis

Pētījumi radioaktivitātes jomā noveda pie atomu radioaktīvas pārvēršanās atklājuma. Einšteins atklāja ģeniālo enerģijas un vielas savstarpējo sakarību un apvienoja divus vecus likumus vienā enerģijas un vielas nezūdamības likumā — matērijas nezūdamības likumā. Tas ir lielisks piemērs, cik ļoti fizikas likumi saistīti ar dialektiskā materiālisma vispārīgajiem atzinumiem.

Arvien skaidrāk nobrieda nepieciešamība izprast radioaktīvo pārvērtību sarežģītos likumus. Sīs pārvērtības zinātniekiem šķita kā milzum daudzas nesakarīgas empīriskas hipotēzes. īpaši aktuāls šis uzdevums kļuva pēc 1908. gada, kad Rezerfords atklāja, ka alfa daļiņas, kas lido no radioaktīvām vielām, ir jonizēti hēlija atomi. Hēliju iegūst no radioaktīviem elementiem! Tik dumpīga iespējamība kļuva par realitāti.

Bija nepieciešams ķerties pie atoma noslēpuma atrisināšanas. Pagaidām pastāvēja vienīgi diezgan vispārīgs Prauta pieņēmums, ka visu vielu atomi rodas kaut kādā veidā no ūdeņraža. Šī hipotēze balstījās uz atomsvaru kārtnību, un tās pareizība kļuva apšaubāma, kad tika izmērīts atomsvars vairākiem elementiem, kas atklāja būtiskas novirzes no kārtnības. (Vēlāk, kad tika atklāti izotopi, šis iebildums atkrita, tomēr Prauta hipotēze vairs nebija vajadzīga.)

Pirmo atoma modeli piedāvāja Džozefs Džons Tom- sons, slavenais Dži-Dži, kuru dažreiz jauc ar ne mazāk slaveno Viljamu Tomsonu, kas vēlāk ieguva lorda Kelvina titulu.

Neilgu laiku Dži-Dži uzskatīja, ka par labu atoma modeli varētu būt Maijera magnētiņi. Maijers piekāra virs trauka ar ūdeni lielu magnētu, bet ūdenī ielaida mazus korķīšus ar tajos sadurtām magnetizētām adatām. Mazie magnētiņi izveidoja stabilas konfigurācijas: viens centrā, zem lielā magnēta, tam apkārt seši magnētiņi, kuri izveidoja regulāru sešstūri, ap sešstūri — lielu desmitstūri un desmitstūrim apkārt — divpadsmit- stūri. Maijers novēroja, ka, pašūpojot lielo magnētu, var likt pārvietoties mazajiem •magnētiņiem. Un tad ārējās konfigurācijas pārvēršas deviņstūros un trīspa- dsmitstūros. Maijers uzskatīja, ka tas atgādinot dažus reālus ķermeņus, kas sacietējot spēj mainīt savas īpašības.

Starp citu, Tomsons drīz vien saprata, ka šis modelis ir pārāk sarežģīts un nespēj attēlot daudzas zināmas atomu īpašības.

Spēlē iesaistījās Viljams Tomsons: eksperimenti ar Kruksa stariem un beta dajiņām liecinot, ka elektroni lido ne tikai starp atomiem, bet ari cauri tiem. Viņš pieņēma, ka elektrons, kurš atrodas ārpus atoma, pievelkas tam ar spēku, kas ir proporcionāls attāluma kvadrātam starp abu centriem. Ja turpretī elektrons lido atoma iekšienē, tad pievilkšanās ir proporcionāla šā attāluma pirmajai pakāpei. Tas bija iespējams tikai tad, ja viss atoma apjoms piepildīts ar kaut ko pozitīvi lādētu, bet elektronu izmēri daudz mazāki par atomu izmēriem.

Kelvins uzskatīja, ka atoma neitralitāte tiek nodrošināta, ja tajā ir tieši tikpat daudz elektronu, cik nepieciešams, lai kompensētu pozitīvo lādiņu. Tie izvietojas uz sfēriskām virsmām un, iespējams, griežas ap centru.

Sāds modelis, pazīstams ar nosaukumu «Tomsona atoms», eksistēja vairāk nekā desmit gadu, lai gan bija skaidrs, ka tas neizskaidro daudzus faktus un neatbilst stabilitātes prasībām. Tā vēlreiz parādīja savu ironiju Viņas Augstība Zinātne, žēlsirdīga pret korifejiem, kas padevīgi nes tās šlepi, un nicinoša pret gaišreģiem, kuri steidzas garām tās lēnajai svinīgajai procesijai.

Tajā pašā 1903. gadā, kad abi Tomsoni, juniors Dži- Dži un cienījamais lords Kelvins, beidza vispārējos vilcienos savu atoma mode]a veidošanu, japāņu fiziķis Nagaoka pavēstīja Tokijas Fizikas . un matemātikas biedrībai par savu atoma modeli, izveidotu līdzīgu Sa- turna un tā gredzenu sistēmai. Nākamajā gadā šis paziņojums paradījās Londonas žurnālā «Daba», taču neizraisīja fiziķos īpašu atsaucību. Tagad mēs varam tikai brīnīties par šādu nevērību un censties izskaidrot to ar hipnotizējošu autoritātes ietekmi, prāta inerci vai tradicionālu atsaukšanos uz tādu ideju likteni, kuras aizsteigušies laikam priekšā.

Japāņu zinātnieku vadīja skaidri apzināta nepieciešamība izskaidrot spektrālo sēriju un radioaktivitātes parādību likumsakarības. Viņa raksts saucās «Par dinamisko sistēmu, kas ilustrē spektrāllīniju un radioaktivi- tētes parādību». Viņš rakstīja: «Atoms sastāv no liela daudzuma vienādas masas daļiņu, kuras izvietotas riņķī pēc vienādiem leņķiskiem intervāliem un savstarpēji at- grūžas ar spēku, kas ir apgriezti proporcionāls attālumam starp tām. Riņķa centrā novietojas smagākā daļiņa, kura pievelk citas daļiņas, kas izveido gredzenu — pēc tā paša likuma,.. Aplūkotā sistēma tiks realizēta, ja gredzenā izvietosies elektroni, bet pozitīvais lādiņš centrā.»

Nagaokas modelis varēja izskaidrot alfa daļiņu stipro novirzi, kuru novēroja Geigers un Mersons, kad alfa daļiņas iet cauri plānām metāla folijām. Tomsona atoma modelis te bija bezspēcīgs. Par spīti visam tam, atoma planetārais modelis stabili asociējas ar Rezer- forda vārdu, kurš to atjaunoja 1913. gadā, un ar viņa līdzdalību tika iegūti eksperimentāli fakti, kas pārvērta planetāro modeli no hipotēzes acīm redzamā nepieciešamībā.

Vienu no izšķirošajiem argumentiem par labu plane- tārajam modelim ieguva Rezerforda asistents Mozli, novērodams rentgena staru spektrus: «Atomam piemīt raksturīgs lielums, kas regulāri palielinās, pārejot no atoma uz atomu (periodiskajā sistēmā). Sis lielums nevar būt nekas cits kā iekšējā kodola lādiņš.»

Mozli iegūtais rezultāts lieliski saskan ar radioaktīvo elementu pārvēršanās likumu, kuru atklāja Sodi un Re- zerfords desmit gadu pirms tam un kurš izsauca asus iebildumus no konservatīvajiem atomu mūžīguma un nemainības tradicionālā viedokļa piekritējiem.

Rezerforda modelī viss nostājas savā vietā — pozitīvi lādētā kodolā noris visas radioaktīvās pārvērtības, apkārt kodolam griežas elektroni, atbildīgi par spektra veidošanos un ķīmisko mijiedarbību.

Nagaokas planetārā modeļa galvenais trūkums, kuru nenovērsa arī Rezerfords, bija tas, ka nevarēja kvantitatīvi saistīt šo modeli ar gaismas un rentgena viļņu izstarošanas un absorbēšanas parādībām. Modelis neļāva aprēķināt izstaroto un absorbēto viļņu garumu, vēl vairāk, to nevarēja samierināt ar faktu, ka eksistē atomi. Atbilstoši Maksvela teorijai pa orbītu riņķojošam elektronam nepārtraukti jāizstaro elektromagnētiskie viļņi, atdodot tiem daļu no savas kinētiskās enerģijas. Turklāt elektrona orbīta aizvien vairāk sakļaujas un tam drīz jānokrīt uz kodola.

Ja arī bija cerība kādreiz nākotnē tādējādi izskaidrot radioaktīvo pārvēršanos, tad savienot šādu modeli ar stabilu atomu eksistēšanu bija pilnīgi neiespējami.

Rezerforda modeli gaidīja neizbēgama bojāeja. Taču to nepaguva likt apsmieklā un aizmirst, jo Rezerforda laboratorijā jau apmēram gadu strādāja jauns dāņu fiziķis Nils Bors.

Bora atoms ir nevis bora atoms, bet ūdeņraža atoms

Bors skaidri apjauta plašās iespējas, kādas ietilpa atoma planetārajā modelī, un izvirzīja sev mērķi glābt atomu no anatēmas, ar ko to apdraudēja klasiskā fizika.

Glābēji varēja būt tikai ķecerīgais akcijas kvants, kurš, par spīti tā radītāja Planka piesardzībai, ienāca zinātnē, un ne mazāk dumpīgais fotons, kura radītājs Einšteins pēc tam ilgus gadus bija galvenais Bora oponents vissarežģītākajās un dziļākajās modernās fizikas problēmās.

Citāts, kurš varbūt ir pārāk garš, labāk parādīs, kā radās visdramatiskākais lēciens, kas pacēla cilvēci pār klasiskās fizikas staltajiem kolosiem.

«Elementārais akcijas kvants izsaka fizikālo procesu jaunu individuālu īpašību, pilnīgi svešu mehānikas un elektromagnētisma klasiskajiem likumiem; ierobežo to pamatotību ar parādībām, kurās akcijas dimensiju lielumi ir lieli salīdzinājumā ar atsevišķa kvanta vērtību, ko sniedz Planka jaunā atomārā konstante. Tāds nosacījums nekādā ziņā neattiecas uz elektroniem atomos. Un patiešām, tikai akciju kvanta pastāvēšana kavē elektronu saplūšanu ar kodolu neitrālā, smagā, praktiski bezgala maza izmēra daļiņā.

Tāda stāvokļa atzīšana tūlīt pat uzvedināja uz domu attēlot katra elektrona noturēšanu laukā ap kodolu kā nepārtrauktu individuālu procesu virkni, kas pārved atomu no viena, tā saucamā stacionārā, stāvokļa citā tādā pašā stāvoklī, atdodot atbrīvoto enerģiju elektromagnētiskā starojuma atsevišķa kvanta veidā. Sī ideja pēc būtības radniecīga Einšteina veiksmīgajam foto- elektriskā efekta izskaidrojumam, kuru tik pārliecinoši apstiprināja Franka un Herca lieliskie darbi spektrāl- līniju ierosināšanā, elektroniem triecoties pret atomiem. Tā deva ne tikai tiešu izskaidrojumu līnijspektru noslēpumainajiem likumiem, kurus atrisināja Balmers, Rid- bergs un Ries, bet pamazām arī noveda pie sistemātiskas klasifikācijas, pamatojoties uz spektroskopiskiem datiem, katra elektrona stacionārajām saitēm atomā; tā tika pilnīgi izskaidrotas elementu fizisko un ķīmisko īpašību savstarpējās sakarības, kas izteiktas slavenajā Mendeļejeva tabulā. Tāds matērijas īpašību izskaidrojums šķita senā ideāla īstenojums — reducēt dabas likumu formulējumu tikai uz skaitļu izskatīšanu —, kas pārsniegtu pat pitagoriešu sapņus. Galvenais pieņēmums par atomu procesu individualitāti tai pašā laikā nozīmēja neizbēgamu atteikšanos noteikt starp fizikālām parādībām detalizētu cēloņsakarību, kas gadsimtu gaitā bija dabaszinātņu filozofijas neapstrīdams pamats.»

Bors formulēja savas idejas trīs postulātu veidā:

—   atoms var atrasties noteiktos stacionāros stāvokļos, nezaudēdams enerģiju starojumam;

—   starojums rodas, atomam pārejot no viena stacionārā stāvokļa otrā;

—   starojuma frekvenci nosaka Planka konstante un starpība starp enerģijām, kas atbilst diviem stacionāriem stāvokļiem, starp kuriem notiek pāreja.

Bors piemēroja šos postulātus visvienkāršākajam atomam — ūdeņraža atomam, ap kura kodolu riņķo tikai viens elektrons. Katrs solis bija triumfs. Elektrona orbītas rādiuss lieliski sakrita ar ūdeņraža atoma rādiusu, kas bija zināms no eksperimentiem ar gāzēm. Kad aprēķināja frekvences, kas saistītas ar pārejām starp vienkāršākajiem stacionārajiem stāvokļiem, tās sakrita ar Balmera un Pašēna līniju zināmajām sērijām un ļāva aprēķināt Ridberga konstanti, kas iepriekš bija noteikta tikai ar eksperimentu.

Bors piemēroja savu teoriju hēlija jonam — sistēmai, kurai tāpat bija tikai viens elektrons, bet četrreiz smagāks kodols nekā ūdeņraža atomam. Bors ieguva frekvenču sēriju, kas sakrita ar spektrāllīniju sēriju, kuru novēroja dažām zvaigznēm un tajā pašā laikā piedēvēja ūdeņradim. So Bora ideju pareizība vēlāk kļuva par vēl vienu viņa teorijas triumfu.

Taču mēģinājumi piemērot teoriju hēlija nejonizētam atomam — sistēmai ar diviem elektroniem — un vēl sarežģītākiem atomiem sadūrās ar nepārvaramām matemātiskām grūtībām.

Šīs grūtības būtiski pārvarēja vecākās paaudzes teorētiķis Zommerfelds. Viņš ieveda Bora modelī reizē ar riņķveida orbītām sarežģītākas eliptiskās elektronu orbītas. Tā viņš aprēķinu ceļā atklāja kombinatīvo principu, kuru Ries atklāja, vienkārši salīdzinot eksperimenta datus. Pēc tam, novērtējis elektronu kustības āt- rumus pa to orbītām, Zommerfelds noteica, ka tie ir pārāk lieli un aprēķinam jāizmanto Einšteina relativitātes teorija.

Tā viņš spēja izskaidrot, kāpēc daudzas spektrāllīni- jas neietilpst zināmajās spektrālajās sērijās. Izrādījās, tās rodas, eliptiskajām orbītām atbilstoši relativitātes teorijas prasībām tā griežoties ap kodolu, ka elektrons kustas nevis pa noslēgtu elipsi, bet pa savdabīgu bezgalīgu rozeti. Taču arī pēc pilnveidošanas teorija bija pārāk sarežģīta, bet galvenais — ne visi tās pareģojumi saskanēja ar eksperimentiem.

Pamazām fiziķos nostiprinājās apziņa, ka nepieciešamas radikālas pārmaiņas.

Nejaušības likumi

Ja nākamais vēsturnieks gribēs noteikt, kad zinātnieki, kuri vairāk nekā divus tūkstošus gadu iedziļinājās gaismas un atomu būtībā, spēra pirmo tiešo soli uz lāzeriem, viņš, bez šaubām, atkal atcerēsies raženos gadus.

1917. gadā Einšteins spēra soli, kura sekas viņš vēl nespēja paredzēt. Bora atomam izmantoja to statistisko pieeju, kuru pats Einšteins un poļu zinātnieks Srnolu- hovskis izmantoja, aprēķinot Brauna noslēpumaino kustību — vissīkāko daļiņu nerimstošo danci.

Einšteins ievēroja, ka gaismas starošanas un absorbēšanas aktiem jāpakļaujas tādām pašām varbūtības likumsakarībām kā radioaktīvajai sabrukšanai. Katrs atsevišķs akts nav paredzams un ir nejaušs, taču caurmērā izpaužas stingras likumsakarības, kas atbilst objektīviem dabas likumiem.

Viņš pieņēma, ka atomos, kas nepakļaujas ārējām iedarbībām, elektroni pāriet no stāvokļa ^r lielāku enerģiju uz stāvokli ar mazāku enerģiju ar pilnīgi noteiktu varbūtību, kas pamatojas uz atoma uzbūvi. Starojuma intensitāte, kas saistīta ar tādām spontānām pārejām, ir proporcionāla tam atomu skaitam, kas atrodas stāvoklī ar lielāku enerģiju — ierosinātiem atomiem.

Ja atomi atrodas starojuma laukā un starojuma frekvence sakrīt ar vienu no Bora Irekvencēm, tad varbūtība elektronu pārejai, kas saistīta ar šās frekvences fotona starošanu vai absorbēšanu, ir proporcionāla lauka intensitātei.

Siem diviem minējumiem bija divas svarīgas sekas.

No tiem dabiski izriet Planka formula «melna ķermeņa» starojumam, kas novērš «ultravioletās katastrofas» briesmas. Tas apstiprināja, ka Einšteinam ir taisnība.

Taču otrās sekas pievērsa uzmanību.

No Einšteina pieņēmuma neizbēgami izrietēja, ka fotons aiznes no atoma ne tikai enerģiju, bet arī impulsu; ka gaismas starojuma elementārais akts nevar būt attēlots kā sfērisks vilnis. Tā zinātnē atkal ienāca nepieciešamība apvienot gaismas vi|ņējādās un korpuskulārās īpašības, jo tagad fotoni, iegūdami impulsu, atkal kļūst līdzīgi daļiņām. Tagad fizikā patiešām ielaužas nejaušības likumi, un tos vairs nevarēja aplūkot tikai kā pārāk lielu aprēķinu vienkāršošanu uzdevumos ar daļiņu daudzumu. Varbūtības likumi, izrādījās, ir saistīti ar elementāriem atsevišķiem aktiem. Tikai daudz vēlāk noskaidrojās, kā tas viss ir saistīts ar lāzeriem. Taču vispirms zinātnē bija jānotiek daudziem svarīgiem notikumiem.

Trīs šedevri

Bija 1911. gads. Zinātnē ienāca viens no interesantākajiem prātiem. Luijs Debroljī sāka savu patstāvīgo dzīvi ar bakalaura grāda iegūšanu, bet pēc tam ar literatūras un vēstures licenciāta grādu. Taču viņu aizrāva brāļa izraudzītā profesija. Ar brāļa starpniecību Luijs iepazīstas ar fiziķu kongresā apspriestajiem referātiem. Sie referāti bija veltīti kvantam. Kvanti izšķīra jaunekļa likteni.

Viņš sāka strādāt brāļa laboratorijā. Pirmie darbi bija veltīti rentgena stariem un fotoefektam. Savdabīgo startu pārtrauca vēsture — sākās pirmais pasaules karš. Vēsturnieks — fiziķis — kareivis piecus gadus pavada armijā. Bet 1919. gadā, atgriezies no armijas, viņš pilnīgi nokļūst Einšteina gaismas kvantu teorijas varā. Viņu savaldzināja tieši tas, kas ievērojamiem vācu fiziķiem šķita aizdomīgs pārdrošajā teorijā.

Einšteins pat nemēģināja izskaidrot ar kvantu palīdzību krāsu rašanos plānās kārtiņās (piemēram, varavīksnes nokrāsas uz ūdens izlijušā naftā) un citas interferences parādības. Ja uzskata, ka gaisma ir tikai daļiņas, šādas parādības nevar izskaidrot. Viņš bija pārāk liels fiziķis, lai mēģinātu to darīt.

Gaismas kvantu rādītājs atstāja šo uzdevumu viļņu optikai, jo tā pamatojās uz to, ka gaisma ir — viļņi. Taču Einšteinu nebaidīja katras teorijas vienpusība. Viņš uzskatīja tādu dualitāti par likumsakarīgu un par gaismas dabas pamatu. Vienos apstākļos gaisma pastāv kā nepārtraukts vilnis, bet citos tā parādās reāli kā kvantu plūsma. Kvanti vēlāk tika nosaukti par fotoniem.

Einšteina gaismas dabas izskaidrojumam neviens nepievienojās. Pat vēlāk, kad viņš pēc relativitātes teorijas radīšanas tika nolikts blakus Ņūtonam, gaismas kvantu teorija palika nesaprotama un aizmirsta. Tā palīdzēja Boram izveidot atoma teoriju, tomēr arī tas nenodrošināja šās teorijas atzīšanu. Pats Einšteins, aizņemts ar daudz grūtākiem uzdevumiem, kuri radās atbilstoši viņa pamatdarba attīstībai, neatgriezās pie gaismas kvantu teorijas.

Luijs Debroljī uztvēra Einšteina idejas. Jau agrā jaunībā viņu pārsteidza analoģija starp vienādojumiem, kas apraksta viļņu kustību un sarežģītu mehānisku sistēmu darbību. Turpretī tagad neizprotamā veselu skaitļu parādīšanās likumos, kas ļāva aprēķināt ūdeņraža atoma orbītas, izraisīja viņā domas par šo likumu radniecīgumu ar viļņu kustības likumiem, kuros nepārtraukti rodas vienkārši veselie skaitļi.

Vadīdamies pēc Einšteina idejām, it īpaši pēc viņa apsvērumiem par masas un enerģijas sakaru, kas izrietēja no relativitātes teorijas, Debroljī veica pretējo, ko bija darījis Einšteins ar gaismas viļņiem. Einšteins saistīja elektromagnētiskos viļņus ar gaismas daļiņām, Debroljī saistīja daļiņu kustību ar viļņu izplatīšanos un nosauca šos viļņus par matērijas viļņiem. 1923. gada vasaras beigās «Francijas Zinātņu Akadēmijas Ziņojumos» parādījās trīs raksti, trīs šedevri, kuros ietilpa jaunās viļņu mehānikas pamatprincipi.

Bet doktora disertācijā viļņu mehānikas idejas tika attīstītas un noslīpētas tik smalki, ka slavenās Sorbo- nas žūrija, kuras sastāvā ietilpa tādi franču zinātnes korifeji kā Pols Lanževēns un Žans Perēns, nešaubīdamies novērtēja to «kā vislielāko briljantu».

Matemātiskās receptes

Pēc gada Verners Heizenbergs publicēja savu slaveno matriču mehāniku. Tas bija apbrīnojams viena — turklāt tikai divdesmit piecus gadus veca zinātnieka intuīcijas auglis, kas zināmā mērā atbrīvoja citus no nepieciešamības … domāt. Galvenais darbs tika ieguldīts neierastu matemātisku metožu apgūšanā. Pēc tam viss noritēja apbrīnojami vienkārši. Vajadzēja pierakstīt kārtējā uzdevuma noteikumus simboliskā matrices formā (protams, bija jāpalauza galva). Toties tālāk varēja rīkoties pēc likumiem, kas bija izstrādāti uz visiem laikiem. Sā gandrīz mehāniskā darba beigās radās lēmums, formulu džungļos to vienmēr palīdzēja atrast eksperiments.

Jauns profesors no Cīrihes Ervīns Srēdingers 1926. gada pavasarī izcirta vēl vienu stigu mikropasaules biezajos džungļos. Srēdingers ieguva lielisku vienādojumu, kas tagad pazīstams ar nosaukumu viļņu vienādojums. Viņš parādīja, ka komplicētos gadījumos, kad procesā piedalās uzreiz daudz daļiņu, attiecīgais vilnis, kas apraksta šo daļiņu kustību, kļūst ļoti sarežģīts. Tas vairs neietilpst parastās trīsdimensiju telpas robežās. Lai to aprakstītu, jāiedomājas telpa ar daudzām dimensijām!

Tagad mikropasaules fizikā stabili ienāca abstrakta daudzu dimensiju telpa, kas pirms tam ilgus gadus bija klasiskās fizikas īpašums.

Tā Debroljī, Heizenberga un Šrēdingera iedvesmas pilnā darba rezultātā radās jauna kvantu mehānika — apbrīnojams, ne visai saprotams, ar matemātisku sprāgstvielu lādēts ierocis tālākiem karagājieniem uz mikropasauli.

Lai pārvarētu grūtības, kuras radās trīsvienības teorijas ceļā, iesaistījās arvien jauni spēki. Taču galvenais virziens veda nevis uz lāzeriem, bet uz atombumbu un atomelektrostaciju. Tāpēc mēs. šo ceļu pametīsim un griezīsimies atpakaļ, lai izsekotu, kā attīstījās citas idejas, kurām bija tiešs sakars ar mūsu tēmu.

Solis atpakaļ, Ieciens uz priekšu

Pārcelsimies uz mūsu gadsimta sākumu, kad zinātnē ienāca jauneklis no Odesas — Leonīds Mandelštams.

Tajos vētrainajos gados Mandelštamu saistīja Planka darbi. Planks centās izprast, kāpēc gaisma, iedama cauri dzidrai, nesaduļķotai videi, pavājinās. Cēlonis varēja būt vienīgi izkliede. Bet kas var izkliedēt gaismu tīrā homogēnā gāzē?

Un ko iesākt ar eksperimentiem — nevainojamiem eksperimentiem, kuri ar apbrīnojamu precizitāti apstiprina agrāk valdošo izkliedes teoriju? Tajā viss likās neapstrīdams un it kā protestēja pret iejaukšanos.

Mandelštamu nemulsinaja eksperimentu rezultātu sakrišana ar iepriekšējo teoriju. Par vienu no tādiem eksperimentiem viņš 1907. gadā rakstīja: «Sī sakrišana jāuzskata par nejaušību.»

Mandelštams ar daudziem darbiem parādīja, ka molekulu nekārtīgā kustība nepadara gāzi homogēnu. Reālā gāzē vienmēr ir sīki retinājumi un blīvējumi, kas izveidojušies haotiskas siltuma kustības rezultātā. Sie retinājumi un blīvējumi tad arī noved pie gaismas izkliedes, jo izjauc gaisa optisko homogenitāti.

Mandelštams rakstīja: «Ja vide nav optiski homogēna, tad krītoša gaisma izkliedēsies ari uz sāniem.»

Daudz vēlāk, 1917. gadā, Mandelštams un neatkarīgi no viņa franču zinātnieks Leons Briljēns uzdeva sev jautājumu, kā gan notiek gaismas izkliede caurspīdīgos homogēnos šķidrumos un cietos ķermeņos, kuru blīvums ir neizmērojami lielāks par gaisa blīvumu.

Izrādījās, ka šeit arī liela nozīme ir blīvuma fluktuā- cijām, kas pakļaujas likumiem, kuri radniecīgi Brauna daļiņu kustību izraisītājiem likumiem.

Bet šķidrumos un cietās vielās, ko liziķi apvieno vispārinātā jēdzienā — kondensētās vides, gaismas izkliedes procesā iejaucas jauns faktors, kura saknes iesniedzas 1820. gadā, kad franči Dilongs un Ptī konstatēja lielisku faktu, ka visu cieto vielu īpatnējā siltumietilpība ir vienlīdzīga. Mēģinājumi izskaidrot šo likumsakarību pamudināja uz daudziem tālejošiem pētījumiem. Taču tik apbrīnojamas vienlīdzības cēloņi tomēr palika neskaidri, un eksperimenta rezultāts ar laiku kļuva par Dilonga un Ptī likumu. Tikai vairāk nekā pēc pusgadsimta Cīrihes profesors Vēbers atklāja, ka dimanta, grafīta, bora un silīcija īpatnējās siltumietilpības krasi novirzās uz mazāko pusi no Dilonga un Ptī likuma. Viņš ari konstatēja, ka temperatūras paaugstināšanās samazina viņa atklāto novirzi.

Einšteins, kurš studenta gados klausījās Vēbpra lekcijas, nespēja būt vienaldzīgs pret šo atklājumu. Viņš iedomājās cietu ķermeņu atomus svārstāmies ap stabiliem līdzsvara stāvokļiem, ko nosaka to elektrisko lauku mijiedarbība. Tādu atomu sistēmu īpašības vispārīgos vilcienos atgādina ar atsperēm saistītu atsvaru sistēmas uzvešanos. Einšteins vienmēr centās sarežģītu sistēmu attēlot ar visvienkāršāko modeļu un visvienkāršāko formulu palīdzību, lai tikai tās atveidotu reālo parādību būtiskās pazīmes. Sis ceļš arī šoreiz noveda viņu pie panākumiem. Izmantodams savam modelim Planka formulas, viņš spēja izskaidrot Vēbera novērojumus.

Vēlāk Debajs attīstīja tālāk Einšteina darbu un parādīja, ka cietvielu siltuma svārstībām ir tāda pati daba kā skaņas svārstībām, taču to frekvencēm ir nesalīdzināmi lielāks diapazons, nekā dzird mūsu auss. Tās bija ultraskaņas un hiperskaņas svārstības, kuras daudz vēlāk apguva tehnika. Taču skaņas viļņi saistīti ar vielas saspiešanu un izretināšanu, ar vielas blīvuma maiņu. .Ja šie viļņi rodas no siltumkustības, tad to su- perp'ozicija rada haotiskas pārmaiņas, blīvuma fluktuācijas. Tiklīdz to aptvēra, gaismas izkliedes mehānisms kondensētās vidēs kļuva skaidrs. Tagad šis process pazīstams kā Mandelštama—Briljēna izkliede. Tas ieguva jaunu nozīmi pēc lāzeru radīšanas.

Daudzsološs atklājums

Pēc daudziem gadiem, 1925. gadā, kļuvis par Maskavas universitātes katedras vadītāju, Mandelštams turpināja gaismas izkliedes pētījumus kopā ar prasmigo eksperimentētāju Grigoriju Landsbergu.

Kopīgā darba rezultāti bija negaidīti un neparasti. Zinātnieki atklāja ko citu, nekā bija gaidījuši, ne to, kas bija paredzēts teorētiski. Viņi atklāja pilnīgi jaunu parādību. Bet kādu? Un vai tā nebija kļūda? Izkliedētajā gaismā parādījās vesela kombinācija frekvenču, kuru nebija uz vielas krītošajā gaismā.

Izkliedētās gaismas spektra fotogrāfijās atkārtoti parādījās vājas, tomēr pilnīgi skaidras līnijas, kas liecināja, ka izkliedētajā gaismā ir «liekas» frekvences. Zinātnieki daudzus mēnešus meklēja šās parādības izskaidrojumu. No kurienes izkliedētajā gaismā radās «svešas» frekvences?

Un pienāca diena, kad Mandelštamam iešāvās prātā pārsteidzošs minējums. Tas bija apbrīnojams atklājums, tas pats, kuru vēl tagad uzskata par vienu no svarīgākajiem XX gadsimta atklājumiem.

Mandelštama zinātnieka intuīcija un skaidrais analītiskais prāts uzvedināja uz domām, ka atklātās izkliedētās gaismas frekvenču maiņas neizraisa tie starpmo- lekulārie spēki, kuri izlīdzina nejaušu gaisa blīvumu nehomogenitāti vai izraisa ultraskaņas — Debaja viļņus cietos ķermeņos. Zinātniekam kļuva skaidrs: cēlonis neapšaubāmi slēpjas pašās vielas molekulās un parādību izsauc molekulu veidojošo atomu savstarpējās svārstības. Tādas svārstības notiek ar daudz augstāku frekvenci nekā tās, kas pavada vides nejaušu nehomo- genitāšu veidošanos un uzsūkšanos. Sīs atomu svārstības molekulās tad arī izpaužas izkliedētajā gaismā. Atomi to it kā apzīmē, atstāj tajā savas pēdas, nošifrē ar papildu frekvencēm.

Tādējādi jauno parādību, kas ieguva nosaukumu «gaismas kombinatīvā izkliede», varēja izskaidrot, Mandelštama radīto molekulārās izkliedes teoriju papildinot ar datiem par molekulās esošo atomu svārstību ietekmi.

Vēlāk šis atklājums nozīmēja milzīgu ieguvumu, tam bija milzīga praktiska vērtība.

Mūsu dienās kombinatīvā izkliede kļuvusi par pamatu vienam no lāzeru tipiem.

Mājiens

Mēs jau zinām, kā Einšteins spēra pirmo soli pretī lāzeriem. Bet toreiz neviens nesaprata, kurp ved taciņa, pa kuru viņš sācis iet. To neizprata arī viņš pats. Viņu interesēja kas cits. Viņš tiecās likvidēt vienīgi nobriedušās pretrunas starp optiku un termodinamiku.

Optiķiem jau pirms Einšteina bija zināms, ka atomu spontānais starojums nav atkarīgs no ārējiem apstākļiem, bet to nosaka tikai atomu īpašības. Gluži pretēji, absorbcija pieaug reizē ar krītošās gaismas intensitāti.

Tas bija tīri teorētisks secinājums. Stimulētais starojums nepakļāvās novērošanai: to maskēja spēcīgākā absorbcija.

Padomju fiziķis Valentīns Fabrikants pievērsa uzmanību tam, ka stimulētu starojumu nav iespējams novērot tikai tāpēc, ka parastos apstākļos to kavē Bolcmaņa likums. Atbilstoši tam atomi uzskata par labāku atrasties stāvokļos ar mazāku enerģiju, tāpat kā gaisa molekulas sakrājas zemākajos atmosfēras slāņos. Lejā gaiss blīvāks, jo augstāk, jo tas kļūst retinātāks.

Tāpat ir ar atomiem. Stāvokļos ar mazāku enerģiju to ir daudz, augšējos stāvokļos — mazāk. Tā kā pēc Einšteina teorijas ārējais elektromagnētiskais lauks ar vienādu varbūtību ierosina atsevišķu atomu absorbēt fotonu un paaugstināt savu enerģiju vai atdot fotonu un atbrīvoties no liekās enerģijas, rezultātu nosaka Bolcmaņa likums: parastos apstākļos to atomu skaits, kuri spēj absorbēt, ir pārsvarā.

Tātad, teica Fabrikants, jārada neparasti apstākļi, kuros Bolcmaņa likums vairs nav noteicējs. Nepieciešams izjaukt vides termisko līdzsvaru un izjaukt tik spēcīgi, lai atomu ar lielāku enerģiju kļūtu vairāk nekā atomu ar mazu enerģiju. Tāda vide gaismu nevis absorbēs, bet pastiprinās …

Ritēja gadi. Sākās otrais pasaules karš. Hitlerieši nodevīgi uzbruka mūsu Dzimtenei. Tauta mobilizēja visus spēkus cīņai pret ienaidnieku. Kopā ar tautu, protams, bija arī zinātnieki.

Un tad pienāca ilgi gaidītā uzvara. Ļaudis atgriezās pie mierīga darba. Visa valsts, ikviens cilvēks nodarbojās ar neatliekamiem pienākumiem. Tikai pēc pieciem gadiem Fabrikants varēja pievērsties savam aizsāktajam darbam. Tajos gados ikviens domāja vispirms par praktisku labumu. Un Fabrikants, protams, saskatīja, ka arī viņa doktora disertāciju varētu izmantot tehnikā. Kopā ar vairākiem līdzstrādniekiem viņš ķērās pie darba. Rezultātā radās pieteikums izgudrojumam, kā pastiprināt elektromagnētiskos viļņus ar stimulētu starojumu. Pirmtiesības uz atklājumu datētas ar 1951. gadu. Pieteikumā tika norādīti vairāki veidi, kā iegūt vēlamo rezultātu gāzveida vidē. Tomēr, par spīti visām pūlēm, autori nespēja nevienu no tiem realizēt.

Par nožēlu, pieteikuma publikācija ieilga līdz 1959. gadam, tā ka autoru prioritātei bija zināmā mērā formāls raksturs un tā praktiski neietekmēja citu zinātnieku turpmāko darbu.

Tajā pašā 1951. gadā pazīstamajam fiziķim Perselam un jaunajam radiofiziķim Paundam izdevās uz neilgu laiku tik spēcīgi izjaukt vielas termisko līdzsvaru, ka tā kļuva aktīva — stimulētā emisija tajā pārsniedza elektromagnētisko viļņu absorbciju. Tiesa, tie bija nevis gaismas, bet radioviļņi, taču eksperiments tāpēc nekļuva mazāk svarīgs. Eksperiments bija ļoti vienkāršs. Fiziķi ievietoja fluora litija kristālu spēcīgā magnēta laukā. Kristāls magnetizējās. Lielākā daļa litija un fluora atomu kodolu, kļuvuši līdzīgi maziem magnēti- ņiem, pagriezās gar magnēta lauku tā, lai viņu enerģija laukā būtu minimāla. Pēc tam kristālu vajadzēja ātri izņemt no lauka un pagriezt, lai tā puse, kura bija vērsta pret magnēta ziemeļpolu, pavērstos pret dienvidiem, un ielikt kristālu atpakaļ, šādā stāvoklī lielākā daļa kodolmagnētiņu pavēršas pret lauku. To enerģija laukā ir maksimāla. Tie cenšas tikt vaļā no liekās enerģijas, izstarodami radioviļņus. Tie izstaro spontāni.

Taču Persels un Paunds nenojauta, ka jāvirza uz kristālu ārējs radiovilnis — un tas tiks pastiprināts. Persels un Paunds stāvēja uz atklājuma sliekšņa, taču līdz izšķirošajam solim netika.

Celmlauži

Lai saprastu, kāpēc Einšteina un Dīraka ģeniālās idejas, Fabrikanta konkrētie priekšlikumi un Persela un Paunda lieliskie eksperimenti nenoveda tieši pie lāzeriem, pat ne pie kvantu elektronikas rašanās, uz laiku jāpamet gaismas izpētes liktenis.

1939. gadā PSRS Zinātņu akadēmijas Fizikas institūtā Maskavā parādījās Ļeņingradas universitātes absolvents Saša Prohorovs. Viņš gribēja nodarboties ar radiofiziku un iesaistījās radioviļņu izplatīšanās pētījumos, kuri notika zinātnieku, draugu Leonīda Mandelštama un Nikolaja Papaleksi vadībā.

Svārstību laboratorijā visus bija aizrāvusi dziņa izzināt galvenās likumsakarības, kas savstarpēji vieno dažādas parādības. Vadošais faktors bija vispārējā svārstību teorija, kura tolaik atradās savas vissarežģītākās — nelineārās daļas izveidošanas stadijā. Sī teorija deva iespēju no viena redzes viedokļa pētīt radioviļņu lampu ģeneratora un cilvēka sirds darbību, radioviļņu izplatīšanos un skaņas izplatīšanos, noslēpumaino Luksemburgas—Gorkijas efektu un gaismas iešanu cauri kristāliem. Visu nevar uzskaitīt.

Laboratorijā mācīja izmantot matemātikas neierobežoto varenību, izmantojot pēc iespējas vienkāršākas un uzskatāmākas metodes. Pār optiskām parādībām tika mesti tilti uz atomu pasauli, uz tikai nesen apgūto kvantu nozari. Tālāk ceļi veda uz maksimāliem ātru- miem, uz relativitātes teorijas pasauli. Un galvenais — tur mācīja apvienot ideju un tās tehnisko iemiesojumu. Vārdu sakot, Prohorovs nokļuva vienā no jaunākajām modernās fizikas skolām, un viņš šeit iederējās. Teorija mijās ar eksperimentiem, laboratorijas darbs saistījās ar ekspedīcijām. Baltā jūra, Kaukāzs, Ribinskas jūra.

Taču viņš ilgi nestrādāja laboratorijā. Sākās karš, un viņam nācās nomainīt zinātnisko meklējumu romantiku ar izlūka pienākumiem armijā. Smaga ievainojuma sekas vēl ilgi pēe kara liedza viņam piedalīties eksperimentālos ārpuslaboratorijas pētījumos. Bija jāstrādā tikai laboratorijā, jāmaina zinātniskā tematika. Taču arī šajos apstākļos viņš ieguldīja savu darbu kopējā lietā, strādāja pie radiolokācijas un radionavigācijas sistēmu precizitātes paaugstināšanas.

Viņš kļuva par profesora Sergeja Ritova — PSRS Zinātņu akadēmijas korespondētājlocekļa, liela un interesanta zinātnieka aspirantu un pēc trim grūtu teorētisku un eksperimentālu pētījumu gadiem aizstāvēja kandidāta disertāciju.

Sajā laikā laboratorijā ieradās students praktikants Nikolajs Basovs. Karš bija atstājis savas smagās pēdas arī viņa dzīvē. Iesaukts armijā, viņš tika nosūtīts uz Kara medicīnas akadēmiju. Nepaguvis beigt akadēmiju, nokļuva frontē. Pēc uzvaras demontēja rūpnīcas, kurās hitlerieši bija izgatavojuši indīgās kaujas vielas, stipri saindējās un ilgi slimoja.

Pēc demobilizācijas Basovs izvēlējās Maskavas Fizikas inženieru institūtu. Fizika viņam šķita nešķirama no tehnikas. Viņš pareizi izprata mūsu gadsimta elpu. Pamazām viņu aizvien vairāk sāka aizraut teorētiskā fizika, tās varenība, milzīgie panākumi, noslēpumi. Varbūt tas notika tādēļ, ka teorētiskās fizikas katedras vadītājs institūtā bija akadēmiķis Igors Tamms, Mandelštama skolas lielisks pārstāvis. Basovs kļuva par vienu no katedras labākajiem studentiem. Taču, nokļuvis praksē Fizikas institūtā Prohorova laboratorijā pie tīri eksperimentāla darba, viņš iesaistījās tajā ar visu sev piemītošo enerģiju un drīz vien gadu pirms termiņa aizstāvēja diplomdarba projektu. Tajā eksperimentāliem pētījumiem bija veltīts ne mazāk vietas kā teorētiskajiem.

Basovs kopā ar Prohorovu aizrāvās ar radiospektro- skopiju. Viens no šīs nozares pētījumiem kļuva par viņa kandidāta disertācijas tematu.

Jaunie radiofiziķi, vienādi labi pārvaldīdami kā precīzu eksperimentēšanas mākslu, tā moderno teoriju, bruņoti ar apbrīnojamu intuīciju un jaunā izjūtu, vienprātīgā darbā nonāca pie lūzuma momenta savas zinātnes liktenī — viņi radīja radioviļņu molekulāro ģeneratoru, atklāja pamatprincipus, kas kļuva par pamatu jaunai zinātnes nozarei, kuru viņi nosauca par kvantu radiofiziku.

Apmēram tajā pašā laikā tālu aiz okeāna Ņujorkā, Kolumbijas universitātē ienāca zinātnē jaunais fiziķis Čārlzs Taunss. Kolumbijas universitāte, dibināta 1754. gadā, bija izveidojusies par lielu zinātnes centru jau pirms zinātnieku masveida emigrācijas, kuru izsauca fašisma terors Itālijā un Vācijā un vēlāk Centrālās un Rietumeiropas valstu okupācija. Starp citu, pat mūsu gadsimta divdesmitajos gados Kolumbijas universitāte bija vienīgā vieta daudzmiljonu pilsētā, kurā varēja nodarboties ar fiziku.

Otrā pasaules kara sākumā šeit izveidojās pirmklasīgs atomkūļu izpētes centrs. Tā pamatlicējs — Izidors Rabi — startēja Eiropā, Sterna laboratorijā. Sternu uzskatīja par šāda veida pētījumu patriarhu. Taču Rabi spēra svarīgu soli uz priekšu — viņš saistīja atomkūļu tehniku ar radiotehniku. Tā būtībā radās radiospektro- skopija.

Radio apvienojās ar atomiem un molekulām. Radās iespējamība ārkārtīgi precīzi izpētīt daudzas atomu kodolu īpašības, taču tas vēl neradīja jaunas zinātnes nozares izveidošanu.

Radiospektroskopija piedzima otrreiz un sāka vētraini attīstīties pēc otrā pasaules kara, kad fiziķiem kļuva pieejama centimetru radioviļņu tehnika, izveidota radiolokācijas attīstības gaitā.

Taunsa agrīnie publicējumi radiospektroskopijas nozarē attiecas uz 1946. gadu. Pirmajā ietilpa dažas rindiņas. Tā bija tikai anotācija, pēc angļu terminoloģijas abstract, par amonjaka molekulas izpēti. Otra publikācija bija apmēram lappusi gara vēstule žurnāla «Fizikas Apskats» redakcijai par ūdens molekulas pētījumiem. Darbi neradīja īpašu iespaidu. Tajā pašā laikā plaši amonjaka un ūdens pētījumi jau notika daudzās laboratorijās.

Pirmajam solim sekoja ātrs ieskrējiens — nākamajā gadā divas vēstules un trīs abstract, jau ar jauniem interesantiem rezultātiem, bet vēl pēc gada Taunss kļuva par vienu no galvenajiem speciālistiem gāzu radiospektroskopijas nozarē.

Pirmdzimtais

Daudzi lūzuma momenti ir ļoti nosacīti. Tas attiecas ne tikai uz mūsu ēras sākumu, bet ari uz tvaika gadsimta sākumu, elektrības gadsimtu … Vienīgi atoma gadsimta sākumu iezīmē briesmīgs notikums — sprādziens, kas satricināja Ņūmeksikas štata tuksnesi.

Kvantu radiofizikas rašanās attiecas uz 1954. gadu, kad Basovs un Prohorovs P. Ļebedeva Fizikas institūtā Maskavā un Taunss kopā ar Gordonu un Caigeru Kolumbijas universitātē Ņujorkā praktiski vienlaicīgi un pilnīgi neatkarīgi panāca radioviļņu ģenerāciju ar molekulu palīdzību. Tā bija jauna tipa iekārta: molekulārais ģenerators — tā jauno iekārtu nosauca Maskavā, Ņujorkā tā saucās māzers. Vārds «māzers» veidojas no pirmajiem burtiem angļu frāzē, kas izsaka aparāta darbības pamatprincipus («radioviļņu pastiprināšana ar stimulētu starojumu» — Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation).

Bet, tā kā molekulārais ģenerators bija strādājoša ierīce, tās parādīšanās nozīmēja, ka ir radušies dvīņi. Reizē ar kvantu radiofiziku izveidojās kvantu elektronika — tā vēlāk nosauca jaunās zinātnes tehnisko ievirzi.

Atomi, kombinējoties dažādos savienojumos, ir visas pasaules daudzveidības pamatā. Pat tādā gadījumā, ja atomi ir vienāda tipa, tie var dažādi sagrupēties. Tā ogleklis var parādīties kā neizskatīgs kokss, spīdošs melns grafīts un žilbinošs dimants. Viss atkarīgs no apstākļiem, kurus radījusi daba vai cilvēks. Tā ikdienišķs hroma oksīds, nokļuvis bezkrāsainā korundā, pārvērš to brīnumainā rubīnā, bet, nokļuvis tikpat bezkrāsainā berilā, rada smaragdu, kuru uzskata par vērtīgāku dārgakmeni nekā briljants.

Molekulārajā ģeneratorā apvienojās un izkristalizējās daudzu lielisku cilvēku idejas un metodes. Tās apkopojis, ģenerators rezumēja vesela laikmeta rezultātus un pavēra cilvēcei jaunas perspektīvas.

Padomju un amerikāņu molekulāro ģeneratoru varianti ir īsti dvīņi. Ģenētiski tie ir identiski. Taču, attīstīdamies dažādos apstākļos, ieguvuši dažādas ārējās atšķirības. Gluži tāpat kā cilvēki.

Abu aparātu sirds ir dobuma rezonators. Tā elektromagnētiska lauka ietekmē tajā noris stimulēti molekulu izstarošanas akti. Tas realizē atgriezenisko saiti starp tām molekulām, kuras jau paguvušas izstarot, un tām, kuram vēl jāizstaro. Tas nodrošina tādu kolektīva starojuma precīzu noregulēšanu, kas nav raksturīgs agrākajai molekulu un atomu izstarošanai, bet ir tikai radioviļņu īpatnība. Tātad sirds abos aparātos izpilda vienādu funkciju un darbojas atbilstoši vieniem likumiem. Seit apvienojas stimulēts starojums un atgriezeniskā saite. Mazliet atšķiras vienīgi rezonatoru apmēri, bet tas gandrīz nemaz neietekmē aparāta darbību.

Gan Maskavā, gan Ņujorkā darbā izmantotā viela bija amonjaks — gāze, kas kļuva par radiospektroskopi- jas pārbaudes akmeni. Tās molekulām ir visintensīvākās spektrāllīnijas centimetru viļņu diapazonā — visizdevīgākais priekšnoteikums eksperimentēšanai. Molekulas īpašības ir labi izpētītas un ļauj pavisam vienkārši spert svarīgu soli, bez kura molekulārais ģenerators būtu bijis tikai metāla blāķis. Runa ir par termiskā līdzsvara izjaukšanu, tik spēcīgu izjaukšanu, ka molekulu, kas atrodas augstākā enerģijas līmenī, kļūst vairāk nekā zemākajā līmenī palikušo. Ja tas ir sasniegts, molekulu kopums, nokļuvis rezonatora laukā, izstaros radioviļņus, pastiprinot lauku. Turpretī, ja līdzsvars nebūs pietiekami stipri izjaukts vai vispār nebūs izjaukts, tad molekulu kopumā dominēs tās, kas atrodas zemāk, tā ka notiks parasta radioviļņu enerģijas absorbēšana.

Taču turpināsim abu dvīņu salīdzināšanu. Visas to nozīmīgākās detaļas novietotas metāla apvalkos. Protams, apvalku forma ir dažāda, taču uzdevums ir viens. Iekšpusē jābūt vakuumam. Gaiss nedrīkst piekļūt. Vakuumu nodrošina īpaši sūkņi. Sūkņi ražoti dažādās rūpnīcās, tomēr arī tie ir dvīņi. Tie spēj pienācīgi izsūknēt no aparāta gaisu, taču nespēj tikt galā ar amonjaka masu, kurai pēc aprēķiniem jāpienāk aparātos, tiem strādājot. Gan Fizikas institūtā, gan Kolumbijas universitātē sūkņiem palīgā aicināts šķidrais slāpeklis. Tas atdzesē īpašas metāla virsmas līdz 77 grādiem pēc Kelvina, un amonjaks uzsalst uz tām, pamazām izveidojot sarmai līdzīgu kārtiņu. To var redzēt caur novēroša

nas lodziņiem, kas atrodas aparātos. Amonjaks ieplūst aparātos no baloniem. Vispirms tas iekļūst cilindriņā, kura viena siena pagatavota no metāla folijas ar daudzām sīkām spraudziņām. Pa spraudziņām vakuumā ielido amonjaka molekulu kūlis. Molekulu kūlis. Tā nav vārdu spēle. Molekulu kūlis, pēc fiziķu terminoloģijas,— tas ir noteiktā virzienā orientētu molekulu kūlis vakuumā tādā veidā, ka molekulas lido gandrīz paralēli cita citai un praktiski nesaduras. Tādus apstākļus var pa- nakt, izraugoties spraugu lielumus folijā un gāzes spiedienu atbilstoši likumiem, kurus nosaka gāzu īpašības.

Molekulārā ģeneratora svarīga detaļa ir kvadrupolais kondensators" — kondensators, kuru veido četri speciālas formas stieņi, kuri pārmīšus pievienoti pie augstsprieguma taisngrieža pozitīvā un negatīvā pola. Kondensators novietots starp molekulu kūļa avotu un rezo- natora ieejas atveri. Kondensatora lauks iedarbojas uz amonjaka molekulām tā, ka tās molekulas, kuras atrodas zemākajos enerģijas stāvokļos, tiek atmestas sāņus, bet tās, kuras atrodas augstākos enerģijas stāvokļos, virzās uz rezonatoru. Tādējādi rezonatorā nokļūst molekulas, kuru vairākumam ir iekšējās enerģijas pārpalikums. Fiziķi tādu molekulu kūli sauc par invertētu kūli. Rezonatora lauka iedarbībā kūļa molekulas atdod laukam savas iekšējās enerģijas pārpalikumu. Tā molekulas ģenerē radioviļņus.

Zinātnes loģika fiziķus stingri iegrožoja. Tieši tāpēc abas grupas gāja pa tik līdzīgiem ceļiem, it kā viņi visu laiku apmainītos domām, apspriestu savus plānus, panākumus un neveiksmes. Vai gan var būt pārliecinošāks piemērs par zinātnes procesa vienību!

Basovs, Prohorovs un Taunss daudz pūļu veltījuši molekulārā ģeneratora izpētei un pilnveidošanai. Taču tas bija tikai pirmais solis jaunajā virzienā. Šaurā taciņa, kas veda uz nezināmo, ātri paplašinājās, pāriedama plašā ceļā, no kura nozarojās arvien vairāk jaunu ceļu. Un joprojām pirmo ceļa cirtēju priekšā bija asi akmeņi un bezdibeņi, bet aizmugurē palika gluds ceļš. Un, ja atskatījās tālu atpakaļ, varēja redzēt, ka tur, tālumā, ceļš jau pārklāts ar asfaltu un pa to traucas mašīnas, bet pa ietvēm laimīgi vecāki vizina ratiņos savus mazuļus.

Izvēlēsimies to ceļu, kurš aizved pie lāzera.

Sarkanais zibens

1959. gada septembra vidū Ņujorkas tuvumā klusajā Haivjū sapulcējās dažādās valodās runājoši zinātnieki. Tie bija kvantu elektronikas pirmās starptautiskās konferences dalībnieki. Salīdzinājumā ar citām starptautiskajām konferencēm dalībnieku bija tik maz, ka organizatori varēja ievietot konferences zinātniskā darba sējumā arī visu tās dalībnieku sarakstu. Blakus Basovam, Prohorovam un Taunsam tur varēja atrast daudzu slavenu mūsdienu fiziķu vārdus.

Konference uzskatāmi atspoguļoja optikas zinātnes galvenos virzienus. Lielākā daļa referātu un sarunu kuluāros skāra molekulāros ģeneratorus, atompulksteņus, paramagnētiskos pastiprinātājus, to pētījumus un izmantošanu. Gluži dabiski. Taču galvenais bija tas, ka šeit atskanēja fanfaras, kas svinīgi pasludināja radio- fiziķu ielaušanos sensenajā optiķu pasaulē.

Pēc konferences daudzas laboratorijas ķērās pie jaunas tematikas. Radiofiziķi aplūkoja optikas uzdevumus no savām pozīcijām. Rezultāti kļuva drīz redzami.

1960. gada sākumā Londonas žurnālā «Daba» parādījās neliels T. Meimana ziņojums, ka viņš radījis jaunu gaismas viļņu ģeneratoru. Principiāli jaunu. Sākās svētceļojumi uz Meimana laboratoriju. Tajā atradās pēc izskata neievērojams aparāts. Taču apmeklētāji nenovērsa acu no mazas kastītes, uz kuras vāka gulēja metāla cilindrs, tik liels kā litra konservu kārba. Tā gala vidū bija redzama neliela sprauga.

Pēc īsa paskaidrojuma Meimans nospieda aparāta korpusā iemontētu pogu. Pie laboratorijas sienas piestiprinātās lapas vidū uz mirkli apžilbinoši uzliesmoja neliels spilgti sarkans plankums.

Bet tie, kuri skatījās nevis uz sienu, bet uz aparātu, redzēja, kā no spraugas cilindra galā izlidoja stars zīmuļa resnumā. Gandrīz nepaplašinādamies, šis stars atdūrās pret sienu, izveidodams apžilbinošu apaļu plankumu. Istabā bija pavisam gaišs, taču sarkanais stars izskatījās apmēram kā saules stars, kurš iespraucies aptumšotā istabā pa slēģu spraugu.

Pēc vairākiem uzliesmojumiem metāla cilindru parasti atvēra. Tajā nebija nekā neparasta, vienīgi divi triviāli priekšmeti. Spirālzibspuldze, līdzīga tai, kuru lieto fotogrāfi, un blāvi sārts caurspīdīgs kristāls cigaretes lielumā. Tā gali spīdēja kā spogulis. Tie patiesi bija apsudraboti.

Meimans pastāstīja kolēģiem, ka sārtais stienis ir no mākslīga rubīna. Tāds pats rubīns, tikai vēl gaišāks, tiek lietots māzeros, lai pastiprinātu radioviļņus.

Gaismas absorbēšanā nepiedalās viss materiāls, no kura veidots kristāls, bet vienīgi hroma joni, kuru šeit Ir tikai kāda daļa procenta. Taču tieši tiem ir galvenā nozīme aparāta darbā. Rubīna īpašības sīki izpētītas, izstrādājot māzerus. Apstarojot to ar radiovilni, var likt hroma joniem pastiprināt radioviļņus.

Meimans pirmais nojauta, ka, apstarojot rubīnu ar zibspuldzes gaismu, var likt tam pastiprināt gaismu. Pieredze, gūta darbā ar māzeriem, un Taunsa publikācijas (varbūt viņš bija lasījis arī Basova un Prohorova publikācijas) liecināja, ka,izmantojot atgriezenisko saiti, var pārvērst pastiprinātāju ģeneratorā, gaismas ģeneratorā, kas darbojas tieši tāpat kā parastais radioraidītājs. Kādu rezonatoru var izmantot, strādājot ar gaismu, arī bija zināms, — paralēlu spoguļu pāri. Visvienkāršāk bija nopulēt rubīna stieņa galus un tos apsudrabot.

Jaunā ierīce, kā izrādījās, bija tik līdzīga māzeram, ka Meimans nosaukumā mainīja tikai vienu burtu, pārvērzdams māzeru par lāzeru. Viņš teica: «Tas ir tāpēc, ka abās ierīcēs darbības princips ir vienāds. Atšķiras tikai viļņu garumu diapazoni, kuros tie strādā. Burts «1» — saīsinājums no vārda «light» (gaisma). Pārējie burti nozīmē — pastiprināšana ar stimulējoša starojuma palīdzību.»

Meimana ierīcē gaismas avots, tāpat kā māzerā, bija miljardu miljardi elektronu, kuri ietilpa hroma jonos, kas izkliedēti rubīna stienī. Un visi šie elektroni izstaroja gaismu nevis neatkarīgi, nevis haotiski, nevis spontāni, bet daudz saskaņotāk nekā labā orķestrī skan vijoles.

Tādu gaismas viļņu galveno īpašību sakrišanu optiķi sauc par koherenci. Visi žilbinošie lāzeru sasniegumi saistīti ar koherenci, ar to, ka atsevišķu daļiņu stimulētais starojums atgriezeniskās saites rezultātā, kā izrādās, ir cieši saistīts un visa aktīvās vielas masa ģenerē kā viens vesels.

Pirms Meimana ierīces optiķiem gandrīz vienmēr bija darīšana ar nekoherentu gaismu. Meimana aparāts pirmo reizi parādīja, ka arī optikā saskaņots kolektīvs iegūst tādas īpašības un iespējamības, kādas nav iespējams iegūt haotiskam atsevišķu personību pulkam.

Fiziķiem jau bija darīšana ar elektromagnētisko viļņu stimulētu starojumu radioviļņu centimetra diapazonā. Tur tas noveda pie agrāk nesasniedzamas ģeneratoru stabilitātes, pie uztvērēju maksimāla jutīguma.

Tagad viņiem bija skaidrs, ka stimulēts starojums optikā dod daudz vairāk nekā vienkārša gaismas pastiprināšana, par kuru savā disertācijā rakstīja Fabrikants. Stimulēts starojums.optikā paver ceļu neredzētai enerģijas koncentrācijai, enerģijas pārraidei milzīgā attālumā ar ļoti maziem zudumiem, jaunu sakaru sistēmu izveidošanai… Starp citu, varēja atklāties iespējas, par kurām vēl neviens nebija pat sapņojis.

OTRA DAĻA

RADĪTĀJI

I. nodaļa

GIGANTISKAIS IMPULSS

Graudiņš saules

Pērtiķis, nometis no palmas galotnes kokosriekstu, steidzas lejā pamieloties ar augļa mīkstumu. Viņš ir izpratis elementāro sakarību starp cēloni un sekām, starp mērķi un veidu, kā to sasniegt. Viņš zina, ka nav spējīgs šo riekstu nedz saspiest, nedz pārgrauzt. Viņš iemācījies izmantot sava mērķa sasniegšanai smaguma spēku.

Cilvēks nav stiprāks par augstāk attīstītiem pērtiķiem. Bet viņš ir gudrāks. Viņš sāka lietot darba rīkus, vēlāk tos arī izgatavot. Uzlicis kokosriekstu uz liela akmens, viņš pāršķeļ to ar citu akmeni. Pērtiķis nesaprot, ka akmens sitiens pa riekstu ir tas pats, kas rieksta kritiens uz akmens. Cilvēks turpretī saprata, ka vienkāršs pat smaga akmens spiediens nedos tādu efektu, kādu dod ass sitiens pat ar vieglāku akmeni.

Cik daudziem gadsimtiem bija jāpaiet, līdz tādi vienkārši apsvērumi noveda pie Aristoteļa mehānikas, bet pēc tam pie relativitātes principa! Cik dažādas sekas bijušas pirmajiem akmens sitieniem pa riekstiem un vāles triecieniem pa zvēru galvām! Senā kalēja veseris izpildīja to pašu funkciju, kurai kalpo veseris jebkurā modernā kalvē. Uzsitējs ar slaidu vēzienu nodod savu muskuļu enerģiju veserim, paceldams to un ar aizvien pieaugošu ātrumu nolaizdams uz apgataveni. Milzīgais impulss, kuru veseris uzkrāj vēziena laikā, vienā acumirklī deformē apgataveni, pamazām pārvērzdams to no rupja veidņa arkla lemesī vai ratu asī. Vismodernākie pneimatiskie un elektriskie veseri izpilda to pašu uzdevumu — sakrāj sevī samērā mazas jaudas avota enerģiju un izsviež to vajadzīgā brīdī triecoša impulsa veidā.

Katru reizi, kad cilvēks apguva jaunu enerģijas veidu, viņš centās atrast iespējamību to uzkrāt un pēc tam vienā mirkli atbrīvot. Tā bija ari ar elektrību. Jau 1745. gadā kāds Mušenbroks Holandes pilsētā Leidenē samontēja trauku, kas spēja uzkrāt elektrību, un pārsteidza kaimiņus ar spilgtu dārdošu izlādēšanOs. Toreiz visiem likās, ka zibens ir pakļauts un drīz kalpos cilvēkiem.

Arī mūsu dienās, kad elektriskās dzirksteles apstrādā cietos kausējumus, neredzamas strādā automobiļu dzinējos, zibens paliek tikai kā draudīga un bīstama dabas parādība, bet Leidenes traukus var redzēt vienīgi skolu fizikas kabinetos. To vietā ir visdažādākie kondensatori, bez kuriem nav iedomājami ne radiouztvērēji, ne televizori, ne moderna bāka, ne zibspuldze, kas ir tik ļoti nepieciešama fotogrāfam. Elektriskā enerģija, kas uzkrāta kondensatorā lādiņa veidā, var atbrīvoties ļoti īsos laika posmos, radīdama moderno lidmašīnu signāl- spuldžu spilgtus uzliesmojumus.

Ar inerto gāzi ksenonu pildītās impulsa lampas, kondensatoru baterijas, kas uzkrāj elektrisko enerģiju šo lampu barošanai, patlaban ir nepieciešams elements lielākajai daļai lāzeru, kuri izmanto kristālus, stiklu un šķidrumus par aktīvo materiālu, kas spēj ģenerēt kohe- rentās gaismas uzliesmojumus.

Tieši lāzeri ļāva zinātniekiem sasniegt vislielāko enerģijas koncentrāciju. Enerģija koncentrējas līdz vienam mikronam saspiestos gaismas kūļos, kuriem ir milzīga jauda. Interesanta ir ne tikai pati cīņa par ultraaugstas jaudas iegūšanu, bet arī šās cīņas vēsture kā prelūdija ne mazāk aizraujošai nākotnei. Gaismas virsjaudas impulsi tiešā un pārnestā nozīmē apgaismo yienu no daudzsološākajiem ceļiem kodoltermiskās sintēzes enerģijas pakļaušanā. Iespējams, tieši tādējādi cilvēce pakļaus savai varai neizsmeļamos kodola enerģijas avotus, izglābjot ogles un naftu, kūdru un koksni no iznīcināšanas kurtuvēs.

Fiziķi zina: lai divi smagā ūdeņraža — deiterija kodoli varētu saplūst, veidojot hēlija kodolu un atbrīvojot enerģiju, tiem jāsaduras ar milzīgu ātrumu. Tikai tādējādi iespējams pārvarēt vienāda lādiņa kodolu savstarpējās atgrūšanās spēku. Spēki, kas aizstāv kodolu no tam līdzīgiem, ir spēcīgāki par viduslaiku bruņinieku bruņām. Lai piešķirtu deiterija kodoliem vajadzīgo ātrumu, tie jāsakarsē līdz vairāku desmitu miljonu grādu temperatūrai. Bet ar to vien nepietiek. Kodolus taču nevar precīzi virzīt vienu pret otru, lai tie noteikti sadurtos. Saduršanās — tā ir nejaušība. Lai tādas nejaušības notiktu pietiekamā daudzumā, kādu laiku jānotur sakarsētā gāze ierobežotā apjomā, par spīti milzīgajam ātrumam, kas spiež to izkliedēties telpā.

Tatad — sakarsēt un noturēt. Bet kā sakarsēt un kā noturēt? Pirmais ce]u norādīja akadēmiķis I. Tamms: sakarsēt ar elektrisko izlādi un noturēt ar magnētiskā lauka spēku. Sis ceļš pievilka daudzus zinātniekus. Bet vēl neviens nebija aizgājis līdz galam. Neviens nebija sasniedzis kāroto mērķi.

Galvenais iemesls bija tas, ka ar elektrisko izlādi nevarēja panākt pietiekami ātru sakarsēšanu. Un pat šodien spēcīgi magnētiskie slazdi nevar atturēt no izplešanās plazmu, kad tās temperatūra pārsniedz miljons grādu… Sacensības starp atomu dabiskajām īpašībām un cilvēku asprātīgajiem paņēmieniem nebeidzas par labu cilvēkiem. Siltuma kustība, kas tiecas izsvaidīt atomus, pagaidām gūst virsroku pār slazdu noturēšanas spēkiem un varenas elektriskās Izlādes spēju turpināt aizlidojošās plazmas sakarsēšanu.

Pagaidām neizdodas ne palielināt sakarsēšanas procesa lielumus līdz vajadzīgajai robežai, ne palielināt plazmas noturēšanas laiku, lai gan padomju zinātnieku eksperiments, kuru vadīja akadēmiķi L. Arcimovičs un M. Leontovičs, aizveda viņus pie izvirzītā mērķa paša sliekšņa.

Otrs ceļš. Vakuuma kamerā iešauj sasaldēta deiterija gabaliņu. Varens lāzera uzliesmojums sagaida deiterija gabaliņu kameras centrā. Lāzera stara jauda ir tik liela, ka ledus gabaliņš, kura sākotnējā temperatūra ir -tuva absolūtai nullei, vienā mirklī pārvēršas par graudiņu Saules. Tā temperatūra tuvojas tādai, kāda trako zvaigznes dzīlēs, bet blīvums vēl ir ļoti liels. Jo tajā mirklī, kamēr turpinās uzliesmojums, daļiņas, jau uzkrājušas milzu ātrumu, vēl nav paguvušas manāmi pārvietoties telpā.

Sajā pekles karstumā tiek sarautas saites starp kodoliem un elektroniem. Deiterija atomu vairs nav. Liesmo deiterija kodolu — deitonu un brīvo elektronu plazma.

Sagrūzdamies deitoni veido hēlija kodolu. Temperatūra pieaug vēl lielāka. Notiekošās reakcijas rada brīvus neitronus. Vēl daži mirkļi — un cilvēka rokām radītā zvaigznīte nodziest. Plazma, ātri atdzisdama, izplatās pa vakuuma kameru.

Bet zinātnieki vēl ilgi jo ilgi pēta aparātu pierakstus. Daudzus mēnešus domā, kā sagatavot nākamo eksperimentu, nākamo soli atomu kodolu enerģijas pakļaušanai.

Un katrs tāds filigrāns eksperiments prasa, lai vienlaicīgi tiktu izmantoti visizcilākie sasniegumi mūsdienu zinātnē (kriogēna tehnika, augsts vakuums, virsjaudas lāzeri) un automātikā, kas ir ne mazāk sarežģīta kā tā, kura virza zenīlartilērijas šāviņu uz virsskaņas lidmašīnu.

Par katru no minētajām nozarēm var uzrakstīt veselu grāmatu, taču šī grāmata ir par lāzeriem. Tāpēc aplūkosim to, kā parādījās un kā strādā lāzeri, kuri spēj aizdedzināt cilvēka roku darinātu zvaigzni. Lāzeri, kas dod gigantiskas jaudas gaismas impulsus.

Ja butu fakts ..,

Pirmais lāzers, tāpat kā pirmā lokomotīve, bija visai nepilnīgs. Tas pārstrādāja gaismā apmēram piecas simtdaļas procenta enerģijas, kas bija uzkrāta kondensatoros, kuri baroja zibspuldzi. Tā, protams, bija niecīga jauda. Un tomēr jau pirmo lāzeru starojumam bija apbrīnojamas īpašības. Atšķirībā no parasto spuldžu gaismas, kas izplatās uz visām pusēm, šis starojums veidoja šauru maz izkliedētu staru. Izejot no lāzera, stara diametrs bija apmēram viens centimetrs un tikai metra attālumā palielinājās līdz diviem centimetriem. Uzliesmojuma enerģija bija viens džouls. Apmēram tādu enerģiju izstaro vienā sekundē kabatas baterijas spuldzīte, kuras jauda ir viens vats. Taču lāzers šo enerģiju izstaroja tikai vienā tūkstošdaļsekundē. Lai izstarotu vienu džoulu tūkstošdaļsekundē, nepieciešama spuldze, kuras jauda būtu vesels kilovats. Taču parasta spuldze nespēj veidot šauru staru. Sakopot visu spuldzes izstaroto gaismu lāzera staram līdzīgā starā nav iespējams.

Jau dažus gadus pēc pirmo lāzeru parādīšanās jauno ierīču iespējas ārkārtīgi pieauga. Mākslīgo rubīnu izmēru un īpašību palielināšana palielināja lāzera uzliesmojuma enerģiju līdz simtiem džoulu. Lietojot lāzeros īpašu stiklu, kas saturēja retzemju elementa neodīma jonus, tika iegūta vēl lielāka enerģija. Neodīma lāzers spēj dot uzliesmojumus, kuru enerģija ir daudzi kilo- džouli.

Tāds enerģijas pieaugums ļāva izmantot lāzerus rūpniecībā, lai mērītu attālumus ģeodēzijā un astronomijā, lai ārstētu slimniekus un, protams, dažādos pētījumos. Jaunās iespējas, vilinošie mērķi izvirzīja prasību vēl vairāk paaugstināt lāzeru jaudu.

Taču palielināt lāzera starojuma jaudu ar atsevišķu lāzera uzliesmojumu enerģijas palielināšanu kļuva arvien grūtāk un grūtāk. Rubīna stieņu izmēru palielināšanas robežas praktiski rūpniecībā bija sasniegtas. Daudz vienkāršāk bija pagatavot lielus aktīvos elementus no neodīma stikla, bet arī šeit katrs nākamais solis prasīja milzīgu piepūli un lielus izdevumus.

Praktisko robežu sasniedza arī impulsa lampas, kas izstaroja gaismu, kuru ierosināja lāzera aktīvais materiāls.

Atlika iespēja palielināt lāzera uzliesmojuma jaudu, samazinot lāzera impulsa ilgumu, ja enerģija nepieaug. Bet tad vajadzēja palielināt arī uzpumpēšanas impulsa lampu jaudu, ko savukārt arī var panākt, tikai samazinot to uzliesmojuma ilgumu. Tomēr tāds ceļš, kā izrādījās, bija nereāls, jo uzpumpēšanas lampas ātri izdega.

Jau gadu pēc pirmā lāzera parādīšanās principiāli jaunu ceļu norādīja P. Helvorss. Viņa ideja radās, kritiski analizējot lāzera ģenerēšanas procesu, ja lāzera aktīvā viela ir kristāls vai stikls, kurus ierosina uzpumpēšanas lampu gaisma. Izrādās, tāda lāzera izstarotas gaismas impulsam parasti Ir sarežģīta struktūra.

Pa lielākajai daļai ikviens lāzera uzliesmojums sastāv nevis no monolīta impulsa, bet no ļoti daudziem atsevišķiem zibšņiem, kuru ilgums ir tikai sekundes miljo- nās daļas. Tādi zibšņi haotiski seko cits citam ari ar sekundes miljono daļu intervāliem.

Kāpēc gan rodas tik sarežģīta aina?

Sis jautājums nevarēja nesatraukt fiziķus, jo viņi saprata, ka lāzera jauda tādējādi sairst sīkās bezpalīdzīgās daļās.

Lai cīnītos ar parādību, tā jāizprot. Kas tad notiek ar kristālu vai stiklu ģenerējot? Un fiziķi atkal domās novērtēja ikvienu lāzera detaļu. Viss ir pazīstams, viss tūkstošiem reižu aplūkots …

Parastā stāvoklī aktīvie joni, kas nodrošina lāzera darbu, — hroma joni rubīnā vai neodīma joni stiklā — atrodas enerģijas pamatstāvoklī. Viss aktīvais elements atrodas termiskajā līdzsvarā ar apkārtējo vidi.

Bet pēc uzpumpēšanas lampas impulsa uzliesmojuma sākuma? Aktīvie joni absorbē tās gaismu un pamazām arvien pieaugošā daudzumā pāriet ierosinātā stāvoklī.

Tas viss arī bija labi zināms. Zināms bija arī tas, ka, tiklīdz ierosināto jonu skaits .sasniedz noteiktu lielumu, kuru sauc par ierosmes slieksni, lāzerā sākas ģenerācija — lavīnveidīgs fotonu skaita pieaugums. Un šo ģenerāciju izraisa ierosināto jonu masas saskaņota pāreja atpakaļ pamatstāvoklī. Tiklīdz pēc fotonu izstarošanas aktīvo jonu skaits kļūs nepietiekams ģenerēšanas uzturēšanai, ģenerācija beigsies. Tikai uzpumpēšanas lampas gaismas ietekmē var sākties jauns aktīvo jonu skaita pieaugums. Tiklīdz atkal būs sasniegts ģenerācijas slieksnis, rodas nākamā zibšņa izstarojums un tā joprojām — līdz uzpumpēšanas lampas uzliesmojuma nodzišanai.

Zinātnieki ilgi pūlējās forsēt uzpumpēšanas lampas režīmu. Taču, palielinot uzpumpēšanas lampas enerģiju, izdevās palielināt tikai atsevišķu zibšņu skaitu, nevis katra tā jaudu.

Varbūt jāmēģina mainīt pašu ģenerācijas procesu?

Helvorss nolēma sasniegt mērķi, palielinot ierosināto jonu skaitu ģenerācijas sākuma brīdī, paceļot lāzera ierosmes slieksni. Viņš zināja, ka ierosmes sliekšņa lielums ir atkarīgs no daudziem cēloņiem, vispirms no aktīvo jonu īpašībām, aktīvā elementa garuma un spoguļu atstarošanas spējām. No tām pašām lāzera īpašībām ir atkarīga arī atsevišķa zibšņa jauda. Viņš saprata, ka visvienkāršākais veids — samazināt viena spoguļa atstarošanas koeficientu. Tad patiešām, pirms lāzers sāk ģenerēt, aktīvajā vielā jāuzkrājas lielākam skaitam ierosināto jonu nekā tad, ja abi spoguļi atstaro labi.

Taču sakrāt lielu enerģiju ģenerācijas sākumam ir par maz, lai tā pilnīgi pārvērstos lāzera starojumā. Izejas spoguļa mazais atstarošanas koeficients ne tikai palielina slieksni, pēc kura sākas ģenerācija, bet izsauc tās pārtraukšanu, ja ir liels krājums neizstarotas enerģijas. Tātad vienkāršais ceļš noved strupceļā.

Taču Helvorss atrada izeju. Viņš nolēma, ka jāprot ātri mainīt spoguļa spēju atstarot. Lai līdz ģenerācijas sākumam refleksija būtu slikta un pēc tam, kad ģenerācija sākusies, — laba. Var aizklāt spoguli, lai tas neatstaro, un pēc tam vajadzīgā brīdī to atklāt. Var pirms uzpumpēšanas lampas darba sākuma noliekt spoguli no pareizā stāvokļa un atgriezt vajadzīgajā stāvoklī tikai tad, kad aktīvajā vielā būs uzkrājies pietiekams daudzums ierosinātu jonu.

Jau pirmo eksperimentu rezultāti pārsniedza visu gaidīto. Starp izejas stieni un spoguli ievietoja slēdzi. Tas atvērās tajā mirklī, kad aktīvajā vielā uzkrātā enerģija sasniedza maksimumu. Nav zināms, vai Helvorss bija gaidījis ieraudzīt to, kas notika slēdža atvēršanas brīdī.

Nenotika nekas līdzīgs lāzera parastajai darbībai. Visa enerģija, uzkrāta aktīvajā stienītī, izplūda vienā starojuma impulsā. Helvorss nosauca to par gigantisko impulsu. Starojuma jauda impulsā pārsniedza desmit miljonus vatu! Apbrīnojams bija arī impulsa ilgums. Tas turpinājās tikai sekundes dažas simtmiljo- nās daļas. Un tas bija viens. Haotiskie zibšņi neparādījās. Viss ģenerācijas process bija būtiski mainījies.

Spēles noteikumi

Kāds man pazīstams fiziķis tādos gadījumos saka: «Ja būtu fakts, izskaidrojums atradīsies.»

Laimīgais Helvorss gigantiskā impulsa rašanos saviem kolēģiem izskaidroja tā:

«Lāzera ģenerācijai vienlaicīgi nepieciešami divi faktori — aktīvajai vielai jābūt ierosinātai, bet rezonato- ram jānodrošina pietiekami spēcīga atgriezeniskā saite, lai pieejamā ierosmes līmenī tiktu sasniegts pašierosmes slieksnis. Radioamatieris te saskatīs daudz kopīga ar parasta lampu ģeneratora pašierosmes nosacījumu. Ierosināts aktīvs stienis līdzīgi radiolampām piegādā ģeneratoram enerģiju. Spoguli, kas veido optisko rezo- natoru, līdzīgi atgriezeniskās saites spolei, liek elektromagnētiskajiem viļņiem daudzkārtēji cirkulēt sistēmā, turklāt ikvienu noslēgtu ciklu pavada pastiprinājums, enerģijas viļņa palielinājums.

Runājot par lāzeru — elektromagnētiskā viļņa enerģiju, izdevīgāk runāt par fotonu skaitu, kuri izlido caur aktīvā stieņa šķērsgriezumu. Ja pašierosmes nosacījums izpildīts, tad ar katru lidojumu caur stieni notiek lavīnveidīgs fotonu skaita palielinājums. Ļoti svarīgi, ka šās lavīnas attīstības ātrums nepaliek konstants, bet arvien pieaug atbilstoši fotonu skaita palielinājumam. To konstatēja jau Einšteins: fotona izstarošanas varbūtība gaismas viļņa ietekmē ir proporcionāla enerģijas blīvumam šajā vilnī. Taču, izmantojot radioinženieru terminoloģiju, runājot par optiskā rezonatora kvalitāti, to var novērtēt ar jēdzienu «labums». Labam rezonatoram ir liels labums, sliktam rezonatoram — mazs labums. Ja rezonators veidots no diviem augstvērtīgiem spoguļiem, tā labums ir ļoti liels. Aizklājiet vienu spoguli, un rezonatora vairs nebūs, tā labums nokritīs līdz nullei, atgriezeniskā saite lāzerā pārtrūks. Ģenerācija nenotiks. Un tātad,» Helvorss attīstīja tālāk savu domu, «ja lāzers strādā parastajā režīmā, bez vadāmā labuma, tas ģenerē haotisku zibšņu sēriju, kuru kopums veido lāzera impulsu. Pirms katra zibšņa sākuma aktīvās vielas ierosme tikai nedaudz pārsniedz sliekšņa vērtību. Taču arī šā zibšņa beigās aktīvās vielas ierosme ļoti vāji noslīd zemāk par slieksni. Uzpumpēšanas lampu turpmākā darbība rada apstākļus jaunam zibsnim. Un tā līdz tam laikam, kamēr uzpumpēšanas lampa nebūs izlietojusi kondensatoros uzkrāto enerģiju.

Atšķirībā no tikko aprakstītā brīvās ģenerācijas režīma vadāmā labuma režīmā aktīvā viela uzkrāj sevī lielu enerģiju. Brīdī, kad rezonators dod pilnu labumu, pašierosmes slieksnis, izrādās, ir pārsniegts vairākas reizes. Pašierosmes lavīna attīstās tik ātri un tik intensīvi, ka vienā vienīgā impulsā izstaro praktiski visu enerģiju, kas uzkrājusies vielā. Tās ierosme samazinās ne līdz sliekšņa vērtībai, bet praktiski līdz nullei. Viela uzreiz atbrīvo visu enerģiju, ko tā uzkrājusi uzpumpēšanas procesā. Tas arī viss. Izklāstīju jums spēles noteikumus. Gigantiskā impulsa spēles noteikumus.»

Daudzu valstu zinātnieki iesaistījās šajā spēlē. Pēc Helvorsa uzsāktā darba viņi ķērās pie gigantisko impulsu ģenerācijas metožu pilnveidošanas. Tika strādāts divos virzienos: viens — pilnveidot vadāmā labuma metodes, un otrs — izstrādāt materiālus un konstrukcijas, kas spētu uzkrāt no uzpumpēšanas lampas nākošo lielo enerģiju.

Tika ieteiktas un izmēģinātas bezgala daudzas dažādas vadāmā labuma metodes. Izrādījās, ka dzīvotspējīgas ir trīs. Tikai tās spēja savienot ātru darbību, drošību un mazu enerģijas zudumu pašā vadības sistēmā.

Tagad grūti pateikt, kurš ieteica visvienkāršāko un efektīgāko sistēmu ar rotējošu prizmu. Tā bija skaista un viegli pagatavojama konstrukcija. Tajā viena spoguļa vietā ir stikla prizma, kuras divas skaldnes ir perpendikulāras un vienādas. Mazs motoriņš griež prizmu ar ātrumu vairāki desmiti tūkstoši apgriezienu minūtē. Ģenerācija iestājas pēc uzpumpēšanas lampas ieslēgšanas tajā mirklī, kad prizmas priekšējā šķautne pirmo reizi nostājas perpendikulāri rezonatora astj. Parasti uzpumpēšanas lampu aizdedze notiek automātiski un saistīta ar rotējošās prizmas stāvokli. Tas nodrošina pietiekami labu ģenerācijas nosacījumu reprodukciju, tātad palielina gigantisko impulsu enerģiju.

Sī sistēma parādījās uzreiz daudzās laboratorijās un iekaroja lāzeriešu simpātijas ar savu pieejamību. Taču drīz vien atklājās kaut kas līdzīgs «iedzimtai kaitei». Izrādījās, ka pārejas ātrums no rezonatora maza labuma uz lielu ir ierobežots. Un tur neko nevarēja darīt, jo prizmas tikai pakāpeniski ieņēma vajadzīgo stāvokli. Ģenerācijas process neaptvēra vienlaicīgi visu aktīvās vielas šķērsgriezumu. Šķita, ka šos trūkumus var samazināt, palielinot griešanās ātrumu. Pamēģināja. Taču drīz visas iespējas bija izsmeltas. Vainu nevarēja likvidēt. Robežu noteica materiālu izturība. Tie nespēja turēties pretī milzīgajam centrbēdzes spēkam. Diemžēl bija jāpārtrauc meklējumi šajā virzienā un jāizstrādā citas sistēmas.

Drīz vien zinātniskajos žurnālos sāka minēt elektrisko slēdzi. Tie, kuri bija to lietojuši, rakstīja, ka tam nepiemīt rotējošās prizmas sistēmas trūkumi. Tas pāriet no slēgta stāvokļa atvērtā elektriskā impulsa darbības ietekmē, tāpēc pāreja notiek tikai sekundes simtmiljonajā daļā. Turklāt pārslēgšana notiek vienlaicīgi pa visu slēdža šķērsgriezumu. Tomēr šā paņēmiena autori neslēpa, ka slēdža trūkums ir nepilnīgs caurspīdīgums. Pat atvērtā stāvoklī zudumi tajā nenokrīt līdz nullei. Tāpēc vajadzēja meklēt nākamo paņēmienu. Trešo …

Vielas un enerģijas romāns

Tā būtu nevajadzīga atkāpšanās no īstenības, ja apgalvotu, ka visi lāzerieši, gaidīdami tālākus panākumus gigantiskā impulsa iegūšanā, sēdēja rokas klēpī salikuši. Protams, ne. Daudzus pilnīgi apmierināja sasniegtās jaudas, un viņi ar entuziasmu izmantoja tās savos kārtējos zinātniskajos pētījumos. Tāpēc atstāsim uz laiku tos fiziķus, kuri meklē trešo paņēmienu, un atgriezīsimies pie viņiem, kad būs to atraduši. Tagad painteresēsimies par tiem rezultātiem, pie kuriem noveda divi pirmie paņēmieni.

Kad tika radīti lāzeri, kuri ģenerēja gigantiskus starojuma impulsus, tika dots gigantisks impulss ne vien lāzeru tehnikas tālākai attīstībai, bet arī negaidītu perspektīvu atklāšanai citās nozarēs un jaunu zinātnisku Virzienu izveidošanai.

Viens no tādiem bija nelineārā optika. Jau pirmslā- zeru ērā izcilais optiķis akadēmiķis S. Vavilovs paredzēja, ka lielas intensitātes gaismas iedarbībā vielas īpašībām jāmainās. Vienādojumi, kuros attēlota gaismas izplatīšanās, kļūst sarežģītāki. Tie kļūst nelineāri. No tā arī radies jaunās optikas nozares nosaukums. Taču līdz lāzeru izveidošanai vēl nebija izdevies radīt gaismas avotus, kuru jauda būtu ļāvusi tieši izdarīt atbilstošus eksperimentus. Un tomēr liela intuīcija ļāva Vavilovam atrast vienīgo ceļu, pa kuru eksperimentētājs varēja iekļūt nepieejamajā nelineārās optikas nozarē. Sā ceļa pamatā bija rezonanses parādības izmantošana.

Ir ļoti daudz piemēru, kad vājš spēks, kas darbojas rezonansē, izraisa pakāpeniski pieaugošas svārstības, kas sasniedz lielu, dažreiz graujošu intensitāti. Tā kareivju vienība, Iedama pāri vienam no Pēterburgas tiltiem, sagrāva to tikai tādēļ, ka, iedama kopsolī, nejauši nonāca rezonansē ar paša tilta svārstībām.

Sistemātiskie pētījumi beidzās ar panākumiem. Novērodami gaismas absorbciju dažu molekulu spektrāl- līniju joslā, Vavilovs un viņa līdzstrādnieki atklāja, ka absorbcijas lielums samazinās atbilstoši krītošās gaismas intensitātes palielināšanai. Vide kļuva caurspīdīgāka pilnīgi atbilstoši pareģojumam. Kas varēja gaidīt, ka vēlāk no tā izveidosies slēdzis lāzeru labuma modulācijai, tas trešais lāzera impulsa jaudas palielināšanas paņēmiens, par kuru tikko vienojāmies nerunāt.

Tā arī darīsim kādu brīdi, kamēr nebūsim uzzinājuši, kāds ir lāzera ieguldījums nelineārajā optikā un vai tas attaisnoja Vavilova pareģojumus.

Lieliskajā grāmatā «Gaismas mikrostruktūra» Vavilovs reizē ar šo eksperimentu aplūko iemeslus, kuru dēļ arī vielas citām īpašībām jābūt atkarīgām no gaismas intensitātes. Viņš apraksta, kā jānoris atbilstošām parādībām, pareģodams zinātnes tālāko attīstību.

Pienāca 1961. gads, kuru var uzskatīt par nelineārās optikas modernā posma sākumu. To atklāja eksperimenti, kurus veica P. Frankens un viņa līdzstrādnieki, kas 1961. gada vidū novēroja, kā, rubīna lāzera staram ejot caur caurspīdīgu kristālu, radās vāja violeta spīdēšana.

Tas bija tipisks nelineārs process — svārstību frekvences divkāršošanās. Sis eksperiments, bez šaubām, tika uzņemts kā sensācija. Tagad, kad ir lāzeri ar vadāmu labumu, tādu eksperimentu var veikt jebkura laboratorija un tas var būt studenta laboratorijas darbs.

Maskavas universitātē S. Ahmanovs un P. Hohlovs izanalizēja Frankena eksperimentu un, pamatodamies uz viļņu procesu un svārstību nelineārās teorijas dabas dziļu izpratni, konstatēja, kas jādara, lai frekvences daudzkāršojums optikā kļūtu tikpat efektīgs kā radio- diapazonā. Viņi pierādīja, ka jārada īpaši apstākļi, kuros būtu vienāds ātrums kā pamatvilnim, kuru ierosina lāzera gigantiskais impulss, tā divkāršotās (vai trīs- kāršotās) frekvences vilnim, kas rodas vielā. Un viņi realizēja savus pareģojumus.

Viņi radīja arī jaunu lāzera tipu — parametrisko gaismas ģeneratoru —, kas pēc būtības ir frekvences pārveidotājs un pārveido lāzera starojuma gigantisko impulsu starojumā, kura frekvence pēc eksperimentētāja vēlēšanās var pieņemt jebkuru vērtību gaismas viļņa plašajā diapazonā. Taču ar to neaprobežojās tās jaunās patiesības, kuras lāzers ieguva nelineārās optikas nozarē.

Nelineārā optika ir cieši saistīta ar gaismas izkliedes parādību akustiskos viļņos — ar tā saucamo Mandelštama—Briluēna izkliedi; ar gaismas kombinatīvo izkliedi, kuru vienlaicīgi atklāja Mandelštams un Lands- bergs mūsu valstī un Ramans un Krišnans Indijā. Gaismas gigantiskie impulsi, kurus izstaro lāzeri ar vadāmu labumu, deva šīm un dažām radniecīgām parādībām lielu praktisku nozīmi. Tā, piemēram, gaismas gigantiskā impulsa inducētā kombinatīvā izkliede ļāva radīt jauna tipa lāzeru. Mandelštama—Briluēna inducētajai izkliedei gigantisko impulsu režīmā, kā norādīja Prohorovs un viņa līdzstrādnieks F. Bunkins, jāierobežo cietvielu lāzeru iespējas, novedot pie aktīvās vielas paš- sairšanas.

Basovs un Krohins acīmredzot pirmie norādīja uz iespējamību izmantot gigantiskos impulsus plazmas sakarsēšanai ar lāzeru kā ceļu uz vadāmām kodoltermiskām reakcijām. P. Ļebedeva Fizikas institūtā gan Basovs, gan Prohorovs ar saviem līdzstrādniekiem gandrīz vienlaicīgi sasniedza vairāk nekā miljons grādu temperatūras zonu un novēroja brīvo neitronu parādīšanos.

Tomēr izrādījās, ka nepietiek ar vadāmā labuma lāzeru. Tā doto gigantisko impulsu nācās papildus pastiprināt. Tas bija aizrautīgs darbs, kas beidzās ar apbrīnojamiem rezultātiem.

Seit minētas tikai dažas sekas, kuras saistītas ar lāzeru gaismas gigantisko impulsu lietošanu. Darbs ar tiem ir tik perspektīvs, ka aizrauj arvien jaunas laboratorijas, arvien jaunus kolektīvus.

Lāzera gaismas ielaušanās vielas dziļumā atklāj tādas apslēptas matērijas īpašības, tādas līdz šim laikam nezināmas pašas gaismas īpatnības, ka laikam gan var sacīt — sākas jauna lapaspuse fizikā, jauns vielas un enerģijas romāns. Par to mēs vēl pastāstīsim. Bet tagad ir laiks uzzināt, kas notiek ar gigantiskā impulsa jaudas palielināšanu. Pēdējais laiks, jo, kā mēs tagad zinām, to gaida bezgala interesanti uzdevumi.

Trešais paņēmiens

Iedomājieties šauru stikla vai kvarca trauciņu, starp kura plakanajām sienām ieliets šķidrums — kādas ķīmiskas krāsvielas šķīdums. Izvēlētā krāsviela atšķiras ar to, ka, stipri absorbējot lāzera starojumu, tā acumirkli izbālē, kļūst dzidra. Process līdzīgs tam, no kura cieta modes dāmas un lētu, saulē ātri izbalojošu audumu izgatavotāji.

Minētajā gadījumā šī īpatnība ir likta lāzeru ģenerācijas vadības pamatā. Tā saucamais nelineārais slēdzis. Tas pats trešais paņēmiens, par kuru gribējām uzzināt.

Ja trauciņu ar tādu krāsvielu noliek lāzera ģeneratora viena spoguļa priekšā, spogulis būs aizklāts. Rezonatora labums nokritīs līdz nullei. Atgriezeniskā saite nebūs iespējama. Rodas iespaids, ka ģenerācija nenotiks, lai cik spēcīgi arī būtu ierosināta akuvā viela. Taču tā tas nav. Lielā ierosinātā līmenī aktīvās vielas pastiprināšanas spējas kļūst visai nozīmīgas. Pat daži fotoni, kurus nejauši izstarojuši aktīvie joni lāzera stieņa virzienā, jau vienā lidojumā krāsvielas trauciņa virzienā izraisīs tāda daudzuma stimulētu fotonu parādīšanos, ka to absorbcija krāsvielā izsauks tās manāmu izbalošanu un tā kļūs gaišāka.

Rezultātā daļa fotonu Izlidos caur pavērušos slēdzi uz spoguli un atpakaļ pie aktīvās vielas. Tā sākas atgriezeniskās saites darbība, tātad rodas lāzera pašierosme. Attīstības procesa ātrums, izrādās, ir ļoti liels, jo fotonu lavīnveidīga daudzkāršošanās aktīvajā vielā izsauc tikpat lavīnveidīgu krāsvielas izbalošanu, tātad atgriezeniskās saites pastiprināšanos. Tā rodas gigantiskais impulss.

Tiekšanās sasniegt vēl lielāku lāzera impulsu jaudu, vēl vairāk samazināt to ilgumu, lika zinātniekiem uzmanīgi izpētīt gigantisko impulsu rašanās un attīstības procesu.

Būtiski panākumi vainagoja Basova, Ļetohova un viņu līdzstrādnieku pūles. Ļetohovs, šķiet, bija pirmais, kurš uzsvēra fluktuācijas nozīmi gigantiskā impulsa radīšanā un attīstībā.

Tiklīdz uzpumpēšanas starojums nodrošinās pietiekami stipru aktīvās vielas ierosmi, ierosināto jonu izstarotie atsevišķie fotoni izraisīs neatkarīgus miniatūrus mikroviļņus. To lielākās daļas attīstība pārtrūkst uz aktīvās vielas robežas vai arī atduroties pret slēdzi. Tiklīdz slēdzis mazliet paveras, milzum daudz mikro- lavīnu, kas radušās tieši priekš tā un lidojušas attiecīgajā virzienā, sāks pašierosmes procesu, kaut ari sākumā to intensitāte var desmitiem reižu atšķirties.

Eksperimentam bija negaidīti rezultāti: gigantiskais impulss nav gluds, kā likās iepriekš. Tas salikts no daudzu īsāku impulsu kopuma. Kas tas ir?I Kustība pa apli? Gaisma aizlikusi kāju priekšā zinātniekiem, kuri tik ilgi, tik ietiepīgi cenšas to pakļaut?

Jau Helvorss disciplinēja izslavētos zibšņus un apvienoja tos monolītā spēcīgā impulsā. Un zinātnieku uzmanība tika koncentrēta tikai uz tā jaudas palielināšanas problēmu. Un nu viņi sasniedza milzu rezultātus. Viņi palielināja jaudu, un, šķita, bija beidzies viens no visdarbietilpīgākajiem posmiem. Un ko nu? Sākt no gala? Viņi nonākuši tajā pašā punktā, no kurienes sāka grūto gaitu?

Tikai rūpīgi pētījumi, pārdomas, strīdi palīdzēja saprast: notikušais nav kļūda, nav neveiksme.

Sākās izziņas spirāles nākamā vītne.

2. nodaļa

ĀTRĀK PAR ĀTRU UN ĪSAK PAR ĪSU

Atkal gigantiskais impulss

Cilvēku vilina nesasniegtais. Alpīnistu — nepakļauta virsotne; agronomu — nepieredzēta raža; lidotāju, šoferi, jūrnieku, skrējēju, peldētāju, skaitļojamo mašīnu vai darbgaldu konstruktoru — ātrums. Daudzi, ļoti daudzi tiecas sasniegt nepieredzētus ātrumus. Taču laikam tikai vienā gadījumā fantastisks ātrums radās kā dāvana cilvēkiem, kas tiecās pēc gluži cita mērķa.

Lāzera izmantošanas bezgala daudzie veidi prasa arvien lielāku enerģijas koncentrāciju telpā un laikā. Tomēr dabā ir vesela rinda aizliegumu, līdzīgu slavenajai nenoteiktību sakarībai, kuru atklāja viens no kvantu mehānikas pamatlicējiem Heizenbergs. Tāds aizliegums ierobežo arī telpiskas koncentrācijas iespējamību — lāzera gaismas fokusēšanu punktiņā, kura izmēri ir būtiski mazāki par izstarotā viļņa garumu.

Taču pirmajā rubīna lāzerā enerģijas koncentrācija laikā vēl bija ļoti tālu no robežas. Sis lāzers, tāpat kā, starp citu, arī lielākā daļa moderno impulsu lāzeru izstaro haotiski citu citam sekojošu impulsu sēriju, kuru ilgums ir apmēram miljonā daļa sekundes katra. Lāzera uzliesmojumā ietilpa simtiem tādu atsevišķu zibšņu, un tas ilga apmēram tūkstošo daļu sekundes. Daudzi centās saprast, kāpēc lāzera ģenerācija neattīstās nepārtraukti, bet drīz pārtrūkst, lai sāktos no jauna kārtējā zibšņa veidā. Nekas tamlīdzīgs netika novērots ne lampu ģeneratoros, pat ne radiodiapazona kvantu ģeneratoros — māzeros. Tika publicētas vairākas teorijas, kuras visas pārliecinoši izskaidroja zibšņu rašanās cēloņus, taču katrs cēlonis … bija citādāks. Un tomēr visas teorijas pietiekami pārliecinoši tika apstiprinātas ar eksperimentu.

Pamazām noskaidrojās, ka galvenais cēlonis slēpjas rezonatora izmēros. Lāzera rezonators parasti ir daudzu miljonu reižu lielāks par gaismas viļņa garumu. Tāpēc elektromagnētiskā lauka struktūra tajā ir daudz sarežģītāka nekā māzera rezonatorā, kurā ieiet, vislielākais, daži viļņi.

Lāzera rezonatorā var rasties daudz dažāda tipa svārstību. Tās savā starpā nav līdztiesīgas. Dažām rezonatora labums ir lielāks, un tās ierosinās vieglāk nekā citas. Nelīdztiesīgums rodas tādēļ, ka rezonatorā ir aktīvā viela — rubīns, stikls u. c., kā arī tādēļ, ka uzpumpēšanas lampas gaisma nevienmērīgi iekļūst aktīvās vielas slānī.

Rezultātā dažādi svārstību tipi sāk un beidz ģenerācijas procesu gandrīz neatkarīgi no citiem, bet tad pēc kāda laika tajos atkal rodas ģenerācijas zibsnis. Atsevišķa zibšņa enerģija nav liela, jo tā veidošanā piedalās tikai maza daļa aktīvo daļiņu, kuras ierosinājusi uzpumpēšanas lampa.

Helvorss atklāja paņēmienu, kā koncentrēt lāzera enerģiju laikā, apvienot aktīvo daļiņu vairumu starojuma viena impulsa ģenerācijai un tādējādi palielināt lāzera jaudu. Viņš ieteica vadīt lāzera rezonatoru. Ar ātrdarbīgu slēdzi atklāt vienu no rezonatora spoguļiem, kurš sākumā ar šo slēdzi bija aizklāts.

Aktīvo daļiņu uzpumpēšanās turpināsies ilgāk nekā tad, ja spogulis būs atklāts. Bez divu spoguļu sistēmas taču nav rezonatora un nav iespējama ģenerācija. Brīdī, kad tiek atvērts slēdzis, rezonatorā uzkrājas daudz vairāk aktīvo daļiņu nekā parastajā lāzerā. Ģenerācijas lavīna attīstās ļoti strauji un intensīvi, un lāzera starojums sakopojas vienā gigantiskā impulsā, kura ilgums ir vairākas simtās daļas no sekundes miljonās daļas. Kaut arī šā impulsa enerģija parasti ir vairākas reizes mazāka par enerģiju, ko dod parasta lāzera uzliesmojums, kas sastāv no ļoti daudziem zibšņiem, tomēr tā jauda ir simtiem tūkstošu reižu lielāka. Jauda taču raksturo laika vienībā izdalīto vidējo enerģijas vērtību, tā ka jauda pieaug, laikam samazinoties. Tāpēc pulvera attīstīto jaudu, šauteni izšaujot, var salīdzināt ar milzīgas turbīnas jaudu. Bet patronas lādiņš, kas spēj ar milzīgu ātrumu izgrūst lodi, nevar paveikt pat niecīgāko daļu tā darba, ko dara nenogurdināmā turbīna. Vadāmo rezonatoru lāzeru impulsu gigantiskā jauda ļauj atrisināt milzum daudz vissarežģītāko uzdevumu zinātnē un tehnikā. Tomēr ir ari tādi gadījumi, kad sasniegtā jauda nav pietiekama. Zināmas arī tādas situācijas, kurās svarīgāka ir lāzera uzliesmojuma enerģija, nevis jauda.

Tiešāks paņēmiens palielināt lāzera enerģiju uz aktīvā elementa izmēru palielināšanas rēķina, kas sevi attaisnoja lāzeros, kuri strādāja parastajā brīvās ģenerācijas režīmā ar haotiskajiem zibšņiem, nedeva rezultātus, pārejot uz gigantisko impulsu. Pētījumi parādīja, ka galvenajiem lāzeru materiāliem — rubīnam un neodīma stiklam — tā nav nejaušība. Neveiksmes cēlonis ir tās pašas šiem materiāliem piemītošās īpašības, kuras nodrošina šo materiālu izcilo vērtību no parasto lāzeru viedokļa.

Neodīma stikls un rubīns spēj uzkrāt katrā savā kubikcentimetrā samērā lielu enerģijas devu. Bet neodīma un broma jonu īpašības ir tādas, ka gaismas pastiprinājums tajos ar katru centimetru kļūst ļoti liels. Pastiprinājuma lielā koeficienta dēļ lāzeri ar šīm vielām viegli ierosinās pat tad, ja spoguļi ir diezgan slikti. Ja aktīvie elementi ir pietiekami gari, tad var pilnīgi Iztikt ar vienu rezonatora spoguli. Otru ar panākumiem aizvieto gaismas refleksija no aktīvā elementa gala.

Skaidrs, ka tādā gadījuma gigantiska impulsa režīms ir pilnīgi nerealizējams. Ģenerācija sāksies pie aizvērta slēdža, kaut no viena spoguļa un aktīvā elementa gala veidotā rezonatora labums būs mazs. Inženieri glāba situāciju, noslīpēdami aktīvā elementa galu zem leņķa pret rezonatora asi. Ģenerācija ar gala līdzdalību kļuva neiespējama, un rezonatora vadība ar slēdzi, kuru novietoja otrā spoguļa priekšā, notika bez traucējumiem.

Taču mērījumi rādīja, ka atbilstoši aktīvā elementa pagarinājumam stingri pieauga arī enerģijas zudumi gigantiskā impulsa režīmā salīdzinājumā ar brīvās ģenerācijas enerģiju. Rubīnā un neodīma stiklā to neizdevās likvidēt. Ja ar aizvērtu slēdzi bija radīts augsts ierosmes līmenis, tajos izveidojās neparasti lieli pastiprinājuma koeficienti. Tik lieli, ka nejauši gar aktīvā elementa asi izlidojuši fotoni izraisīja tajā fotonu masas stimulētu starojumu, un šī fotonu masa paņēma ievērojamu daļu enerģijas, ko aktīvais elements saņēma no uzpumpēšanas lampas. Tas ierobežo iespējamību uzkrāt aktīvajā elementā lielus enerģijas krājumus, tātad arī iespēju palielināt gigantiskā impulsa enerģiju.

Tā daba izvirzīja zinātniekiem un inženieriem nepārvaramu šķērsli. Vadāmā rezonatora metodes iespējas, kā izrādījās, bija izsmeltas. Bija nepieciešams kaut kas jauns. Jauni aktīvie materiāli, lai iegūtu lielāku enerģiju ar jau zināmu metodi, vai jaunas metodes, kas ļautu iegūt nepieciešamo enerģiju ar jau zināmiem materiāliem. Pirmais ceļš vēl nav realizēts, taču daži zinātnieki uzskata, ka viņi savu panāks. Otrs ceļš jau ļāvis palielināt gigantisko impulsu enerģiju vairākas reizes un tai pašā laikā novedis pie pilnīgi negaidītiem rezultātiem.

Pagrieziens

Viss likās ļoti vienkārši. Ja gigantisko impulsu ģeneratoru iespējas izsmeltas, to izstarotie impulsi jālaiž caur pastiprinātāju. Skaidrs, ka tā var panākt enerģijas palielinājumu. Taču, ja uz pastiprinātāja ieeju krītošā impulsa enerģija ir ļoti liela, sagaidāms arī papildu efekts. Tas nebija nekas jauns. Jau tad, kad pētīja vienu no radiodiapazona kvantu pastiprinātāja tipiem — māzeru ar skrejvilni —, tika konstatēts, ka pastiprināta impulsa forma tiek izkropļota, ja ir lieli ieejas signāli.

Radiodiapazonā, kur signālus izmanto informācijas pārraidei, ikviens kropļojums pastiprinājuma procesā ir kaitīgs. Lai cīnītos pret kropļojumiem, radisti izpētīja to rašanās cēloņus. Un konstatēja, ka atbilstoši impulsa izplatībai caur pastiprinošo vidi signāls, kas ir tās priekšējā daļā, īpaši impulsa frontē, arvien vairāk pastiprinās, paņemdams enerģiju no vielas aktīvajām daļiņām.

Ja signāls jau pirms pastiprinājuma bija ļoti stiprs, tad impulsa priekšējā fronte faktiski paņem visu enerģiju, kas uzkrāta vielā. Nākamajām daļiņām nepaliek nekas. Tās ne tikai nepastiprinās, bet, izrādās, ir novājinātas, jo, atdevusi savu enerģiju impulsa frontei, viela cenšas to atgūt no jauna uz elektromagnētiskā lauka rēķina, kas veido palikušās impulsa daļas. Virzīdamās pa aktīvo vielu, impulsa fronte tādējādi ātri pastiprinās (kļūdama arvien stāvāka), bet tās aste manāmi pavājinās. Skaidrs, ka tad vienlaikus ar impulsa intensitātes palielināšanos impulss neizbēgami saīsinās laika ziņā. Impulsa jauda pieaug vienlaicīgi uz divu cēloņu rēķina — tā enerģijas palielināšanās rezultātā un atbilstoši tās koncentrācijai laikā.

Taču radioinženieri nevarēja izmantot ierīci, kurā signāla pastiprinājums notiek ar tādiem kropļojumiem. Secinājums? Tamlīdzīga situācija radās klejotājiem lopkopjiem, pārdzenot lielus ganāmpulkus. Priekšējais lopu bars apēd visu zāli un pieņemas svarā, neatstādams neko nākamajiem, kuri pamazām kļūst arvien vājāki. No tā var izvairīties, vienīgi virzot lopu barus pa paralēlām takām vai pēc kārtas ar pietiekami lieliem intervāliem, lai ataugtu zelmenis. Apmēram tāpat rīkojās arī radiospeciālisti. Taču mūs patlaban neinteresē detaļas viņu darbā.

Lāzeru nozares speciālisti, kuri tiecās palielināt gaismas impulsu enerģiju un jaudu un nedomāja tajā brīdī par kropļotu informāciju, uzskatīja, ka visas kvantu pastiprinātāju īpatnības, kas izraisījušas grūtības radiodiapazonā, nāks viņiem par labu. Atbilstošus kvalitatīvus spriedumus izteica 1962. gadā Geiziks un Sko- vels Amerikas Savienotajās Valstīs, taču viņu darbs, kā tas bieži notiek, bija aizsteidzies laikam priekšā un neizraisīja lielu interesi. Tikai pēc gada divas amerikāņu autoru grupas publicēja pirmos aprēķinus, bet vēl pēc gada pilnīgāku teoriju publicēja V. Talanovs no Gorkijas, kā arī L. Rivlins un A. Mikaeljans ar līdzstrādniekiem no Maskavas.

Tajā pašā gadā Basovs ar līdzstrādniekiem un vēl pēc gada Rivlins ar saviem līdzstrādniekiem, bet aiz robežas E. Stills un V. Dēviss virzīja savu lāzeru gigantisko impulsu lāzeru pastiprinātājā un … viņu cerības neattaisnojās. Neviena no trim grupām pastiprinot neguva būtisku impulsa ilguma saīsināšanu uz tā formas kropļojuma rēķina!

Gadu cītīgi strādājuši, Basovs un Ļetohovs publicēja neveiksmes cēloņu izskaidrojumu un izvirzīja paņēmienu, kā sasniegt iecerēto mērķi. Viņu rakstā bija arī norādījums, ka impulsa virsotnei noteiktos apstākļos jāskrien ātrāk par gaismu; tas izsauca sensāciju cienītājos lielu satraukumu.

Vladlens Ļetohovs ir neparasta personība pat P. Ļe- bedeva Fizikas institūtā, kas bagāts ar savdabīgiem talantīgiem cilvēkiem. Tāpat kā daudzi citi Ļetohovs atnāca uz kvantu radiofizikas laboratoriju, būdams students. Basovs drīz atklāja viņā tieksmi un spējas uz teorētiskiem pētījumiem. Ļetohovs dienu un nakti sēdēja noliecies pie rakstāmgalda, vērīgi noskatījās eksperimentos. Apsprieda ar eksperimentētājiem to gaitu un rezultātus. Drīz vien salīdzināja tos ar teorētiskajiem paredzējumiem un nekavējoties ķērās pie teorijas pilnveidošanas, ja eksperiments to prasīja. 1965. gadā sāka publicēt darbus, kas bija veltīti gaismas impulsu izplatībai pastiprinošā vidē. Vispirms Basova un Ļeto- hova teorētiskie darbi, pēc tam ar abu līdzdalību izdarīto eksperimentu apraksti, tad atkal teorija un tālākie eksperimenti. Un tā vairākus gadus.

Kad lai aizstāv disertāciju?

Novirzīsimies mazliet no lāzeriem pie problēmas, kurai, starp citu, ir tiešs sakars ar zinātni. Pajautāsim sev, kad zinātniekam jāaizstāv disertācija, piemēram, kandidāta disertācija. Pieņemts uzskatīt, ka tas jādara pēc tam, kad zinātnieks veicis vairākus pētījumus kandidāta darbu līmenī.

Neviens, kurš pazina Ļetohovu tikai pēc publikācijām nevarēja iedomāties, ka viņam, kas četros gados publicējis vairāk nekā piecdesmit darbu nav kandidāta grāda. Un, kad 1969. gada beigās viņš, biedru ietekmēts, beidzot iesniedza kandidāta disertāciju, zinātniskā padome, piešķīrusi viņam kandidāta grādu, ieteica šo pašu darbu iesniegt otrreiz zinātņu doktora grāda iegūšanai. Taču Ļetohovs negāja pa vieglāko ceju. Viņš uzskatīja, ka jāraksta jauna disertācija, un 1970. gada vasarā to spīdoši aizstāvēja. Viņa disertācijā bija runa gan par lāzera impulsa saspiešanu, ja to pastiprina, gan par virsgaismas kustību. Taču atgriezīsimies pagātnē, paraudzīsimies, kas notika dažus gadus pirms tam.

Tagad katrs skolēns zina, ka gaismas ātrums ir ātruma augstākā robeža. Ar šo pamatlikumu saistīti paradoksi gadās arvien retāk. Bet cienījami zinātnieki pareģo virsgaismas ātrumu. Un pēc tam kopā ar citiem kvantu radiofizikas laboratorijas līdzstrādniekiem viņi iegūst gan impulsu virsotnes kustības virsgaismas ātrumu, gan gigantiskā impulsa ilguma tālāku samazināšanos.

Basova un Ļetohova teorija ņēmusi vērā svarīgu detaļu, kura pazudusi no iepriekšējo teoriju redzes lauka: lai cik ātri attīstītos gigantiskā impulsa ģenerācija, tā nerodas vienā mirklī. Ātrdarbīga oscilogrāfa ekrānā var redzēt, ka gigantiskā impulsa priekšējā fronte nepavisam nav līdzīga pakāpienam, bet vienmērīgi pieaug, turklāt lēnāk nekā laiks, kurā noris vissvarīgākie procesi pastiprinātājā vidē. Tādējādi atsevišķas aktīvās daļiņas mijiedarbojas ar pastiprināmo impulsu nekoherenti — cita no citas neatkarīgi.

Impulsa lēzenās priekšējās daļas sevišķa pastiprināšana pamazām pārvieto impulsa virsotni uz priekšu pa priekšējo fronti tā, ka impulsa maksimums neskrien reizē ar kāda noteikta viļņa virsotni, bet pakāpeniski pāriet no aizmugurējā viļņa uz priekšējo. Kaut ko līdzīgu varētu novērot, ja demonstrantu kolonna, nepārtraukdama kustību, padotu transparentu no aizmugurējām rindām uz priekšējām. Seit nav nekā dabas likumiem pretrunīga, konkrēti — materiālu ķermeņu neiespējamība pārvietoties ar ātrumiem, kas pārsniedz gaismas ātrumu. 3ajā eksperimentā ar virsgaismas ātrumu kustas nevis kaut kāds ķermenis vai enerģijas porcija, bet tikai zona, kurā intensīvāk noris aktīvajās daļās uzkrātās enerģijas pārvēršana citā formā, gaismas viļņu fotonu formā. Basova un Ļetohova teorija ne tikai paredzēja iespēju gigantiskā impulsa virsotnei kustēties ar ātrumu, kas vairākas reizes pārsniedz gaismas ātrumu, bet arī izskaidroja, kāpēc tādā gadījumā nenotiek impulsa ilguma samazināšanās.

Panākumi

Iemesls ir tieši tas, ka gigantiskais impulss rodas nevis ar lēcienu, bet attīstās — kaut arī ātri, taču pakāpeniski no ļoti mazām enerģijām. Priekšējās frontes vājās joslas, aizsniegdamās tālu priekšā tās virsotnei, efektīvi pastiprinās, aizskriedamas pa «bagātākajām», impulsa galvenās daļas vēl neskartajām pastiprinātāja daļām. Būdamas vājas, tās pastiprinās bez kropļojumiem, tā ka veidojas arvien jaunas un jaunas priēkšē- jās frontes joslas, kas sākumā maskētas ar trokšņiem. Rezultātā impulss pieaug, tikai nedaudz deformēdamies, kā jūras vilnis, tuvodamies Ierastam pāri sēklim. Jūras vilnis, uzskriedams krastā, apsviežas. Var redzēt, kā pirms apsviešanās tā priekšējā fronte kļūst arvien stāvāka. Virsotne to sasniedz. Katastrofa notiek tieši tāpēc, ka pirmie krastā izskrien un sašķīst visvājākie priekšējie viļņi. Kaut kas līdzīgs nepieciešams ari lāzera impulsa saspiešanai. Basovs un Ļetohovs atklāja, ka impulsa saspiešanai pastiprināšanas procesā jāatgriež tā priekšējās frontes vājās zonas, lai tās ne- novājina aktīvo vielu pirms virsotnes atnākšanas. Pašā sākumā impulsa priekšējai frontei jāpiešķir forma, kas līdzīga pakāpienam. Tad tieši pakāpiena priekšējā daļa izsūknēs visu pastiprinātājā uzkrāto enerģiju. Virsotne pieaugs, sekojošās impulsa daļas — pavājināsies, kā to jau bija pareģojis Skovels, un impulsa saīsināšana kļūs reāla.

Lai pārbaudītu teoriju, Basovs ar līdzstrādniekiem ierīkoja starp pastiprinātāju un lāzeru, kas dod gigantisko impulsu, papildu slēdzi. Speciāla shēma neiedomājami ātri atvēra to tikai pēc tam, kad gigantiskais impulss bija sasniedzis savu maksimumu. Tāpēc gigantiskā impulsa virsotnes priekšā pastiprinātājā nenokļuva nekāda gaisma. Gigantiskā impulsa virsotnei bija iespēja iegūt no aktīvā materiāla visu tajā uzkrāto enerģiju. Slēdzis darbojās tik ātri, ka impulsa priekšējā fronte pastiprinātājā ieejā atgādināja stāvu pakāpienu. Un patiešām — visa pastiprinātājā sakrājusies enerģija izšķīda uz impulsa virsotnes. Mērījumi parādīja, ka impulsa ilgums pastiprinātāja izejā ir vairākas reizes samazinājies. Tikai uz saīsināšanās rēķina vien par tikpat daudz pieauga impulsa jauda. īstenībā jauda palielinājās vēl ātrāk, jo impulss stipri pieauga uz pastiprinātāja enerģijas rēķina.

Tagad visās laboratorijās, kurās strādā ar gigantisko impulsu lāzeriem, kas apvieno lielu jaudu ar lielu enerģiju, starp lāzeru un pastiprinātāju ieslēdz papildu slēdzi, kas dod impulsa priekšējai frontei pakāpiena formu. Tagad par eksperimentiem ar lāzeru impulsu virsgaismas kustību var izlasīt vienīgi vecos žurnālos un kvantu elektronikas mācību grāmatās. Tāds ir daudzu paradoksu liktenis. Tie stimulē prātu, asina uzmanību un interesi un, nospēlējuši savu lomu, nokļūst progresa pamatfondā tajā nodaļā, kur tikpat cienījamu vietu ieņem vērpjamais ratiņš un akmens cirvis. Ne mazāk efektīgi rezultāti bieži vien vēl mūsu dienās kalpo cilvēkam. Tā notika arī ar šo darbu, kuru bija paveikuši padomju zinātnieki, kam vienādi svarīgi gan fundamentāli pētījumi, gan praktiski rezultāti.

Tiem, kam patīk matemātika

Formulas ir gudrākas par cilvēku. Tā teicis Henrihs Hercs, kas atklāja elektromagnētiskos viļņus, kuru esamību paredzēja pagājušā gadsimta beigās Klarks Maksvels. Hercs domāja par slavenajiem Maksvela vienādojumiem, kuri aptver ne tikai elektromagnētisko viļņu darbības likumus, bet arī tolaik daudzu nezināmu parādību skaidrojumu.

Par metroloģiju var teikt, ka tā ir tālredzīgāka nekā cilvēks. Metroloģija sagādāja priekšdienām iespēju izmērīt ārkārtīgi lielus un sevišķi mazus lielumus un pat izveidoja tiem nosaukumu sistēmu daudz agrāk, nekā tehnika bija atradusi paņēmienus to iegūšanai. Patiešām — radiolokācijai ievajadzējās tādu impulsu nosaukumu, kuri ilgst miljono sekundes daļu, un — lūdzu. Metrologu reģistros paredzēta speciāla vienība — mik- rosekunde. Kaut arī pirms tam cilvēkiem reti kad bija darīšana pat ar ilgumiem, kas mazāki par sekundes tūkstošdaļu, — milisekundēm. Parādījās lāzeri, kas deva ļoti īsus gaismas impulsus, un gatavībā vēl sīkāka vienība — nanosekunde —, lai mērītu sekundes miljardo daļu. Taču izrādījās, ka nepietiek arī ar to. Patlaban noris cīņa par vēl tūkstošreiz īsāku — piko- sekundes impulsu iegūšanu un izmērīšanu. Starp citu, fiziķi apgalvo, ka dažiem pārstāvjiem no elementārdaļiņu dzimtas, kura aizvien vairāk palielinās, eksistēšanas ilgumam jākļūst vēl īsākam. Taču tas vairs neietilpst mūsu tēmā. Seīt runāsim par gaismas pikose- kundes impulsu rašanos.

Matemātikas cienītāju zināšanai var piebilst, ka decimālā sistēma ļauj ļoti vienkārši, uzskatāmi un kompakti pierakstīt tik neiedomājami mazus lielumus. Garās nuļļu rindas vietā tikai jāuzraksta desmitnieks un jākāpina negatīvā pakāpē, kas parāda to vietu aiz komata, kur stāv pirmais no nulles atšķirīgais skaitlis, piemēram, vienas desmitās vietā var rakstīt 10-1 , vienas tūkstošās vietā — 10~3 (šeit vieninieks stāvēs trešajā vietā pa labi no komata: 0,001). Atbilstoši šim pierakstam miljonā daļa (mikro) ir — 10-6 , miljardā daļa (nano) — 10-9 , bet mūs patlaban interesējošā piko- sekunde — 10-12 sekundes.

Pirmais lāzers, kuru 1960. gadā radīja Meimans, ģenerēja gaismas uzliesmojumus, kuru ilgums bija apmēram milisekunde. Un tie sastāvēja no haotiski sekojošiem mikrosekunž'u zibšņiem. Jau nākamajā gadā Helvors izgudroja lāzeru, kurā speciāls slēdzis ātri mainīja rezonatora labumu no ļoti maza līdz visai lielam labumam. Lāzers ģenerēja gigantiskus atsevišķus impulsus, kuru ilgums bija vairāki desmiti nanosekunžu.

Impulsu ilguma samazināšanas tālākais ceļš, kā izrādījās, bija negaidīti grūts. Vairākas zinātnieku grupas, sekodamas abstraktajiem, vienīgi kvalitatīvajiem, nevis kvantitatīvajiem Geizika un Skovela spriedumiem, centās saīsināt gigantiskos impulsus, laizdami tos caur optisku pastiprinātāju.

Tikai Basova un Ļetohova sarežģītie teorētiskie pētījumi ļāva saprast neveiksmju cēloni un atrast izeju no strupceļa. Taču šis ceļš liedza būtiski virzīties uz priekšu. Protams, gigantiskā impulsa saīsināšana līdz divām trim nanosekundēm, vienlaicīgi pastiprinot tā enerģiju, deva iespēju iekļūt dziļāk dabas noslēpumos. Taču zinātnieki alka pēc radikālākiem rezultātiem.

Lai cik paradoksāli tas būtu, visgrūtāk sasniegt jaunus vērā ņemamus panākumus, ejot pa iemītām takām. Vieglais, taisnais un pievilcīgais ceļš zinātnes pasaulē parasti nav garš. Drīz vien neizbēgami seko grambām izvagoti līkumi vai pat strupceļš. Bet tāds jau ir cilvēka raksturs — grūti nogriezties no ceļa, ja priekšā redzamas iebrauktas sliedes. Ja runā par ceļiem, kas ved uz superīsu gaismas impulsu pasauli, tad jāsaka — vienu no tiem iemina svārstību nelineārā teorija, kuru izveidoja un attīstīja galvenokārt padomju fiziķu un matemātiķu divu skolu — Mandelštama—Papaleksi skolas un Krilova—Bogoļubova skolas pētījumi. Nelineārā svārstību teorija atklāja dziļo vienību starp daudziem un dažādiem periodiskiem procesiem, kas notiek dabā un ko rada cilvēks tehnikas vajadzībām, bet kas ir ārēji atšķirīgi.

Holandiešu zinātnieks Van der Pols, devis būtisku ieguldījumu svārstību nelineārajā teorijā tās pirmajā attīstības posmā, atklāja apbrīnojamu analoģiju sirds un elektrisko svārstību lampas ģeneratora darbībā. Vēlāk izdevās radīt parocīgus radiotehniskus modeļus sirds, nieru, plaušu un citu cilvēka ķermeņa orgānu darbības pētīšanai. Tagad svārstību nelineārās teorijas metodes plaši izmanto bioloģijā un ķīmijā, astrofizikā un seismoloģijā, inženierzinātnēs un ekonomiskos pētījumos.

Lāzeri radās, svārstību nelineārās teorijas metodēm izplatoties 'optikas diapazonā. Tā nebija nejaušība, ka kvantu elektroniku izveidoja radiofiziķi Basovs un Prohorovs, izcilie Mandelštama—Papaleksi skolas pārstāvji, un Taunss — smalks svārstību nelineārās teorijas speciālists. Par savu tālāko attīstību, pat virzību optiskajā diapazonā kvantu elektronikai jāpateicas drīzāk radiospeciālistiem, kuri apguva optiku, nevis optiķiem, kuri izprata svārstību teorijas likumsakarības.

Haosa valstība

Pa lielākajai daļai lāzera aktīvā viela nepiedalās tā darbā kā viens vesels. Parasti darba tilpuma dažādas daļas sāk ģenerāciju dažādā laikā un pat ar vairākām dažādām frekvencēm. Iemesls ir tas, ka lāzera rezonators ir ļoti liels salīdzinājumā ar gaismas viļņu garumu. Tāpēc tajā var rasties un parasti rodas ļoti daudz dažādu un neatkarīgu svārstību tipu.

Kaut ko līdzīgu var novērot vijoles vai mandolīnas stīgā, uz kuras bez galvenā toņa viegli ierosināt arī virstoņus. Mūziķi reti izmanto tādu iespēju. Turpretī radioinženieri ķeras pie tās daudzos gadījumos, kad viņiem jārada īsi elektriskie impulsi, piemēram, radiolokācijā vai televīzijā. Sim mērķim izgudrotas īpašas shēmas. Vispazīstamākās no tām ir multivibratori un blokinga ģeneratori, kuros vienlaicīgi ierosinās milzum daudzas svārstības, kuras saplūst cita ar citu, veidojot īsu impulsu sēriju vai atsevišķus asus sprieguma šļakstus, pēc kuru komandas uz ekrāna rodas dīvainas ainas vai atraujas no zemes raķetes.

Atšķirībā no tādiem lampu ģeneratoriem lāzeros valda pilnīgs haoss. Neizbēgamās nehomogenitātes kristālos, stiklos un pat gāzēs, kas lāzeros ir aktīvās vielas; neiespējamība nodrošināt pilnīgi homogēnus ierosinājumus visā lāzera tilpumā; lielais skaits svārstību, kas rodas lāzera rezonatorā, — visi šie apstākļi noved pie tā, ka lielākā daļa svārstību tipu parasti ierosinās neatkarīgi no citiem. Raugoties — protams, caur aizsargbrillēm — uz spilgto gaismas plankumu, kuru veido gāzes lāzera stars, pirmajā brīdī redzam kaut ko saules zaķītim līdzīgu. Taču, ielūkojušies vērīgāk, ievērojam, ka spilgtais plankums sastāv no atsevišķiem haotiskiem plūstošiem graudiņiem, kurus atdala mazāk spilgtas josliņas. Ļoti liela līdzība ar Saules virsmu, ja to novēro teleskopā. Arī uz tās var redzēt daudzus spilgtus punktus uz bālāka fona.

Protams, fiziķi saprata, ka iemesli, kādēļ veidojas Saules granulas un spilgtie punkti gāzu lāzeru starā, ir atšķirīgi. Kopīgs tikai viens — nejaušības būtiskā nozīme temperatūras sadalījumā uz Saules virsmas un ģenerācijas attīstībā lāzera aktīvajā elementā.

Tās pašas parādības izveidojās arī cietvielu lāzeros, kuri strādā impulsu režīmā. Arī tajos nejauša un neatkarīga atsevišķu svārstību tipu ierosināšana ir par cēloni haotisku ģenerācijas zibšņu izveidošanai. Eksperimentētāji un teorētiķi apvienojās, lai analizētu šo" lāzeru pretrunīgo dabu.

Sīki izpētot gigantiskos impulsus, kurus dod lāzeri ar vadāmiem slēdžiem vai rotējošām prizmām, atklājās, ka arī šādi gigantiski impulsi veidoti daudzu svārstību tipu ierosināšanas rezultātā.

Svārstību teorija pateica priekšā: lāzers atšķiras no lampti ģeneratora tikai ar ģenerējamā viļņa garumu un dažām tehniskām detaļām; pamatā ir viens princips. Tātad var likt dažādiem svārstību tipiem rasties lāzeros tikpat saskaņoti kā, piemēram, multivibratorā. Tādā gadījumā lāzers dos regulāru īso impulsu secību.

Dabiski, pa tādu ceļu devās daudzi pētnieki. Pirmie panākumus guva L. Hargrovs, R. Forks un M. Pol- iaks, kuri strādāja ar gāzu lāzeru. Pēc tam darbs ar rubīna lāzeru atnesa panākumus T. Deičam. Un beidzot svinēja uzvaru A. de Marija, S. Ferārs un G. Daniel- sons, kas strādāja ar neodīma stikla lāzeru.

— Mēs piespiedu kārtā periodiski mainījām zudumus lāzera rezonatorā, — zinātnieki paskaidroja kolēģiem.

Viņi izmantoja radiospeciālistiem ierastu paņēmienu: mainīja rezonatorā elektromagnētisko viļņu eksistences nosacījumus. Taču vienkārša paņēmiena rezultāts nepavisam vairs nebija vienkāršs. Ja zudumu maiņas frekvence sakrita ar frekvenču intervālu starp rezonatora vienkāršākajiem svārstību tipiem, izrādījās, ka tipi ir saistīti.

Svārstību teorija nepiekrāpa. Lāzers, kurš brīvās ģenerācijas režīmā deva milisekunžu impulsus, kas sastāvēja no milzum daudziem zibšņiem, pārvērtās par nano- sekunžu impulsu ģeneratoru. Ja ārējas iedarbības rezultātā tika sasniegti divdesmit svārstību tipu sakari, impulsa ilgums bija tikai puse nanosekundes. Tas ir piecas — desmit reizes īsāk nekā lāzeros ar rotējošu prizmu!

Rekords, sensācija! Tas deva jaunu pamudinājumu meklējumiem un pūliņiem. Ceļš, kā izrādījās, bija ļoti vilinošs, vienkāršs, viegli veicams. Un rezultāti bija drīzi un jūtami. Vajadzēja tikai izjust lāzeru materiālu

īpatnības. Kuri uz ko spējīgi. Ko no tiem var gūt. Cik tie elastīgi, lai veidotu fiziķiem vajadzīgos gaismas impulsus. Daži zinātnieki pat atklāja sevī savdabīgu spēju, intuīciju, izvēloties jaunajam mērķim nepieciešamos lāzeru materiālus.

Un puse nanosekundes — šis rekords no jauna pārsniegts!

Atkal strupceļš

Vēl desmit reižu īsākus impulsus ieguva amerikāņu- zinātnieks M. Di Domeniko ar līdzstrādniekiem. Viņi periodiski vadīja zudumus lāzerā ar toreiz pavisam jaunu materiālu — itrija—alumīnija granāta kristālu. Taču tālāk nekas neiznāca. Taisnais ceļš šoreiz beidzās ar strupceļu. Izeju no tā varēja dot tikai jauna doma vai neveiksmju cēloņa rūpīga izpēte.

Arī nākamo lēcienu izdarīja amerikāņu fiziķis A. de Marija ar līdzstrādniekiem. Lēcienu, kuru varēja izmērīt ar tūkstošiem veiksmju vienību, nevis desmitiem vai simtiem, kā tas ir kustībā pa tradicionālo ceļu. De Marijam drīz sekoja Basova un Prohorova grupa. Tagad jaunais pikosekunžu impulsu avots tika plaši izmantots, kļuva par šās sfēras zinātnieku dzīves neatņemamu sastāvdaļu, nepieciešamību.

De Marijas pirmajā eksperimentā viss šķita ļoti vienkārši. Varētu teikt, ka viņš neizdarīja neko jaunu, tikai sīkāk izpētīja to, ko agrāk bija ieguvis pats un ieguvuši citi. Ieguvuši, nezinādami, kas atrodas viņu rokās.

De Marija un viņa līdzstrādnieki izmantoja lāzera labuma vadībai piesātinošu absorbētāju. To pašu darīja arī citi. Viss bija ļoti vienkārši. Lāzera rezonatorā tika ievietots šaurs trauciņš, piepildīts ar speciālas krāsvielas šķīdumu. No jebkura prātīga cilvēka viedokļa šī krāsviela bija slikta. Parastām vajadzībām tā nekur nederēja, jo gaismas iedarbībā ātri zaudēja krāsu, kļuva caurspīdīga. Bet nezin kādēļ tieši tādu krāsvielu fiziķi izlūdzās no ķīmiķiem.

Trauciņš ar krāsvielu aizklāja vienu no rezonatora spoguļiem. Kaut arī zibspuldze uzpumpēja aktīvo vielu, ģenerācija nevarēja sākties, jo aizklātā spoguļa dēļ nebija atgriezeniskās saites, kas nepieciešama ģenerācijai. Bet atbilstoši ierosināšanas līmeņa paaugstināšanai aktīvais stienītis sāka spīdēt arvien spilgtāk un spilgtāk. Tā spēja pastiprināt kļuva tik liela, ka gar tā asi lidojošie fotoni spēja aizraut sev līdzi simtiem tādu pašu fotonu. Beigu beigās to kļuva tik daudz, ka to iedarbībā krāsviela sāka zaudēt krāsu. Un daļa fotonu traucās uz otru spoguli un pēc tam atpakaļ. Tā radās atgriezeniskā saite, kas noveda pie ģenerācijas, pie lavīnveidīga gar rezonatora asi lidojošu fotonu pieauguma. No lāzera noteiktā brīdī izlidoja milzīgs starojuma impulss. Tajā it kā koncentrējās visa tā fotonu enerģija, kura bija uzkrājusies līdz krāsvielas izbalē- šanai un iespējai fotonu lavīnai nokļūt līdz spogulim. 1966. gadā tas nebija jaunums. Bet tikai de Marija un viņa līdzstrādnieki atklāja, ka atšķirībā no gigantiskajiem impulsiem, kurus iegūst ar rotējošas prizmas vai elektrooptiska slēdža palīdzību, jaunais impulss sastāvēja no apbrīnojami īsu impulsu regulāras secības.

Mērījumi parādīja, ka šie impulsi rodas tieši pēc intervāliem, kādi gaismai vajadzīgi, lai aizietu no puscaur- laidīga spoguļa caur aktīvo vielu pie aizklātā spoguļa un atpakaļ. Katra tā ilgums bija dažas pikosekundes, dažas vienības, reizinātas ar 10~12 sekundēm! Visiem bija skaidrs, ka šajos eksperimentos atklātā parādība rodas tādēļ, ka atsevišķi svārstību tipi, kuru starojums piedalās krāsvielas izbalināšanā, kā izrādās, ir savstarpēji saistīti. Tas ir tādēļ, ka tie mijiedarbojas ar krāsvielu. Tā ir pašfāzēšana, — šo parādību konstatē fiziķi, — un tā atšķiras no inducētās fāzēšanas, kas rodas rezonatora zudumu periodiskas maiņas rezultātā, ko agrāk izmantoja īsu impulsu iegūšanai.

De Mariju sarūgtināja vienīgi tas, ka viņa iegūtajiem impulsiem bija maza enerģija. Un tomēr, par spīti katra atsevišķa impulsa mazajai enerģijai, de Marijas eksperimentā tā bija tikai simtās vai pat tūkstošās daļas no džoula, mazais ilgums nodrošināja milzīgas acumirklīgas jaudas, kas sasniedza miljardus vatu.

Laizdams šos impulsus caur lāzera pastiprinātāju, de Marija vēl vairāk palielināja to jaudu. Bet Basovs ar līdzstrādniekiem drīz ar šo pašu paņēmienu sasniedza rekordu — tūkstoš kilovatu jaudu. Kāds vispārinā

jumu cienītājs secināja, ka pēc lāzeru radīšanas 1960. gadā to ģenerēto gaismas impulsu jauda katru gadu pieaugusi apmēram par desmit reizēm! Cik ilgi turpināsies šis pieaugums?

Teorētiķa iejaukšanās

Lāzers, kas dod ultraīsus superjaudas gaismas impulsus, šis modernās Jizikas fenomens kļuva par daudzu laboratoriju sīku eksperimentālu un teorētisku pētījumu objektu. Tas bija noslēpums gan no teorētiskā viedokļa, gan no to iespējamību viedokļa, kuras slēpās ai/turetaja spēkā, kas tika izgrūsts negaidīti kā dzeļošas odzes inde.

Pēc tam, kad de Marija atklāja pikosekundes impulsu veidošanās parādību un noskaidroja galvenās līnijas, divu gadu laikā pamazām izveidojās un kļuva vispārpieņemts ļoti uzskatāms redzes viedoklis par šo impulsu veidošanās procesu.

Tika uzskatīts, ka lāzera vairāku vienkāršu tipu svārstību mijiedarbības rezultātā, piedaloties izbalojo- šai krāsvielai, veidojas gaismas impulss, kura ilgums ir dažas nanosekundes. Tāds process bija labi izpētīts zudumu periodjskas maiņas gadījumā, ar kuru mēs jau iepazināmies. Šķita skaidrs, ka tālāka šā impulsa saspiešana līdz pikosekundes ilgumam notiek, impulsam daudzas reizes izejot cauri krāsvielai.

Tomēr šis vienkāršais un uzskatāmais redzes viedoklis sadūrās ar vairākām grūtībām. Ļetohovs ar rūpīgiem aprēķiniem pierādīja, ka vispārpieņemtais redzes viedoklis attiecībā uz nanosekundes impulsu saspiešanu ir apšaubāms. Tādā ceļā tā ilgums var saīsināties tikai 10—20 reizes, nevis tūkstoš reizes, kā tas tiek novērots īstenībā. Ja vispāratzītais mehānisms nav spējīgs pārvērst nanosekunžu impulsus pikosekunžu impulsos, jāpēta tālāk. Vēlreiz jāizanalizē visas eksperimenta detaļas, it īpaši tās, kuras neietilpa vispārpieņemtajā teorijā, bet atstāj iespaidu uz rezultātu.

Teorētiķis, kurš aktīvi piedalās eksperimentos, kas saistīti ar viņa teoriju, — laboratorijai tā ir liela veiksme. Tas, ko daudzi eksperimentētāji uzskata kā pašu par sevi saprotamu, kas nav pelnījis uzmanību, kur nu

vēl pieminēšanu referātā vai rakstā, tas Ļetohovā izraisa īpašu interesi. Viņam rodas kārtējais minējums, kārtējais jautājums. Jautājums, kurš nevar rasties visģeniālākajam teorētiķim, ja viņš spriež par eksperimentu tikai pēc publikācijām, kurās vietas trūkuma dēļ daudzi sīkumi nav minēti.

Eksperimentētāji zināja, ka jebkurš lieks šķērslis, kas atstaro gaismu rezonatorā tā ass virzienā, pasliktina pikosekunžu impulsu veidošanās nosacījumus. Zināja — un novērsa visu, kas varētu tos traucēt. Bet nepadomāja, kāpēc kaitīga tieši atstarošana, nevis gaismas absorbcija, nevis enerģijas zudumi. Tā rīkojās daudzi. Un ne jau nezināšanas dēļ. Nē, visi viņu spēki virzīti mērķa sasniegšanai. Tādēļ viņi spēj pārvarēt jebkurus šķēršļus. Viņiem vienkārši nav laika atrauties no kārtējā uzdevuma risināšanas, no dabas kārtējā untumaini apslēptā brīnuma izzināšanas. Un kāda viņiem daļa, ja lieka atstarojoša virsma rezonatorā kopā ar tā spoguļiem veido optisku filtru, kas pārtrauc un apslāpē daudzus vienkāršākos svārstību tipus, izslēdz tos no spēles. Bet tie ir vajadzīgi pikosekunžu impulsu veidošanai! Un ne jau savu iegribu dēļ eksperimentētāji cīnās ar liekiem atstarojumiem. Barga nepieciešamība liek viņiem novērst visu, kas var būt kā filtrs, kurš samazina svārstību tipu skaitu, kuri vienlaicīgi piedalās lāzera darbā. Kāda tad ir to nozīme?

Tātad vai eksperimentētāji, kas cīnās ar atstarojumiem, nepalaiž garām kaut ko ļoti būtisku? Varbūt viņi kā Moljēra varonis nezina, ka runā prozā?

Jāgriežas atpakaļ. Jāsāk no paša sākuma. No jauna jāpārdomā lāzera ģenerācijas process. Tajā viss ir ļoti vienkāršs. Uzpumpēšanas lampas uzliesmojums ierosina aktīvo vielu. Rezonatora daudzie svārstību tipi neatkarīgi nodrošina atgriezeniskās saites atbilstošu kanālu savienošanu. Un rezonatorā rodas daudzi neatkarīgi lāzeri, no kuriem ikviens gan uzliesmodams, gan nodzisdams izstaro savus gaismas zibšņus, kas haotiski veido to, ko mēs uztveram kā lāzera impulsu.

Haoss … Tas nav pakļauts ne Ņūtona mehānikai, ne Maksvela vienādojumiem, ne relativitātes teorijai. Kā to izprast? Kā savaldīt, pakļaut? Tomēr arī ar to var tikt galā. Statistika. Tā palīdz izprast ekonomikas neprātu. Virza biologu darbu. Fiziķu pakalpojumiem tā nodod savu auklējumu — statistisko fiziku. To tad arī aicināja palīgā Ļetohovs.

Un tādi ir rezultāti.

Daudzu vienkāršāko svārstību tipu nejaušas super- pozīcijas dēļ lāzerā rodas īsi starojuma šļaksti ar nejaušu ilgumu un nejaušām amplitūdām. Ja šeit piedalās desmit divdesmit vienkāršāku svārstību tipu, šļaksti nevar būt īsāki par dažām nanosekundēm. Bet, kad nejaušību spēlē piedalās simtiem svārstību, var rasties pikosekundes impulsi. Turklāt to amplitūdas būs ievērojami lielākas.

Tas arī ir noslēpuma atrisinājums! Rūpīgi novēršot visus atstarojumus, izmantojot labus aktīvos elementus, var nodrošināt simtiem svārstību tipu rašanos. Gadījuma dēļ to veidotie pikosekunžu impulsi ātrāk par citiem izlauzīs ceļu cauri traukam ar krāsvielu, izraisīs ģenerācijas lavīnu un, pamazām pastiprinoties un saīsinoties, reizi no reizes pārskries pa rezonatoru, izšļakstoties caur puscaurspīdīgo spoguli superīsu impulsu regulāras ķēdes veidā.

Speciāli izdarītais eksperiments ZA Fizikas institūtā, piedaloties Basovam un Ļetohovam, apstiprināja, ka superīsie impulsi patiesi rodas pirms krāsvielas izbalē- šanas, bet pēc tam notiek to papildu saspiešana un pastiprināšana.

Sis darbs saviļņoja kā teorētiķus, tā eksperimentētājus. Sākās eksperimenta atkārtošana, rezultātu precizēšana.

Plāni

Drīz vien Dž. Fleks jaunākais ar tiešiem skaitliskiem aprēķiniem apstiprināja ultraīso impulsu ģenerācijas statistisko mehānismu. Šķiet, viss. Vēl viena uzvara. Laiks pielikt punktu un pāriet pie citas tēmas. Taču vēl nav pienācis laiks. Basovs, Ļetohovs un viņu līdzstrādnieki grib iegūt visu iespējamo no superīso impulsu veidošanās noslēpuma atrisinājuma. Viņi pamanīja divas jaunas iespējas.

Pirmā. Tā pamatojas uz ļoti vienkāršu apsvērumu. Lāzers, kurš ģenerē pikosekunžu impulsus, izmantojot krāsu zaudējošu krāsvielu, pilnīgi nepakļaujas cilvēkam. Patiešām, krāsas zaudēšanas mirklis iestājas nejauši nevadāmu procesu sarežģītu kombināciju rezultātā. Viss atkarīgs no tā, kā attīstās elektriskā izlāde zibspuldzē, kā uzkrājas enerģija aktīvajā elementā, kā savstarpēji summējas daudzi svārstību tipi, beigu beigās, kā noris krāsvielas krāsas izbalēšanas process.

Jāpakļauj galvenie procesa etapi. Jālikvidē nejaušības ietekme. Lai krāsvielas šķīdums ir tik koncentrēts, ka visintensīvākais impulss, kas nejauši rodas aktīvajā elementā, nevarētu to izbalināt. Tad, kaut arī uzpumpēšanas lampa darbosies, ģenerācija nesāksies.

Tas ir tikai pirmais solis. Tagad uzpumpēšanas lampas uzliesmojuma brīdī virzīsim aktīvajā vielā īsu impulsu no palīglāzera, kas ir pietiekami intensīvs, lai izbalinātu krāsvielu. Impulss pavērs ceļu fotonu lavīnai, un tā, iedama caur aktīvo vielu, atbrīvo visu tajā uzkrāto enerģiju, pārvēršot to vairāku superīsu lielas jaudas impulsu virknē.

Basovs un viņa līdzstrādnieki izveidoja tādu lāzeru. Tas sastāvēja no divām daļām — no lāzera, kas deva pikosekunžu impulsus ar 10~3 līdz 10-2 džoulu enerģiju, un slēdža, kas laida ierīces otrajā daļā tikai vienu no šiem impulsiem. Otrā daļa būtībā bija skrejviļņa lāzera pastiprinātājs. Tā aktīvais elements atradās no trim spoguļiem veidota trijstūra vienā pusē. Blakus tam atradās arī trauciņš ar krāsvielas šķīdumu, kas bija pietiekoši koncentrēts, lai nekādā ziņā netiktu pieļauta pastiprinātas kaskādes pašierosme.

Bet, tiklīdz superīsais impulss, nācis no ierīces pirmās daļas, izbalināja krāsvielu, šis mazjaudas impulss piecas sešas reizes apskrēja no spoguļiem veidoto trijstūri un izsūknēja visu aktīvajā elementā uzkrāto enerģiju. Mērījumi rādīja, ka tādā veidā iegūto piecu vai sešu superīso impulsu virknes pilnā enerģija ir 18 džouli. Bet impulsa enerģijas lielums palielinājās vairāku simtu reižu!

Izrādījās, ka tā ir sava laika rekordierīce. Taču institūta fiziķiem ir rezervē vēl nerealizētas iespējas.

3. nodaļa PRET STRAUMI

Kas notiks, ja ..«

Ieradums … Kas gan pasaulē var būt stiprāks par ieraduma spēku? Tomēr, iespējams, ka tā ir uzticēšanās autoritātei. Ne velti tik daudz aplamību gadsimtiem ilgi uzskatīja par patiesību vienīgi tāpēc, ka tās bija Aristoteļa domas.

Gadsimtiem ilgi gaismas staru uzskatīja par taisnuma simbolu. Un bija vajadzīga Frenela drosme, viņa pārliecība par matemātikas visvarenību, lai atzītu, ka gaisma spēj apiet šķērsli. Tomēr visgudrākie no gudrajiem — Franču zinātņu akadēmijas locekļi — viņam neticēja. Un izvirzīja acīm redzamus atspēkojumus, kas balstījās uz gadsimtiem ilgu pieredzi.

No Frenela formulas izrietēja, ka tumsa aiz necaurspīdīga ekrāna neiestājas uzreiz. It kā pieņemdamās spēkā, tā sākas smalkām joslām, kas kopē ekrāna kontūras un mijas ar gaismas līnijām, kuras kļūst arvien vājākas. Visiem bija skaidrs, ka tāds skaidrojums ir pretrunā ar acīm redzamiem faktiem. Turklāt šis nežēlastībā kritušais inženieris, kas bija padzīts no darba Napoleona «Simt dienu» valdīšanas laikā, šis fiziķis autodidakts, faktiski pareģoja, ka aiz cauruma necaurspīdīgā ekrānā gaismai ar tumsu jāmijas. Neko tamlīdzīgu neviens nekad nebija redzējis, un visi bija pārliecināti, ka tas nav iespējams.

Visu izšķīra eksperiments, kas tolaik zinātnē jau bija autoritatīvi nostiprinājies. Nevis bezpersonisks «mūžsens» eksperiments bez nosaukuma, bet mēģinājums, ko speciāli bija veicis Frenels kopā ar franču fiziķi Argo. Vienkāršs, pārskatāms un katram pieejams mēģinājums, vismaz katram universitātes studentam. Gan vienkāršais eksperiments, gan Frenela viļņu teorija iegāja zinātnes zelta fondā. Daudzu paaudžu zinātnieku darbi tos tikai papildināja, nevis apgāza. Kā redzams, temperaments vairāk nekā jebkura cita īpašība nosaka, vai cilvēks attīstīs, papildinās un precizēs citu zinātnieku darba rezultātus, vai arī pats izvirzīs un aizstāvēs jaunas — savas idejas.

Gurgens Askarjans vēl lāgā nebija paguvis aklima- tizēties PSRS Zinātņu akadēmijas Ļebedeva Fizikas institūtā, kad viņa jaunie draugi saprata — šis nebūs no tiem, kas samierināsies ar citu zinātnieku domas attīstīšanu un precizēšanu vien. Viņam neradās jautājums «Kas notiks, ja …», kad konkrētā gadījumā precīzāks būtu jautājums «kāpēc?». Bet pareizi formulēts jautājums — tā jau ir puse no atbildes. Un Askarjans nelikās mierā, kamēr nebija atradis atbildes otru pusi.

Starp neskaitāmajiem jautājumiem, kuri Askarjanam nedeva mieru (uz daudziem viņam izdevās rast atbildi), uz mūsu stāstījumu attiecas šāds: kas notiks, ja lāzera stars nokļūs caurspīdīgā vidē? Vides īpašības nav svarīgas, galvenais ir caurspīdība. Enerģijas zuduma nedrīkst būt. Tas tikai padarītu neskaidru jautājumu, kas bija radies jau akadēmiķim Vavilovam: kā viela ietekmē gaismu, ja gaismas jauda ir liela?

Pārdomas, apcere … Dažādu šķietami nesalīdzināmu faktu salīdzināšana … Ātrumā uzmestas un svītrotas formulas … Bezcerīgums un jaunas cerības … Un pēkšņi apskaidrība … Vienmēr pēkšņi. Slēdziens, kas iznīcina visus iebildumus.

Šoreiz atbilde skanēja tā: pamatojoties uz Frenela neapstrīdamo teoriju, patiesībā vajadzētu pastāvēt daudzām caurspīdīgām vielām, kurās lāzera stars neiz- kliedējas.

Nē, Askarjans nemaz nedomāja apgāzt Frenela teoriju. Viņš pat nešaubījās par to. Zinātnieks saprata, ka mūsu — lāzera gadsimtā ir mainījušies apstākļi. Uz skatuves parādījušies jauni spēki, kas Frenelam bija pilnīgi nepazīstami. Spēki, kas tajos laikos tika uzskatīti par maznozīmīgiem, mūsu dienās izvirzījušies priekšplānā.

Sen aizmirstībā tītais astronoms Snēliuss formulēja gaismas laušanas likumu. Pārejot robežu starp divām caurspīdīgām vidēm, krītošs stars lūst, un šinī vietā sākas lauzts stars. Pašā sākumā zinātniekiem bija pazīstami tikai tādi gadījumi, kur gaisma pāriet no gaisa citā caurspīdīgā vidē vai otrādi — no caurspīdīgas vides gaisā. Tādos gadījumos leņķi starp krītošo un lauzto staru noteica vienīgi vides īpašības. Pareizāk sakot, tikai viens tās parametrs, ko sauc par laušanas koeficientu.

Slavenais Maksvels šo lielumu uzskatīja par vienu no. svarīgākajiem nemainīgajiem lielumiem un ieveda to savos populārajos vienādojumos. Tomēr jau tajā laikā bija zināms, ka laušanas koeficients nav nemainīgs lielums vārda pilnā nozīmē. Katrai vielai tas ir nemainīgs tikai noteiktos ārējos apstākļos. Tas mainās elektriskā un magnētiskā lauka iedarbībā, kā arī mainot temperatūru un spiedienu. To zināja visi, kas daudzmaz bija mācījušies optiku. Kādreiz zinātnieki, kas interesējās par optiku, prata pietiekami labi izskaidrot laušanas koeficienta atkarību no ārējiem apstākļiem.

Pretī nezināmajam

Askarjans zināja, ka lāzeri pavēruši ceļu tādā zinātņu sfērā, kurā vēl neviens nebija darbojies, izņemot Vavilovu un viņa skolniekus, — nelineārās optikas nozarē. Un arī viņi bija nokļuvuši tikai līdz slieksnim — pierādījuši vienīgi šās nozares eksistenci. Sajā neizpētītajā novadā «pastāvīgais» lielums mainās, pat pastāvot absolūti nemainīgiem ārējiem apstākļiem. Tie ir atkarīgi no pašas gaismas jaudas un asi reaģē uz tās maiņu.

Tiesa, Vavilova dzīves laikā gaismas avoti bija tik vāji, mazjaudīgi, ka viņam vajadzēja likt lietā visu savu māku, lai nodemonstrētu minēto procesu pastāvēšanā.

Taču tagad stāvoklis bija būtiski mainījies. Lāzera stara jauda iespējama tik liela, ka no tā ir jābūt atkarīgam laušanas koeficientam. Bet, ja tas ir tā, tad noteiktos apstākļos lāzera staram jāizliec pašam sevi!

«Pirmām kārtām tam vajadzētu izpausties novirzē no Frenela gaismas izplatīšanās likumiem,» domāja Askarjans.

No Frenela likumiem izriet, ka optikā daudz kas šķietami vienkāršs ir nesasniedzams. Tā, piemēram, neviens nekad nevarēs iegūt pilnīgi paralēlu gaismas staru kūli, ar šauru spraugu izgriežot vidu gandrīz paralēlam kūlim. Ja sākotnējais staru kūlis plūst no platas spraugas, tad grūti noteikt, vai tas ir paralēls vai ne. Bet, ja sprauga, ar kuru izgriež tievu staru, ir pietiekami maza, tad nav nemaz tik grūti noteikt, ka caur to ejošais stars nav paralēls. Pietiek atiet no spraugas pietiekami tālu.

īsta zinātne necieš tādus nenoteiktus jēdzienus kā «pietiekami». Sajā gadījumā, protams, ir pilnīgi noteikts attālums, no kura bez grūtībām var atklāt gaismas izkliedi šķērsām kūlim. Sim attālumam ir pat īpašs nosaukums — difrakcijas garums. Ja spraugu palielina divas reizes, tas pieaug četras reizes.

Gaismas staru kūļa difrakcijas izkliede nav atkarīga no vielas īpašībām. Vakuumā tā ir tāda pati kā jebkurā caurspīdīgā vidē. Un tā nav atkarīga no gaismas intensitātes. Jebkuras jaudas lāzera stars pakļauts Frenela likumiem tāpat kā tālo zvaigžņu gaisma. Askar- jana idejas būtība ir šāda: spēcīgo lāzera staru iedarbībā dažās vielās ir jārodas jauniem procesiem, kas spēj pārvarēt gaismas staru kūļa paplašināšanos difrakcijas rezultātā. Tādās vielās spēcīgajiem gaismas staru kūļiem jāizplatās neizplešoties, bet ļoti spēcīgiem kūļiem pat jāsašaurinās!

Jebkurš process, kas noved pie vielas laušanas koeficienta palielināšanās, atkarībā no gaismas intensitātes galu galā var likvidēt gaismas kūļa enerģijas zudumus, ko izraisa difrakcija.

Pirms apmēram simt gadiem skotu zinātnieks Džons Kerrs atklāja parādību, kuru gribēja atrast jau lielais Lomonosovs. Kādā no savām programmām Lomono- sovs rakstīja: «Ir jāizdara mēģinājums, lai noskaidrotu, vai gaismas stars elektrizētā stiklā un ūdenī lūzīs vienādi.» To pašu bez panākumiem mēģināja sasniegt eksperimentu ģēnijs Faradejs.

Kerrs konstatēja, ka gaismas laušana stiklā radikāli mainās, ja to novieto starp tāda kondensatora platēm, kas uzlādēts līdz augstspriegumam. Un var iedomāties zinātnieka prieku, kurš atklāja to, pēc kā nesekmīgi bija centušies viņa dižie priekšgājēji. Šaurs gaismas stars, kas plūst caur stiklu, ieslēdzot elektrisko spriegumu, pēkšņi sadalās divos staros, kas zem leņķa attālinās viens no otra. Izslēdzot spriegumu, šis efekts izzūd. Jā, elektriskajā laukā stikls «uzvedās» citādi nekā parasti. Elektriskais lauks padarīja stiklu līdzīgu Islandes špatam, kristālam, kurā Kopenhāgenas profesors Erasms Bartolins jau 1670. gadā atklāja gaismas staru sašķelšanos — dubultlaušanu.

Toreiz to uztvēra gandrīz kā triku. Vēlāk šo parādību novēroja daudzos kristālos. Pēc tam izrādījās, ka to var izraisīt mākslīgi arī tajos kristālos, kur parastos apstākļos tas nav novērojams, un pat stiklā. Sinī nolūkā pietiek tos saspiest vai nevienmērīgi sasildīt. Un tā elektriskā lauka iedarbes rezultātā Kerram izdevās izraisīt staru dubultlaušanu.

Bet, kā zināms, īsts zinātnieks allaž ir paškritisks. Starp citu, šī īpašība raksturīga jebkuram īstam cilvēkam neatkarīgi no viņa specialitātes. Kerrs zināja, ka staru dubultlaušanu stiklā, iespējams, var izsaukt elek- trostrikcija — ķermeņu deformācija ārējā elektriskā lauka ietekmē. Tāda deformācija, tāpat kā vienkārša saspiešana, padara stikla īpašības atkarīgas no virziena. Tātad vēl vajadzēja pārliecināties, vai tiešām atklāta jauna parādība — staru dubultlaušana tiešā elektriskā lauka iedarbības rezultātā jeb vai procesā piedalās elekļrostrikcija.

Taču Kerrs zināja arī ko citu. Elektrostrikcija nespēj izsaukt staru dubultlaušanu šķidrumos. Tātad mēģinājums jāatkārto šķidrumā. Un Kerrs atrada šķidrumus, kuros šis jaunais efekts novērojams, — elektrooptis- kais efekts, kas Iegājis zinātnē ar nosaukumu Ķerra efekts. Vēlāk Kerrs atklāja, ka staru dubultlaušanas parādību dažās vielās var izsaukt ar magnētisko lauku, taču tas vairs neietilpst mūsu tematā.

Mums ir svarīgi, ja zinām, ka elektrooptiskais efekts nerada staru dubultlaušanu. Elektriskais lauks, ne tikai nemainīgais (kā Ķerra eksperimentos), bet arī laikā mainīgais, to skaitā gaismas viļņa elektriskais lauks, noved pie caurspīdīgu ķermeņu laušanas koeficienta maiņas. Turklāt laušanas koeficients palielinās, pieaugot gaismas intensitātei. Tas ir viens no procesiem, kas saskaņā ar Askarjana ideju spēj kompensēt gaismas kūļu paplašināšanos difrakcijas dēļ.

Vēsture un ģeogrāfija

Par saviem apsvērumiem Askarjans pastāstīja kvantu elektronikas seminārā, kas notika Zinātņu akadēmijas Fizikas institūtā un kurā piedalījās vairākums Maskavas, kā arī citu pilsētu speciālistu, bet pēc tam savu eksperimentu rezultātus publicēja visā pasaulē pazīstamajā «Eksperimentālās un Teorētiskās Fizikas Žurnālā».

Sai nelielajai publikācijai ir bagāts saturs un jauni fakti, kas allaž raksturīgs Askarjanam. Tajā pierādīts, ka minētajai parādībai ir ne vien teorētiska, izziņas nozīme, bet arī praktiska, ļoti svarīga un perspektīva nozīme. Pēc Askarjana domām, intensīva elektromagnētiska stara lauka transversālo neviendabīgumu pēc vajadzības var izmantot elektronu un atomu pievilkšanai pie kūļa ass vai arī to izgrūšanai ārā un tādā veidā izsaukt gāzes retināšanu vai saspiešanu. Gāzē iespējams radīt kanālu elektronu vai plazmas caurplūdei vai arī «korķi» atvērumā, kas savieno traukus ar dažādiem gāzes spiedieniem. Tāpat to var izmantot plazmas sakarsēšanai un tās transportam, radīt plazmas plūsmas vadus. Un bez tam to, protams, var lietot viļņvadu radīšanai, kā arī pašfokusēšanai.

Speciālistiem, kuru darbības lauks bija daudz sarežģītākās plazmas fizikas sfēras, šī doma izskanēja apmēram tā, kā vienkāršajam mirstīgajam ziņa: tagad pa jūru var staigāt kā pa sauszemi.

1963. gadā N. Pilipeekis un A. Rustamovs nelielā brošūrā «Eksperimentālās un teorētiskās fizikas žurnāla vēstules» ziņoja par pirmo jaunās parādības — gaismas staru pašfokusēšanas eksperimentālo novērojumu. Viņu mēģinājumos fotoplatē bija reģistrēti tievi, spīdoši pavedieni šķidrumos, cauri kuriem gāja iepriekš fokusēts rubīna lāzera stars. Mūsdienās pašfokusēšanas efekts parādās vairākumā eksperimentu, kur caur šķidrumu tiek laisti milzīgi lāzeru gaismas impulsi. So pašu efektu var novērot arī gāzēs un cietās vielās.

Jauno efektu vajadzēja analizēt arī teorētiski. To pirmais izdarīja jaunais Gorkijas fiziķis V. Talanovs (tagad profesors). Viņš aprēķināja šķērsgriezumu gaismas kūlim, kas Ķerra efekta augstfrekvences ietekmē pats kanalizējas.

Talanovs pieder pie ievērojamās padomju fiziķu skolas trešās paaudzes; šās skolas pamatlicēji ir akadēmiķi Mandelštams un Papaleksi. Minētās skolas pārstāvji sarakstījuši ievērojamus darbus un veikuši lielus atklājumus nelineāro svārstību teorijā, radiofizikā, optikā un daudzās citās zinātnes nozarēs. Pie šās skolas otrās paaudzes pieder tādi slaveni zinātnieki kā akadēmiķi A. Andronovs un M. Leontovičs. Trešā paaudze var lepoties ar akadēmiķiem A. Gaponovu, V. Ginzburgu, kā ari ar kvantu elektronikas radītājiem akadēmiķiem A. Prohorovu un N. Basovu, kurš savu zinātnisko darbību sāka A. Prohorova vadībā, bet pirms tam bija akadēmiķa I. Tamma — Mandelštama līdzstrādnieka skolnieks.

Lai lasītājs man piedod šo ekskursu zinātnes ģenealoģijā. Tā šeit nemaz nav lieka.

Tagad uz mirkli pāriesim pie vēstures un atcerēsimies ģeogrāfiju.

Pirmās piecgades laikā mūsu tauta sāka cīņu par lielo zinātni. Paplašināja vecos un izveidoja jaunus zinātnes centrus. Viens no tiem tika izveidots pie Volgas, senajā rūpniecības pilsētā Gorkijā. Tur sāka strādāt ievērojami Mandelštama skolas zinātnieki. Pie tiem pieder jaunie talantīgie fiziķi A. Andronovs, G. Gore- liks, M. Grekova un citi. Viņi turpināja šās skolas tradīcijas, bagātinot tās ar savu ieguldījumu. Un savukārt izaudzināja jaunu fiziķu paaudzi. Pie tiem pieder arī Talanovs.

Pirms Talanovs sāka nodarboties ar gaismas kūja paškanalizēšanās teoriju, viņš deva būtisku ieguldījumu nelineāro svārstību, kā ari elektromagnētisko viļņu izplatīšanās teorijā. Elektromagnētisko viļņu paškanalizēšanās ir viens no tipiskākajiem piemēriem, kā ar nelinearitāti nosaka būtiskākas parādības. Sajā jomā Talanovs bija bruņojies ar zināšanām un pieredzi. Viņa teorija izskaidroja intensīva elektromagnētisko viļņu kūļa izplatīšanos plazmā. Taču tajā pilnīgi saglabājās pamataina — vijņveida kanāla veidošanās jebkurā vidē, kur kanālu uztur paša lauka iedarbība. Pēc tam viņš izstrādāja šās parādības vispārīgu teoriju un ieguva virkni jaunu, nozīmīgu rezultātu. Taču par tiem parunāsim vēlāk. Tagad mums jāšķērso okeāns.

Tajā pašā gadā, kad nāca klajā Talanova darbs, žurnālā «Vēstules Fizikas Pārskatiem», kas drukāja tikai tos rakstus, kurus gan autors, gan redaktors uzskatīja par steidzīgiem, parādījās R. Cao, E. Harmaira un Č. Taunsa raksts «Optiskā māzera stara pašfokusē- šana». Amerikāņu fiziķis Taunss, viens no kvantu elektronikas un māzera radītājiem, nelieto vārdu «lāzers», dodot priekšroku savienojumam «optiskais māzers». Mēs neiedziļināsimies terminoloģiskos strīdos. Man, tāpat kā citām nekompetentām personām, šķiet, ka tiem nav lielas nozīmes. Jo lāzers un optiskais māzers nozīmē pilnīgi vienu un to pašu. Iespējams, te runa varētu būt par goda jautājumu vai kādiem citiem dziļākiem motīviem.

Raksts sākās ar šādiem vārdiem: «Mēs iztirzāsim apstākļus, kādos elektromagnētiskais stars rada sev dielektrisku viļņvadu un izplatās, neapliecoties ap šķēršļiem.» Autoriem nebija pazīstams Askarjana darbs, bet vēlāk, uzzinājuši par to, viņi atzina Askarjana prioritāti. Atšķirībā no Talanova, kas savā pirmajā darbā apskatīja tikai elektromagnētiskā viļņa kustību plakanā kanālā, viņi aprēķināja cilindrisku kanālu, kāds parasti rodas mēģinājumos ar lāzeriem. Viņu nelielais raksts dziļi un skaidri iztirzā fizikālo būtību diviem procesiem, kuri spēj izraisīt gaismas pašfokusēšanu un kanalizēšanu — elektrostrikciju un Ķerra efektu.

Taunsam un viņa līdzstrādniekiem izdevās aprēķināt, ar kādu jaudu un kādos apstākļos stara paplašināšanās difrakcijas dēļ tiks apturēta un tas būs iesprostots kanālā. Tiesa, kritiskās jaudas nozīme tika aprēķināta, tikai ievērojot elektrostrikciju. Būtisks trūkums izrādījās arī tas, ka matemātiskie aprēķini attiecās tikai uz tādu stāvokli, kad stars jau bija kanālā. Ar matemātiska aprēķina palīdzību nevarēja noskaidrot, kā tas notiek un vai satveršanas process vispār iespējams.

Taunsa un viņa līdzstrādnieku raksts bija par pamatu daudziem jauniem izmēģinājumiem. P. Ķelli acīmredzot bija pirmais, kas aplūkoja sākotnēji paralēla gaismas staru kūļa savienošanos un noteica, kādā attālumā pēc gaismas ieplūšanas nelineārā vidē notiek paš- fokusēšana. Interesanti, ka, atsaucoties uz saviem priekšgājējiem, Ķelli tos min šādā secībā: Askarjans, Talanovs, Taunss ar līdzstrādniekiem.

Galvenos rezultātus Ķelli ieguva ar skaitlisku aprēķinu palīdzību. Drīz vien Talanovs un pēc tam Maskavas Valsts universitātes līdzstrādnieki S. Ahmanovs, A. Suhorukovs un R. Hohlovs publicēja tā paša uzdevuma analītisko risinājumu. Tomēr tuvinātās metodes, kuras vajadzēja izmantot šā visai sarežģītā uzdevuma risināšanai, zaudēja spēku savienošanās punkta tuvumā. Ķelli skaitliskais risinājums arī nekā neizteica par to, kas notiek ar staru kūli savienošanās punkta tuvumā un aiz tā. Domas, ko šai sakarā izteicis Ķelli un arī Talanovs, ir šādas: lāzera stars aiz savienošanās punkta pāriet ļoti tievā un ārkārtīgi intensīvā gaismas pavedienā. To pašu rakstīja arī Taunss un citi. Tikai Hohlovs un viņa biedri no Maskavas Valsts universitātes pie|āva, ka aiz savienošanās punkta, iespējams, veidojas ļoti sarežģīts, savdabīgs, šaurs gaismas vads, līdzīgs pavedieniem ar periodiski mainošos šķērsgriezumu.

Turpmākie teorētiskie pētījumi izrietēja no pieņēmuma, ka aiz savienošanās punkta rodas gaismas izplatīšanās viļņvada režīms. Visi šie darbi bija veltīti atsevišķu detaļu precizēšanai, matemātiskā izklāsta precizitātes paaugstināšanai un aprēķinu precizēšanai.

Visi, pilnīgi visi to gadu eksperimentālie darbi apstiprināja teorijas paredzējumus. Tajos apstiprinājās pieņēmums, ka aiz savienošanās punkta novērojama gaismas viļņvada izplatīšanās ļoti smalku pavedienu veidā. Eksperimentētāji sacentās vismazāko sīkumu precizēšanā, pētīja atsevišķus konkrētus gadījumus, palielināja mērījumu precizitāti.

Visi bija vienisprātis, ka šī kvantu elektronikas nodaļa pamatvilcienos ir pabeigta. Tika sarakstīti rezumējoši raksti un monogrāfijas. Pētnieku interese pamazām pārgāja uz citām zinātnes sfērām.

Nedrošā vieta

Kā tas bieži mēdz būt, pašapmierinātība un rutīna var izraisīt kataklizmas. Jo pamatīgāk būvēta ir ēka, jo negaidītāka šķiet kataklizma. Taču tā nemaldīgi norāda, ka zem ēkas nav pietiekami droša pamata. Un labi, ja vājā vieta tiek atklāta savlaicīgi. Tad to var likvidēt un turpināt torņa celtniecību un izrotāšanu.

Tomēr nepieciešams, lai ar to nodarbotos nevis arhi- tekts-estēts, bet cilvēks, kas mīl pamatīgumu, stiprumu, kas nejūt riebumu pret grunts drūmo pelēcīgumu un pamatņu ikdienišķību.

Mūsu stāstā, par laimi, tāds cilvēks atradās. Zinātņu akadēmijas Fizikas institūta Svārstību laboratorijas jaunais līdzstrādnieks, Mandelštama skolas ceturtās paaudzes pārstāvis Vladimirs Lugovojs pievērsa uzmanību pašfokusēšanas teorijas vājajai vietai, kas visiem bija zināma. Tajā kā fokusā saplūda visi teorijas varianti. Lielāka daļa autoru saprata tās grūtības, kas rodas, mēģinot precīzi aprakstīt lāzera staru «izturēšanos» savienošanās punkta tuvumā. Viņi saprata… un pat nemēģināja sīkāk izpētīt, kas tur notiek. Vajadzēja iztikt ar aptuvenām teorijām. Bet aptuvenās teorijas runāja katra savu valodu.

No vienām izrietēja, ka, atkarībā no tuvošanās pakāpes šim punktam, stari, kas agrāk izliecās pret asi, pakāpeniski sāka tai tuvoties arvien slīpāk. Pēc citām iznāca, ka šie stari iztaisnojas un ieiet sfērā, kur teorija vairs nav spēkā, jo turpinājumā visiem stariem vajadzētu saplūst savienošanās punktā kā fokusā. Un vēl citas apgalvoja, ka … Taču mēs neiedziļināsimies dažādos teoriju variantos.

Visos gadījumos pilnīgi neskaidrs palika jautājums, kā gaismas stari izturas tur, kur teorētiķi nevar iekļūt. Kas ar tiem notiek tālāk? Vai tur, kur stari konverģē ļoti stipri, difrakcijas paplašināšanās negūst pārsvaru pār nelineāriem procesiem? Vai tur nesāk iezīmēties vēl kādi procesi, kas netika ņemti vērā?

Ja stari pret asi konverģē arvien slīpāk, vai tie vispār konverģē kaut kādā punktā jeb vai plūstoši pāriet šaurā kanālā, kā domāja vairākums? Ja tie iztaisnojoties ietriecas savienošanās punktā kā lēcas fokusā, tad kāpēc aiz fokusa neizkliedējas? Vai varbūt tur tie no jauna izliecas un plūstoši ieiet šaurā kanālā? Vai varbūt aiz fokusa stari tiešām izkliedējas, lai no jauna savāktos nākamajā fokusā?

Eksperimenti, ko pirmo reizi pārliecinoši izdarīja Cao, Harmairs un Taunss, atklāja šauru kanālu,'kura pārveidojās stars, noiedams caur vielu tieši to ceļu, ko tam bija paredzējusi teorija. Nākamie mēģinājumi vairumā gadījumu deva analogus rezultātus. Tiesa gan, bija atsevišķi gadījumi, kad radās tādi kā spīdoša pavediena gabali, uz kuru pamata varēja apstiprināt hipotēzi par kanāliem, kas periodiski sašaurinās.

Ja jaudas bija ārkārtīgi lielas, aina krasi sarežģījās. Viena šaura kanāla vietā tad radās vairāki kanāli, bet reizēm arī daudz pavedienu. Eksperimentētāji izdarīja

ārkārtīgi sarežģītus un precīzus izmēģinājumus. Viņi novēroja to, kas nekad neienāktu pat prātā nevienam no optikas karaļiem — Ņūtonam, Faradejam, Frenelam. Savā laikā viņi nevarēja ne iedomāties, cik dziļš ir gaismas noslēpums.

Taču mūsdienu teorētiķus visi šie eksperimentētāju atklājumi nemulsināja. Nelineārā vidē iespējams daudz kas. Teorija pārliecinoši pierādīja, ka jau fokusēšanas sākuma stadijās izejas kūlis var sadalīties vairākās daļās, kas tiecas dažādos virzienos. Rakstos pavīdēja maģiskais vārds «nestabilitāte». Tiešām — no precīzākajiem vienādojumiem izrietēja, ka ļoti lielas jaudas staru kūlis kļūst nestabils un tiecas sadalīties atsevišķos pavedienos. Varētu likties, viss kārtībā, bet kas īsti notiek ar kūļiem tur, savienošanās punkta tuvumā?

Lugovojs nespēja samierināties ar vispārpieņemto, uz mēģinājuma pamatoto priekšstatu, ka tur, bez šaubām, rodas šaurs kanāls. Viņu neapmierināja šis «bez šaubām», šis postulāts, ko vajadzēja pieņemt zināšanai, tāpat kā Eiklīda ģeometrijā postulātu par paralelitāti.

Vairāk nekā divus gadu tūkstošus uz šā postulāta balstījās ģeometrija un pēc tam arī fizika, balstījās tik ilgi, kamēr nebija atradušies cilvēki, kas atteicās ticēt šim postulātam. Kas notiktu, ja no šā postulāta atteiktos? Vai bez tā var iztikt? Tas nav iespējams, atbildēja stingrā matemātika.

Bet varbūt to var apmainīt pret citu, neatlaidās kritiski noskaņotie. Pamēģiniet, piekrita matemātika.

Un viņi mēģināja (viņi — Lobačevskis un Rimans). Un radīja divas jaunas ģeometrijas. Divas neeiklīda ģeometrijas. Viņi strādāja neatkarīgi viens no otra un, protams, nejauši izraudzījās katrs savu variantu no divām pastāvošām iespējām — paralēlas taisnes bezgalībā saplūst vai paralēlas taisnes bezgalībā attālinās l viena no otras. Abi varianti ir tikpat tiesīgi kā Eiklīda postulāts.

Tagad neeiklīda ģeometrija ir pilntiesīga matemātikas nodaļa un drošs ierocis fizikas rokās. Visums, kas jāpētī lielos mērogos, nav aprakstāms, pamatojoties uz Eiklīda ģeometriju. Lielu masu tuvumā novirze no tās pamanāma arī samērā mazā attālumā. To formulējis relativitātes teorijas autors Einšteins, bet pēc tam to pašu pārliecinoši apstiprināja mēģinājums.

Bet ja jau pat tīri ģeometrisks postulāts, izrādās, var būt tikai atsevišķs gadījums, tad kā lai samierinās ar postulātu fizikas teorijai Un Lugovojs ziņo par savām šaubām tajā pašā seminārā, kurā pirms pieciem gadiem Askarjans izvirzīja savu ideju par gaismas pašfokusēšanu un paškanalizē- šanos. Viņš vērš uzmanību uz to, ka aptuvenas analītiskas metodes, kas balstās uz pieņēmumu par gaismas kūļa nemainīgo formu, nevar sniegt precīzu ainu par to, kas notiek aiz savienošanās punkta. Viņš parādīja, ka, intensīvam gaismas kūlim izplatoties nelineārā vidē, tā forma būtiski mainās.

Lugovoja raksts ar minētajiem apsvērumiem un rezultātiem 1967. gadā parādījās žurnālā «PSRS Zinātņu Akadēmijas Vēstis». Taču visos eksperimentālajos darbos, kas turpinājās līdz nākamajam gadam, ziņots, ka aiz staru kūļa savienošanās punkta novērojama gaismas viļņvada izplatīšanās ļoti smalku, spožu pavedienu veidā.

Mašīnas atbilde

Vienīgi Prohorovs atbalstīja savu jauno līdzstrādnieku. Viņš pats piedalījās šajos izmēģinājumos un iesaistīja tur arī A. Diško, skaitļošanas matemātikas speciālisti. Ja aptuvenās analītiskās metodes izrādījās nederīgas, vajadzēja meklēt palīdzību pie elektroniskajām skaitļošanas mašīnām. Nākotnē gaidīja sarežģīts un liels darbs.

Eksperimentētāji nolēma atteikties no jebkādām neobjektīvām hipotēzēm par gaismas kūļa likteni aiz savienošanās punkta. Mašīnai sagatavoja vienādojumus, kas atspoguļoja daudz vienkāršāku uzdevumu: uz vielas plakanās robežvirsmas, par kuru zināms, ka tajā novērojams kvadrātisks Ķerra efekts, krīt gaismas kūlis. Mašīnai bija jānosaka, kas ar to notiks, virzoties dziļāk vielā.

Viegli iedomāties, ar kādu satraukumu pētnieki gaidīja rezultātus, kas dzima skaitļošanas mašīnas B3CM-6 elektronu smadzenēs.

Nostrādājusi noteikto laiku, mašīna paziņoja: šajos apstākļos viļņvada režīma nav. Aiz savienošanās punkta veidojas vairāki fokusi — ārkārtīgi mazi apgabali ar ļoti augstu enerģijas koncentrāciju.

Atbilde radikāli atšķīrās ne tikai no visiem pastāvošo teoriju variantiem, bet bija pretrunā arī ar zināmajiem eksperimentālajiem datiem!

Zinātniekus pārņēma grūtsirdība. Viņi taču bija cerējuši saņemt drošu un noteiktu atbildi, ka staru kūlis no pakāpeniskas pašfokusēšanas caur savienošanās punktu pāriet tievā pavedienā. Taču kļūdas šeit nebija. Vienādojumi pareizi, un mašīna strādājusi nevainojami.

Tad pētnieki uzdeva mašīnai otru uzdevumu, pilnīgi atbilstošu tiem apstākļiem, kādos notika vairums mēģinājumu. Pirms nonākšanas nelineārā vidē gaismas kūlis vispirms iet caur savācējlēcu. Mašīna atrisināja arī šos vienādojumus.

Atbilde bija tāda pati. Nav nekādu pavedienu. Ir atsevišķu fokusu virkne.

Kas te īsti notika? Varbūt uzdevuma nostādne neatbilst īstenībai? Varbūt fokusu virkne ir rezultāts tam, ka no visām daudzajām parādībām ņēma vērā tikai Ķerra efektu? Un pilnīgi iespējams ari šāds pieņēmums: smalko pavedienu rašanos izsaucis nevis Ķerra efekts, bet kāds cits process."

Izveidoja vēl sarežģītākus vienādojumus. Tagad tie atspoguļoja arī inducēto kombinatīvo izkliedi. Tā ir labi izpētīta parādība, kura sevišķi spēcīgi izpaužas lielas intensitātes gaismā un par kuru zināms, ka tā ir viena no pašfokusēšanas iemesliem.

Atkal nepacietīgas gaidīšanas stundas pie mašīnas. Un jauna atbilde. Daudzfokusu struktūra noteikti eksistē! Inducētās kombinatlvās izkliedes ievērošana noved tikai pie skaitlisko lielumu maiņas. Šaurais kanāls nerodas ari šajā gadījumā.

Tagad, šķiet, atlicis viens ceļš. Cits pēc cita jāpārskata visi efekti, kas spēj novest pie šauru kanālu rašanās. Jāpieraksta visi jaunie un, protams, sarežģītākie vienādojumi. Un jāpaļaujas uz B3CM-6 varenību. Iespējams, ka tiks atklāts efekts, kas atbildīgs par gaismas viļņvada izplatīšanos, par tievo, spilgto, spīdošo pavedienu veidošanos.

Bija vajadzīga nemaldīga intuīcija, lai izvēlētos citu ceļu. Un noraidītu daudzo izmēģinājumu evidenci.

Atteiktos no vispāratzītu teoriju valdzinājuma. Nogrieztos no iemītās takas.

Prohorovs un Lugovojs nolēma paskatīties uz mašīnas atbildēm citādi. Nevis kā uz kļūdu vai nepareizi izraudzītu fizikālu izejas datu rezultātu, bet kā uz pareizu secinājumu, kas atbilst pārāk vienkāršoti formulētam uzdevumam. Jo gigantiskais lāzera impulss ilgst tikai acumirkli, precīzāk — nanosekundes desmitdaļas jeb simtdaļas no sekundes miljonās daļas. Bet viņi bija devuši mašīnai uzdevumus, kuros gaismas kūļi ar pastāvīgu jaudu darbojas nepārtraukti. Un atkarībā no šās jaudas ieguvuši dažādus attālumus līdz daudzajiem fokusiem.

Tad, lūk, kur iemeslsl Lāzera gigantiskā uzliesmojuma laikā gaismas jauda mainās no nulles līdz milzīgam lielumam. Attālumi līdz fokusiem tad nevar būt pastāvīgi. Tiem jāmainās līdz ar jaudas palielināšanos. Fokusiem ir jāpārvietojas!

Skrejošie fokusi

Jā, skrejošie fokusi. Lūk, tas ir mīklas atminējums. Varbūt tie skrien tik ātri, ka gan acs, gan aparāti redz vienu nepārtrauktu spilgtu pavedienu?

Jauni sarežģīti aprēķini attaisnoja cerības. Jā, protams, fokusi pārvietojas! Apstākļos, kas raksturīgi vairākumam eksperimentu, kuri veikti dažādās laboratorijās, fokusi lido ar ātrumu, kas tuvs miljardam centimetru sekundē. Ātrums, kas tikai trīsdesmit reižu mazāks nekā gaismas ātrums!

Ne velti fokusu kustības trajektorija izskatās kā spilgts, spīdošs pavediens.

Tagad vārdu atkal vajadzētu dot eksperimentam. Bet tādam eksperimentam, kas veikts pilnīgi atbilstoši tiem apstākļiem, kādos Prohorovam un viņa līdzstrādniekiem izdevās formulēt uzdevumu un veikt atbilstošus aprēķinus.

Pirmie ziņojumi par to, ka no malas novērojamie tievie gaismas pavedieni ir skrejošo fokusu pēdas, bija Prohorova līdzstrādnieka V. Korobkina un A. Aloka kopīgā darba rezultāts, gūts Amerikas Savienotajās Valstīs, kur Korobkins strādāja vairākus mēnešus. Pēc tam M. T. Lojs un I. R. Sens ziņoja, ka pēc loti rūpīgiem izmēģinājumiem, kuri veikti atbilstoši Prohorova un viņa līdzstrādnieku teorijas apstākļiem, viņi nav atklājuši gaismas vijņvada izplatīšanos, bet novērojuši kustošos fokusus. Beidzot Prohorovs ar Korobkinu, kas bija atgriezies no ASV, R. Serovu un M. Sčeļeviju ne tikai novēroja kustošos fokusus, bet izmērīja arī to ātrumu. Tas lieliski sakrita ar teorijas paredzējumiem.

Tagad, šķiet, pietiktu. Tomēr Prohorovs un Lugovojs darbu nepārtrauca. Kopā ar A. Abramoviču viņi pierādīja, ka ne tikai gigantiskie, bet arī tūkstoš reižu mazākie impulsi, tie, kurus pieņemts saukt par ultraīsiem, veido kustošos fokusus.

Rezumēsim rezultātus. Teorētiski un eksperimentāli bija pierādīts, ka spēcīgs lāzera impulss, kas krīt uz vielu, kurā iespējams Ķerra efekts, pats fokusējas. Rezultātā rodas fokusu virkne, kas ārkārtīgi lielā ātrumā virzās lāzera virzienā.

Bet kā ar tievajiem pavedieniem? Kā ar gaismas paš- kanalizēšanos un tās viļņvada izplatīšanos, ko bija paredzējis Askarjans? Ko darīt ar daudzajām cienījamu autoru teorijām? Kā izturēties pret visiem tiem eksperimentiem, kas apstiprina šīs teorijas?

Ne jau man jārisina tādas problēmas. Jo fakti bieži vien ir ietiepīgi. Svarīgs ir arī faktu izskaidrojums.

Skrejošie fokusi kļuvuši par objektīvu realitāti. Tie eksistē, un to pastāvēšanas apstākļi ir precīzi noteikti.

Skaidrs arī tas, ka teorija par gaismas viļņvada izplatīšanos vēl nav pabeigta. Tās vājās vietas ir zināmas. Nav izslēgts, ka aprēķini, kas analogi Diško, Lugovoja un Prohorova izdarītajiem aprēķiniem, kuri veikti vairāk sarežģītiem apstākļiem, atbilstoši vairākumam iepriekšējo eksperimentu, arī novedīs pie pavediena vai daudziem pavedieniem, nevis pie skrejošiem fokusiem, kas atbilst vienkāršākiem noteikumiem.

Stāsts par to vēl nav pabeigts. Nav iespējams paredzēt, kas un kur spers nākamo, izšķirošo soli. Tomēr es nešaubos, ka tas būs vai nu viens atsevišķs cilvēks, vai ļaužu grupa, kas tikpat bezbailīgi kritizēs vispāratzītās teorijas kā Askarjans un Lugovojs, kam piemitīs tikpat dziļa intuīcija un kas sajutīs jauno tāpat kā Prohorovs. Vārdu sakot, tie būs cilvēki, kas nebaidīsies iet pret straumi.

4. nodaļa ŠŪPOLES

Lāzers rada lāzeru

Mūsu nepilnības ir mūsu labo īpašību turpinājums. Cik bieži ikdienas dzīvē jāsastopas ar šo lielā pretstatu vienības likuma variantu. Tā darbības sfēra ir bezgalīga. Un spēks slēpjas apstāklī, ka tajā ir bezgalīgas attīstības iespējas. Ja pozitīvās īpašības nav šķiramas no trūkumiem, tad arī nepilnības ir apslēptas vērtības. Tās tikai jāprot atklāt un attīstīt.

Visas lāzeru priekšrocības salīdzinājumā ar parastajiem gaismas avotiem radušās no tā, ka lāzeros nesaraujami saistītas atomu, jonu vai molekulu kvantu īpašības ar radiotehnikas atgriezenisko saišu principu. Tāda kombinācija nodrošina lāzera izstarojumam augstu noregulējumu telpā un laikā jeb augstu koherenci, kā īsuma labad saka fiziķi. Tieši koherence jauj virzīt visu tā starojumu uz nelielu laukumiņu, kura izmēri ir salīdzināmi ar gaismas vi|ņa garumu. Tā starā, kas saspiests līdz mikronos mērāmam lielumam, enerģijas blīvums ir tik liels, ka neviena viela nav spējīga tam «pretoties». Seit vecās optikas jēdzieni ir bezspēcīgi.

Koherence lāzeriem dod iespēju sacensties stabilitātē ar labākajiem radiodiapazona frekvences kvantu standartiem. Taču stabilitāte, frekvences nemainīgums ne vienmēr ir labums. Spektroskopiķi, ķīmiķi, biologi, daudzu zinātnes un tehnikas nozaru speciālisti ir sapņojuši par lāzeru, kura frekvence būtu maināma, līdzīgi kā radists operators, pagriežot rokturi, liek savam raidītājam darboties ar vairāk piemērotu frekvenci.

Daudzi apgalvo, ka pati interesantākā modernās optikas noda|a ir nelineārā optika, šis apgalvojums droši vien ir pareizs. Nelineārā optika kļuva plašāk pieejama tikai pēc tam, kad bija radīti lāzeri, turpretī parastā lineārā optika ir pazīstama vismaz trīssimt vai varbūt pat vairāk nekā divtūkstoš gadu. Augsnē, kas tik dziļi izrakņāta, grūti atklāt ko jaunu. Ne velti viss, par ko līdz šim rakstīts mūsu grāmatas otrajā daļā, tā vai citādi saistīts ar nelineāro optiku — maksimāli sakoncentrēto gaismas lauku optiku.

Pirmslāzera laikā optiķi pazina tikai ļoti vājus laukus un nelineāru parādību novērošanai bija nepieciešama ārkārtīgi jutīga aparatūra. Novērtēdams šo situāciju, akadēmiķis Vavilovs, kas zinātnē ieviesa terminu «nelineārā optika», rakstīja: «Fiziķi tik stipri saraduši ar parastās fizikas linearitāti, ka līdz šim laikam trūkst pat formāla, stingri matemātiska aparāta reālu «nelineāru» optisku uzdevumu risināšanai.»

Kopš parādījušies lāzeri, it sevišķi lāzeri ar vadāmu rezonatora labumu, kas deva milzīgus gaismas impulsus ar miljardiem vatu lielu jaudu, nelineārās parādības iegūst lielu, dažkārt izšķirošu nozīmi ne tikai fizikā, bet arī tehniskā izmantošanā. Starp citu, tieši PSRS Zinātņu akadēmijas korespondētājloceklis RemsHohlovs ar savu līdzstrādnieku profesoru Sergeju Ahmanovu uzrakstīja pirmo monogrāfiju šajā nozarē, apkopojot un attīstot tajā kā teoriju, tā arī matemātisko aparātu, kuru bija domājis Vavilovs. Šās monogrāfijas rakstīšanas laikā viņi bija astoņus gadus jaunāki un viņiem nebija bija tik augstu zinātnisku nosaukumu.

Iepriekš mēs jau vairākkārt esam minējuši izteicienu «nelineārās parādības». Dažkārt no zinātniskiem terminiem nemaz nav iespējams izvairīties. Tomēr jāsaka, ka speciālie termini, arī zinātniskie, valodu nebūt nepiesārņo. Tieši otrādi, tie padara valodu vienkāršāku, skaidrāku, palīdz izteikties īsāk. Pāris vārdu var aizstāt veselu frāzi, dažreiz pat vairākas frāzes.

Iedomāsimies, piemēram, tāda vilciena kustības grafiku, kurš brauc ar pastāvīgu ātrumu. Ja attēlosim vilciena nobraukto ceļu kādā noteiktā laikā, iegūsim taisnu līniju. Atmetot vārdu «taisns», fiziķis runā par «lineāro kustības likumu»; tas nozīmē, ka noietais ceļš proporcionāls laikam. Ja grafiks attēlos ceļu, ko nogājis brīvi krītošs akmens, tad mēs redzēsim nevis taisnu, bet lauztu līniju. Neiedziļinoties sīkumos un neprecizējot šās līknes patieso veidu, fiziķis saka, ka tā nav taisn- līnijas. īsuma dēļ viņš saka: tā ir nelineāra. Tas nozīmē, ka ceļš, ko nogājis brīvi krītošs akmens, nav proporcionāls laikam, tas ir saistīts ar laiku nelineārā atkarībā.

Gaisā, stiklā, ūdenī un daudzās citās vidēs ceļš, ko nogājusi gaisma, ir proporcionāls laikam. Tātad gaismas ātrums tādās vidēs ir pastāvīgs. Lielākajai daļai vielu tas ir pareizi pie visām iespējamām gaismas intensitātēm, pat optiskā kvantu ģeneratora stariem. Tomēr ir nedaudzi kristāli, kuros gaismas ātrums mainās atkarībā no tās stipruma. Turklāt šī atkarība mainās, mainoties gaismas virzienam attiecībā pret kristāla šķautnēm un skaldnēm. Tāds gaismas izplatīšanās ceļš patiešām jānosauc par nelineāru. Dažreiz vārdu «nelineārs» attiecina uz pašu kristālu, ar to apzīmējot, ka gaismas izplatīšanās likums kristālā ir atšķirīgs no lineārās izplatīšanās.

Radiotehnikā sen izmanto strāvas nelineāro atkarību no sprieguma, ko novēro radiolampās un pusvadītāju ierīcēs. To izmanto, piemēram, frekvences paaugstināšanai. Tas nozīmē, ja ir noteiktas frekvences lampu ģenerators, var iegūt divreiz, trīsreiz un pat desmitreiz lielākas frekvenču svārstības, nemainot neko pašā ģeneratorā.

Pēc optisko kvantu ģeneratoru radīšanas fiziķi, gluži dabiski, nolēma ko līdzīgu iegūt arī optikā. Jo līdz šim spēcīgie kvantu ģeneratori darbojās tikai divos viļņu garumos — kvantu ģeneratori ar neodīma joniem dod infrasarkanos viļņus ar garumu apmēram viens mikrons un rubīna ģeneratori ar hroma joniem izstaro sarkanu gaismu ar viļņa garumu apmēram līdz 0,69 mikroniem. Bez tam, divkāršojot neodīma ģeneratora frekvenci, tas ir, samazinot tā vilni divas reizes — līdz 0,5 mikroniem, var iegūt zaļu gaismu. Bet trīskāršot tā frekvenci nozīmē iegūt ultravioletos starus ar garumu 0,33 mikroni. Un nevis kaut kādus starus, bet gandrīz ideālus! Lāzers rada lāzeru!

Rubīna ģeneratora frekvences palielināšana dod analogu rezultātu. Tā otrā harmonika atrodas spektra violetajā daļā, bet trešā dod cietos ultravioletos starus.

Laižot kvantu ģeneratora staru cauri speciāli izaudzētiem kristāliem, Frankens un viņa līdzstrādnieki pirmie reģistrēja dubultas frekvences izstarojuma parādīšanos. Tomēr transformācijas koeficients bija ļoti mazs. Tikai niecīga krītošā viļņa enerģijas daļa pārveidojās dubultās frekvences viļņa enerģijā. Hohlovs un viņa līdzstrādnieki dziļi izanalizēja jauno parādību un saprata, ka cēlonis ir abu viļņu ātrumu atšķirība. Rezultātā atsevišķu kristāla iecirkņu darbība nesummējas un pat daļēji iznīcinās. Tomēr vienādojumi Hoh- lovam deva atrisinājumu. Kā izrādās, kristālā var atrast virzienus, kādos krītošais vilnis un palielinātas frekvences vilnis izplatās ar tādu ātrumu, kad visi punkti darbojas saskaņoti un to darbības rezultāti sakrīt. Turklāt krītošā vijņa enerģijas lielākā daļa pārveidojas dubultās frekvences viļņa enerģijā. Tā tika radīti visai efektīvi optiskie harmoniku ģeneratori.

Pērkons no skaidrām debesīm

Pārlasot iepriekšējo rindkopu, es pamanīju, ka neesmu pateikusi pašu interesantāko. Tur viss ir pareizi. Jā, vienādojumi uzvedināja uz pareizām domām. Bet, kamēr tie nav uzrakstīti, šai frāzei nav īstas jēgas. Tomēr populārzinātniskajā literatūrā nav pieņemts rakstīt vienādojumus. Atskatījusies vēl mazliet tālāk atpakaļ, es izlasīju: «Radiotehnikā sen izmanto ,..», «fiziķi nolēma …». Cik tas viss skan vienkārši!

Patiesībā bija daudz sarežģītāk. Radiotehnika parādīja tikai mērķi. Vari apgaismot ar lāzeru radiolampu, diodi vai tranzistoru, tomēr neiegūsi gaismas harmoniku. Protams, fiziķi pat nemēģināja darīt kaut ko tik aplamu. Viņus pasargāja tas, ko parasti sauc par fiziķa intuīciju, bet kas patiesībā ir spēja izmantot iepriekšējo pieredzi jaunā situācijā. Sāda iespēja izriet no dziļās dabas likumu kopības un no matemātisko dabas apraksta metožu vienotības. Sinī gadījumā ir runa par nelineāro svārstību teoriju, ko izstrādājuši galvenokārt Mandelštama un Papaleksi, Krilova un Bogoļubova skolas zinātnieki. Atzīmēsim, ka Hohlovs un Ahmanovs pieder pie Mandelštama—Papaleksi skolas trešās paaudzes; šo skolu mēs esam minējuši ne vienu reizi vien.

Viļņu procesos nelineārās parādības akustiķi sastapuši jau sen. Tagad tās sagādā nepatīkamus brīžus ikvienam no mums: tās ir pērkona grāvieniem līdzīgās skaņas, kas rodas katru reizi, kad lidmašīna pārvar skaņas barjeru. Tas tāpēc, ka skaņa ir gaisa sablīvējuma un retinājuma vilnis. Kamēr skaņa vāja, tas izplatās gaisā neizkropļots un ļauj mums sarunāties un baudīt mūziku. Bet ja skaņa ir pārāk stipra…

Tur, kur gaiss ir sablīvēts, skaņas ātrums ir lielāks nekā izretinājuma vietās. Tāpēc atsevišķi stipra skaņu viļņa posmi spiežas uz citiem viļņa posmiem. Plūstoši skaņu viļņi izkropļojas. Tajos rodas stāvas frontes, līdzīgas augošām, stāvām bangu virsotnēm, kas pieaug, jūras viļņiem tuvojoties piekrastes sēklim. Tādas izkropļotas un arvien pieaugošas skaņu viļņa frontes, kas plūst gaisā daudz ātrāk nekā parastās skaņas, ir par iemeslu nepatīkamiem brīžiem, ko mums sagādā virsskaņas aviācija.

No visa teiktā pats svarīgākais optiķiem bija tas, ka lidmašīna, lidojot ātrāk par skaņu, neierosina triecienvilni, tāpat kā tas neparādās pie ātrumiem, kuri nepārsniedz skaņas ātrumu. Sis vilnis rodas tikai tad, kad lidmašīnas ātrums ir tuvs skaņas ātrumam. Tikai tādos apstākļos skaņa, ko ierosinājusi lidmašīna lidojuma laikā, kas atbilst daudziem skaņas viļņu periodiem, pastiprina to arvien vairāk. Turklāt gandrīz visa lidmašīnas dzinēju enerģija pāriet skaņas viļņu enerģijā. Dzinējiem jābūt ar lielu jaudas rezervi, lai atrautu lidmašīnu no pavadošajiem skaņu viļņiem, kas «izsūc» enerģiju, pārvarētu skaņas barjeru, apsteigtu «rijīgos» viļņus, likvidētu sinhronismu, kura rezultātā lidmašīnai jāvelk aiz sevis gaisa masas, kas pārvēršas tai par smagu nastu.

Ja lidotājs, nedzenoties pēc ātruma, iedomātos pielīdzināt savu lidmašīnu pravieša Elijas uguns ratiem, tad viņam vajadzētu lidot tieši ar skanas ātrumu.

Fiziķiem bija tieši tāds mērķis: lāzera stara fāzei vajadzēja izplatīties vielā tieši ar tādu pašu ātrumu kā fāzei, ko radījuši otrās, trešās un reizēm vēl augstākas harmonikas viļņi. Seit būs jāizmanto vārds «fāze», lai neizsauktu neapmierina tību tajos cilvēkos, kas jau pieraduši pie šā vārda. Tie, kas uzskata par labāku iztikt bez šā vārda, droši var domāt par vilni kā vilni, iedomājoties pie tam parasta viļņa virsotni, kura forma saskan ar katram skolēnam pazīstamo sinusoīdu.

Uzdevums par vienādu fāzes izplatīšanās ātrumu realizāciju — viļņu sinhronismu — sarežģās gaismas dispersijas dēļ. So parādību atklāja jau Dekarts un sīkāk izpētīja Ņūtons. Dispersija izpaužas tā, ka visās reālās vidēs gaismas ātrums ir atkarīgs no tās frekvences, tas ir, no attiecīgā viļņa garuma. Dispersijas klātbūtne noveda Ņūtonu pie secinājuma, ka optiski izkropļojumi lēcu teleskopos ir neizbēgami. Viņš tos nosauca par hromatisko aberāciju. Sis kļūdainais secinājums spieda Ņūtonu pāriet pie spoguļteleskopiem.

Šķiet, dispersijas dēļ nav iespējams efektīvi palielināt gaismas frekvenci. Un tiešām — parastajās caurspīdīgajās vidēs, piemēram, gāzēs, šķidrumos un stiklā, gaismas ātrums, palielinot frekvenci, samazinās. Tātad šajās vidēs divu viļņu fāzes (kuru frekvences atšķiras divreiz un trīsreiz) nevar izplatīties ar vienādu ātrumu. No tā izriet, ka sinhronisms, kas nepieciešams sekmīgai krītošā viļņa enerģijas pārvēršanai harmonikas enerģijā, nav iespējams. Tā nelineārā optika jau ar pirmajiem mēģinājumiem pielietot to praktiski nonāca strupceļā.

Vēsture atkārtojas, bet, par laimi, ne vienmēr piemērojams Marksa pazīstamais teiciens, ka pirmo reizi tā ir traģēdija, bet otro reizi — farss. Ņūtona kļūdu atklāja slavenais matemātiķis Eilers, kurš teorētiski pierādīja iespēju izslēgt lēcu hromatisko aberāciju. Praktiski viņam to neizdevās pierādīt, bet angļu optiķis Dilonds, veltījis tam vairākus gadus nopietnu meklējumu, radīja sarežģītu lēcu, kurā bija apvienotas divas lēcas, izgatavotas no dažādu šķirņu stikla, kuri disperģē pēc dažādiem dispersijas likumiem, un tādējādi panāca, ka vienas izkropļojums iznīcina izkropļojumus otrā. Tā savstarpējās izlīdzināšanās rezultātā iegūst neizkropļotu attēlu. Tagad visu eleskopu, binokļu un tālskatu objektīvus darina tieši tādā veidā.

Varavīksne kristālā

Līdzīgā veidā izdevās atrast arī izeju no strupceļa, kurā bija nonākusi nelineārā optika. Amerikāņu fiziķi Džordmeins un Terhjūns pievērsa uzmanību tam, ka sinhronisma iespējas pastāv dubultlauzējos kristālos. Staru dubultlaušanu, kā zināms, bija atklājis Erasms Bartolīns jau vairāk nekā pirms trīssimt gadiem. Viņš atklāja, ka gaismas stars, krītot uz Islandes špata kristāla virsmu, dubultojas, pie tam katra daļa lūst citādi. Viens stars pakļaujas Dekarta atklātajam laušanas likumam, bet otrs ne.

Ja vien būtu fakti, gan izskaidrojums atrastos. Tā droši vien teica Bartolīna laikā, un viņš atrada izskaidrojumu. Bartolīns uzskatīja, ka Islandes špata kristālā ir poras, kuras satver otru staru (Bartolīns to nosauca par kustīgo) un neļauj tam pakļauties likumam. Tiesa gan, šīs poras atklāt neizdevās, taču citāds izskaidrojums arī neatradās. Pat dižais Ņūtons nevarēja pasacīt nekā noteikta. Savu fundamentālo «Optiku» viņš iesāka ar lepnu atteikšanos no hipotēzēm:

«Mans nodoms šajā grāmatā nevis izskaidrot gaismas īpašības ar hipotēzēm, bet izklāstīt tās un pierādīt ar prātojumiem un eksperimentiem.»

Taču, nonācis līdz Bartolīna minējumiem, viņš bija spiests pieņemt hipotēzi, ka gaismas korpuskulām ir divējāda daba un to laušana atkarīga no tā, ar kuru pusi tās atsitas. Kāpēc tas parādās tikai triecienā pret Islandes špata kristālu, bet citos gadījumos ne, tā arī palika nenoskaidrots.

Tiesa gan, tajā pašā gadā, kad nāca klajā Ņūtona «Optika», Heigenss divu viļņu parādīšanos izskaidroja ar to, ka Islandes špatā (viņš to nosauca par Islandes kristālu) gaismai ir divi ātrumi. Heigenss bija spiests pieņemt hipotēzi, ka kristālā ir divas dažādas matērijas, kuras kalpo «abiem laušanas veidiem». Taču Heigenss jūt, cik nepilnīgs ir viņa izskaidrojums, un, «atstājot citiem šā jautājuma izpēti», pāriet pie neparastās kristāla formas apskata. Tikai Frenels, kam bija drosme atzīt gaismu par šķērsviļņiem, prata bez pretrunām izskaidrot polarizācijas parādības.

Taču atgriezīsimies pie Terhjūna. Viņš parādīja, ka dubultlauzējos kristālos sinhronisma noteikumi ir spēkā, ja izmanto divus viļņus, kam dažāda polarizācija.

Frankena eksperimentos bez sinhronisma pat lielas jaudas lāzera impulss ierosina tikai vāju otrās harmonikas vilni, turpretim, ja bija sinhronisms, situācija pilnīgi mainījās. Tas izskaidrojams ar to, ka viļņu sinhronisms noved pie enerģijas uzkrāšanās otrās harmonikas vilnī. Tāpēc pat mazas jaudas hēlija-neona lāzera iz- starojums šādos apstākļos ļauj sasniegt ievērojamus rezultātus.

Stop! — lasītājam ir tiesības teikt. Ja jau sinhronisma klātbūtne ļauj izmantot mazas jaudas gaismas avotus, vai nevar palielināt parasto gaismas avotu frekvenci? Loģiski spriežot, tas it kā būtu iespējams. Taču fizikas atbilde ir noliedzoša.

Tas tāpēc, ka pilnīgs sinhronisms rodas tikai gar vienu fiksēto virzienu kristālā. Ja ir tikko manāma novirze no tā, uzkrāšanās efekts izzūd. Bet nelāzera avoti dod tikai izkliedētus staru kū]us. Jauda, kas tādos kū]os izplatās stingri gar kādu taisni, praktiski vienlīdzīga nullei. Tātad ari harmonikas jauda līdzinās nullei. Stāvokli pasliktina ari tas, ka sinhronisma virziens ļoti atkarīgs no gaismas frekvences, bet parastie avoti dod gaismu ar daudz platākām joslām nekā lāzeri. Rezultātā enerģija, kas kristālā izplatās izvēlētajā virzienā no nelāzera avota, samazinās.

Lāzeru starojuma frekvences palielināšana Jauj būtiski bagātināt koherentās gaismas paleti. Tomēr tādā veidā nav iespējams nepārtraukti mainīt frekvences un lāzera starojuma krāsas.

Sādu iespēju atrada Hohlovs un Ahmanovs. Viņi izmantoja tikko minēto faktu, ka kristālā sinhronisma virziens atkarīgs no frekvences, kā arī parametriskas ģenerācijas metodi, ko radiodiapazonam izstrādāja Mandelštams un Papaleksi, pamatojoties uz nelineāro svārstību teoriju.

Šūpoles

Lietas un parādības, kas pierastas jau bērnībā, liekas pašas par sevi saprotamas. Bet tad nāk jaunība, šaubu laiks, un pie vārda «bērnība» blakus adjektīvam «laimīgā» pievienojas gaužām nepatīkams vārds «naivā».

Iepazinušies ar Ņūtona likumiem, mēs vairs nesaprotam, kā iespējams šūpoties šūpolēs. Šūpoles ir izaicinājums Ņūtona likumiem. Iespējams, Anglijā pirms trīssimt gadiem šis izklaidēšanās veids nebija pazīstams. Citādi mums grūti saprast, kā Ņūtona asais prāts pagāja garām tādam paradoksam. Iekšējie spēki taču nespēj pārvietot inerces centru! Tā šāvienā rodas atsitiens. Raķete lido uz priekšu tikai tāpēc, ka gāzes ar lielu ātrumu izplūst pretējā virzienā. Raķetes smaguma centrs, kas noteikts pirms tās starta, vienmēr paliek uz starta laukuma. Un, ja jau raķete lido, tad šūpolēm jāpaliek nekustīgām… ja vien dabā neeksistē kaut kas tāds, kas nebija zināms Ņūtonam.

Bērni atklāj šo «kaut ko», pirms viņi apjēguši vārdus «zinātne» un «fizika». Viņi kāpj šūpolēs un, ritmiski saliecot un iztaisnojot ceļgalus, iešūpojas arvien stiprāk. Līdz tam brīdim, kamēr tiem pietrūkst spēka vai drosmes. Tas viņiem izdodas tāpēc, ka bērni ir nepacietīgi un sāk lāpoties, tikko paspējuši ierausties šūpolēs. Tikai vienu reizi esmu redzējusi sprogainas draiskules bēdas, kura, uzlēkusi uz šūpoļu šķērskoka, ilgi kaitināja savus mazos pielūdzējus, bet pēc tam nekādi nevarēja iešūpoties, lai kā arī pietupās. Viņa visādi izlocījās un pat palēcās, bet velti. Viņu traucēja Ņūtona likums. Un tikai pēc tam, kad mazais bruņinieks bija devis šūpolēm vieglu grūdienu, tās sāka kustēties.

Šūpoles ir svārsts. Tās jāiekustina, citādi paliks nekustīgas. Tāda ir šūpoļu daba. Bet, kad tās jau mazliet svārstās, daba neliek šķēršļus mazās meitenītes vēlmei iekustināt tās stiprāk. Pietiek tikai uztvert ritmu un pietupties, bet pēc tam vajadzīgajā brīdī celīšus iztaisnot. Ja viņa pietupjas brīdī, kad šūpoles atrodas augstākajā punktā, un iztaisnojas, kad tās ātri izskrien caur zemāko stāvokli, vēzieni palielināsies. Ja ritms ir izjaukts, lidojuma sajūta zudīs.

Iešūpojot savu draudzeni, kas pasīvi sēž šūpolēs, kavalieris nedrīkst aizdomāties. Tomēr bija vajadzīgi gadsimti, lai saprastu, kā viņa iešūpojas pati. Fiziķi šo procesu sauc par parametrisku svārstību ierosināšanu. Galvenais svārsta (un, protams, arī šūpoļu) parametrs ir piekara garums. Tas nosaka svārstību periodu. Gara svārsta periods ir lielāks nekā īsa svārsta periods. Piekara garums jāmēra no piekāršanas punkta līdz atsvara smaguma centram. Šūpoļu smaguma centrs atrodas ap šūpolēs stāvētāja vidukļa rajonu.

Saliecot un iztaisnojot ceļus, cilvēks maina smaguma centra stāvokli, tas nozīmē, arī piekara garumu. Iztaisnojoties viņš veic darbu pret smaguma spēku. Atbrīvojot muskuļus, šis cilvēks ļauj smaguma spēkam saliekt sev ceļgalus. Kad šūpoles stāv nekustīgi, visas minētās darbības nedod nekādus rezultātus. Ja piekara garums ir nemainīgs, tad nav citas iespējas iešūpot šūpoles kā vienīgi pagrūst tās no malas.

Pavisam citādi notiek, ja šūpoles jau kaut mazliet kustas. Iztaisnojot ķermeni šūpoļu zemākajā punktā, cilvēks veic darbu ne tikai pret smaguma spēku, bet arī pret centrbēdzes spēku. Augstākajā punktā, kad šūpoles vienu mirkli paliek nekustīgas, centrbēdze? spēks pazūd un viņa ce|galus liec tikai smaguma spēks. Kustošās šūpolēs cilvēka darbs ir lielāks nekā nekustīgās.

Tagad ir skaidrs, kur rodas enerģija, kas nepieciešama šūpoļu iešūpošanai. Taču galvenais jautājums palicis neatrisināts. Kā tās iešūpojas? Tā cilvēka spēks, kurš iztaisno ceļgalus, taču vērsts vertikāli, bet viņa ātruma palielinājums šinī mirklī vērsts horizontāli, šķērsām spēka virzienam.

Paradokss rodas tāpēc, ka, cenšoties piemērot Ņūtona likumus reālām šūpolēm, mēs turpinām domāt par tām kā par ideālu svārstu ar nemainīgu piekara garumu. Fiziķis teiktu — kā par sistēmu ar vienu brīvības pakāpi, ar to domājot, ka ideālam svārstam var mainīties tikai viens parametrs — leņķis starp piekaru un atsvaru. Atsvars šeit, protams, nozīmē tikai vertikālu līniju. .

Taču mēs jau pieminējām, ka reālām šūpolēm mainās ari piekara garums. Tas, kas ideālam svārstam bija nemainīgs parametrs, šūpolēm kļūst par otro brīvības pakāpi. Būtisks ir tas, ka šūpolēm abas brīvības pakāpes savstarpēji saistītas. Tās var apmainīties ar enerģiju. Enerģija, ko patērē cilvēks, mainot piekara garumu, var pārveidoties šūpoļu parasto svārstību enerģijā. Ir svarīgi tikai, lai cilvēks strādātu. Ja viņš, lidodams augšup, iztaisnosies un zemākajā punktā salieks ceļus, tad viņš tikai atņems enerģiju šūpojošām šūpolēm un dzēsīs to svārstības.

Tikko teiktais skan ne visai pārliecinoši, ne visai loģiski no veselā saprāta viedokļa. Taču no tāda viedokļa absurds ir arī fiziķa apgalvojums, ka atlēts, kas tur virs galvas smago svaru stieni, neveic darbu.

Sajā vienkāršajā piemērā veselajam saprātam jāierobežo sava patmīlība. Fiziķim ir taisnība: mehānisks darbs nav vienlīdzīgs nullei tikai tad, ja spēks darbojas kaut kādā ceļa gabalā. Ja kustības nav, ceļš vienlīdzīgs nullei un nullei līdzinās ari mehāniskais darbs. Protams, noturot svaru stieni virs galvas, atlēts izlieto milzīgu enerģiju. Taču tā netiek atdota stienim, bet visa tiek patērēta muskuļu sasildīšanai; atsevišķas muskuļu šķiedras secīgi saraujas un atslābst. Svārstu un stīgu parametrisko svārstību ierosmes mehānismu izprata jau slavenais lords Relejs. Mandelštams un Papaleksi ieviesa šo principu visās svārstošās sistēmās un, apzinoties, ka princips ir visaptverošs, atrada jaunu ceļu elektrisko svārstību ierosināšanai, jaunu elektriskās enerģijas iegūšanas metodi, jaunu elektrodzinēja tipu.

Elektriskās šūpoles

Galvenā elektroenerģijas ieguves paņēmiena pamatā arī mūsu dienās ir ģeneratori — dinamo, kā tos sauca agrāk. Tādā veidā elektroenerģiju iegūst ne vien parastajās termoelektrostacijās un hidroelektrostacijās, kur ģeneratorus darbina tvaiks vai tekošs ūdens, bet ari visās atomelektrostacijās. Pārējām metodēm, starp citu, arī parametriskās ģenerācijas metodei, pagaidām ir blakus nozīme. Taču mums šī metode ir ļoti svarīga, jo tā noveda zinātniekus pie jauna lāzera tipa.

Metode ir ļoti vienkārša. Tajā izmantotas parastā svārstību kontūra īpašības; šis svārstību kontūrs ir elektrisks šūpoļu ekvivalents. Pats vienkāršākais kontūrs sastāv no elektriskā kondensatora (divām metāla plāksnītēm, kas atdalītas ar gaisa starpslāni) un vadu spoles. Ja uz kondensatora plāksnītēm parādās elektriskie lādiņi, uz vienas pozitīvs, uz otras negatīvs, tad spolē plūdīs strāva. Lādiņi pazudīs, bet strāva turpinās plūst, kamēr uz plāksnītēm neparādīsies tādi paši lādiņi, tikai ar pretējām zīmēm. Tur, kur bija plusa zīme, parādīsies mīnuss, un otrādi. Pēc tam viss atkārtosies pretējā secībā un atkārtotos, cik vien ilgi nepieciešams, ja daļa enerģijas netiktu izlietota vadu sasildīšanai. Pakāpeniski visas enerģijas rezerves pārvēršas siltumā, un svārstības izbeidzas.

Taču atcerēsimies šūpoles. Atbīdīsim kondensatora plāksnītes katru reizi, kad lādiņš tajās būs vislielāks, un piestumsim tās atpakaļ, kad lādiņš būs nulle. Periodā divas reizes vajadzēs veikt darbu pret dažādu lādiņu pievilkšanās spēkiem. Rezultātā spriegums kondensatorā katru reizi mazliet pieaugs un elektrisko svārstību enerģija sāks palielināties uz mehāniskā darba rēķina. Tā darbojas parametriskais ģenerators. Reālos apstākļos elektrisko svārstību enerģija nepieaugs bezgalīgi, tikai līdz tam laikam, kamēr būs iestā

jies līdzsvars starp mehānisko darbu, kas tiek patērēts kondensatora plāksnīšu pārvietošanai, un vadu sasilšanu. Protams, arī šādā veidā iegūtu elektroenerģiju var izmantot lietderīgi.

Lāzera šūpoles

Vispārīgā svārstību teorija, pamatojoties uz to, kas atklāts mehānisko un elektrisko svārstību jomā, ļauj paredzēt analogas parādības arī citās nozarēs, it īpaši optikā.

Vienlaicīgi ar gaismas frekvences palielināšanu teorija paredz, ka zināmos apstākļos var rasties gaisma ar vēl zemāku frekvenci nekā tā, kas ierosina lāzera staru. It sevišķi tādi apstākļi rodas dažos kristālos, kuros argona lāzera zaļais starojums ierosina dzeltenos, sarkanos un pat infrasarkanos viļņus. Raksturīgi, ka ikviens vilnis izplatās tikai noteikta virzienā. Sos virzienus nosaka sinhronisma apstākļi, par kuriem jau runājām sakarā ar gaismas frekvences palielināšanu līdzīgos kristālos. Atšķirībā no parametrisko svārstību ierosināšanas svārstos un elektriskajos kontūros, kur svārstību intensitāte ar laiku palielinās, šeit, optikā, svārstības pastiprinās atkarībā no viļņa iespiešanās dziļuma kristālā, turklāt pastiprināšanās ir jo lielāka, jo lielāks attālums, kurā saglabājas sinhronisma nosacījumi.

Līdz šim mēs neesam redzējuši nekādas iespējas, lai varētu plūstoši mainīt lāzera starojuma viļņa garumu. Sā senlolotā mērķa sasniegšanai jāatrod iespēja, kā kristālos radīt komplicētākus sinhronisma nosacījumus, kas saistītu savā starpā ne divus, bet trīs gaismas viļņus. Arī šeit Hohlovs un Ahmanovs pamatojās uz analoģiju ar radiotehniku. Iepriekš, runājot par paramet- riskās ģenerācijas procesu, tika minēta tikai tādu harmoniku ģenerācija, kuru frekvences ir puse. trešdaļa vai kāda cita ierosināto svārstību frekvences daļa. Bet, ja vienkāršā svārstību kontūra vietā izmanto sistēmu, kas sastāv no diviem saistītiem kontūriem, tad iespējas uzreiz paplašinās.

Ja kontūri noskaņoti tā, ka to rezonanses frekvenču summa vienlīdzīga iekšējā ierosinošā signāla frekvencei, tad signāls ierosinās parametriskās svārstības uzreiz abos kontūros. Katra kontūra frekvence nav stingri fiksēta. Tās var mainīt. Jāievēro tikai viens noteikums: to rezonanses frekvenču summai jāpaliek nemainīgai un vienādai ar ārējā signāla frekvenci.

Hohlovs un Ahmanovs saprata, ka optikā ar to vien ir par maz. Bez noteikuma par ierosināmo svārstību frekvenču summu ir jāievēro vēl viens svarīgs nosacījums: visu trīs vijiņu izplatīšanās virzieni, izrādās, ir saistīti arī savā starpā un ar atbilstošiem viļņu garumiem tā, ka tiem jāveido trīsstūris, kura malas apgriezti proporcionālas atbilstošajam viļņa garumam.

Varētu likties, ka jaunais nosacījums padara neiespējamu viļņu sinhronismu un līdz ar to izslēdz iespēju efektīvi pārveidot ierosinošā viļņa enerģiju divu ierosināmo viļņu enerģijā. Tomēr Holhovs un Ahmanovs atzīmēja, ka daudzos kristālos tādi noteikumi var tikt izpildīti. Vēl vairāk, pagriežot kristālu attiecībā pret lāzera viļņu izplatīšanās virzienu, sinhronisma noteikumi realizējas dažādām frekvencēm. Tas tad arī ir vienkāršākais paņēmiens, kā pārveidot frekvences jaunajā ierīcē, kuru .autori nosauca par parametrisko lāzeru.

Parametriskā lāzera izejas jauda ir proporcionāla ierosinošā starojuma jaudai un līdz ar kristāla garumu ļoti ātri palielinās. Tomēr kā viens, tā otrs variants ir ierobežots. Pārmērīgi liela ierosinoša starojuma jauda, pat ja to izdodas iegūt, sagrauj kristālu. Arī kristāla garumu stipri palielināt ir grūti, jo lielo, viendabīgo kristālu komplicētība un to izaudzēšanas izdevumi pieaug daudz straujāk nekā iegūtā kristāla izmēri.

Hohlovs un Ahmanovs izvairījās no šīm grūtībām, ievietojot kristālu optiskā rezonatorā, kas sastāv no diviem plakaniem spoguļiem kā parastajos lāzeros. Viļņi, kas parametriskās mijiedarbības rezultātā ierosināti kristālā, atstarojas no spoguļiem un daudzas reizes- šķērso kristālu, turklāt to intensitāte ar katru reizi palielinās.

Mūsu dienās parametriskie lāzeri ļauj nepārtraukti pārsegt frekvenču diapazonu, kurā ietilpst redzamā gaisma, un ievērojamu daļu infrasarkanā diapazona. Tos plaši izmanto spektrālos pētījumos, kā arī bioloģisko un ķīmisko procesu izpētē. Nelineārie kristāli var noderēt

par savdabīgiem optiskiem mikrofoniem. Ar to palīdzību var modulēt gaismas viļņus tāpat kā ar mikrofona palīdzību modulē radioviļņus mūzikas vai runas pārraidei.

Pēdējā laikā lielu praktisku nozīmi ieguvusi vadāmās optiskās refrakcijas parādība. Atmosfēras refrakciju, kas izliec staru gaitu gaisā, kā zināms, atklāja jau Ptolemajs. Refrakcija jāņem vērā arī radiolokācijas staciju darbībā. Tā parādās jebkurā vidē, ja tās laušanas koeficients nav visur vienāds. Uz logu rūtīm savi- jušies «stikla zariņi», kuri izkropļo caurplūstošo gaismu, ir radušies tikai tāpēc, ka sagrauts stikla optiskais viendabīgums.

Vielās, kuru laušanas koeficients ir stipri atkarīgs no uzliktā elektriskā sprieguma, var izraisīt mākslīgu refrakciju un tādā veidā mainīt virzienu gaismas stariem, kuri izplatās caur vielu. It īpaši tādas ierīces lieto dažās lielu ekrānu televīzijas sistēmās un vairākos optisko lokatoru tipos.

Nelineārās optiskās parādības ir tā sfēra, kur skaidri parādās gaismas divējādās dabas nedalāmā vienotība. Viss tikko teiktais par gaismas frekvences palielināšanu izpaužas radistiem tik pierastajā viļņu jēdzienā. Taču to visu var izteikt arī citādi.

Vakar un rīt

No kvantu viedokļa frekvences dubultošana izskatās tā: kristāls, kam ir nelineārās īpašības, pārveido divus mazas enerģijas kvantus (divus infrasarkanā izstaro- juma kvantus) vienā kvantā ar divreiz lielāku enerģiju (zaļas gaismas kvants). Atbilstoši tam parametriskā gaismas ierosme ir ierosinošā fotona sadalīšanās divos sekundāros fotonos, pie tam to enerģiju summa vienlīdzīga fotona enerģijai, bet impulsu summa fotona sākotnējam impulsam.

Nelineārā optika paredz, ka liela nozīme būs citiem procesiem, kuros piedalās reizē vairāki fotoni. Fo- toefekta sarkanā robeža, kas Einšteinam bija izejas punkts gaismas kvantu teorijas formulēšanai, savu nozīmi zaudē, ja ir liela izstarojuma intensitāte, kādu nodrošina lāzeri. Lāzera starā fotoni lido tik «cieši», ka divi vai pat vairāk fotonu var vienlaicīgi atdot savu enerģiju vienam elektronam un izsviest to cauri enerģētiskajai barjerai, kuras augstums ir neparvarams šķērslis vienam šās pašas frekvences fotonam.

Tas pats attiecas uz jonizāciju. Parasti fotoni pa vienam piedalās atomu ierosmes un jonizācijas procesos. Ļebedeva Fizikas institūta laboratorijā, ko vadīja M. Rabinovičs, N. Delone izpētīja inerto gāzu daudz- fotonu jonizāciju un novēroja jonizācijas aktus, kuros vienlaicīgi piedalījās vienpadsmit fotoni.

Vēl interesantāki, iespējams, ir procesi, kuros piedalās ne tikai vairāki fotoni, bet arī skaņas kvanti — fononi.

Viens no tādiem procesiem ir gaismas izkliede siltuma viļņos (Mandelštama—Briljēna izkliede). No kvantu viedokļa šeit viss notiek ļoti vienkārši, jo skaņu vilni var uzskatīt par skaņu kvantu (fononu) plūsmu, tāpat kā gaismas vilnis uzlūkojams par gaismas kvantu (fotonu) plūsmu. Viens vai otrs uzskats atkarīgs no aplūkojamās parādības. Vienā gadījumā skaidrāk izpaužas viļņu īpašības, citā pārsvarā ir kvantu īpašības.

Traktējoi parādību no kvantu viedokļa, Mandelštama—Briljēna izkliede noved pie fotona un fonona sadursmes. Fotons pazūd un vienlaicīgi rodas jauns, kam pavisam citāda (mazāka) frekvence, ja pie tam rodas arī fonons; lielāka frekvence rodas tad, ja arī fo- nons pazūd. Sādā procesā pārveidojas ne vien enerģija, bet arī savstarpēji iedarbojošos daļiņu impulsi: sekundārā fotona impulss vienlīdzīgs primārā fotona un fonona, kas piedalās procesā, impulsu summai.

Ja krītošās gaismas intensitāte ir ļoti liela, kas viegli panākams ar impulsu lāzera palīdzību, tad Mandelštama—Briljēna izkliedes aina strauji mainās. Ja gaismas intensitāte ir maza, izkliede proporcionāla fononu skaitam, ja gaismas intensitāte liela, fononu skaits strauji pieaug, izkliedes procesā rodoties jauniem fono- niem. Tā rezultātā ātri palielinās arī pati izkliede. Tā rodas fotonu-fononu lavīna. Tādu procesu sauc par inducēto Mandelštama—Briljēna izkliedi. Fononu lavīna, kā pierādīja Prohorovs un Bunkins, var izraisīt tā materiāla sairšanu, kurā šis process notiek. Tādā veidā var notikt lāzera pašsairšana, jo Mandelštama—Briljēna izkliede notiek arī lāzeru aktīvajos elementos.

Daudzdaļiņu process, kur piedalās divi fotoni un fo- noni, ir ari kombinatīvā izkliede, ko 1928. gadā atklāja Mandelštams un Landsbergs Maskavā, kā arī Ramans un Krišnans Kalkutā. Sī izkliede no iepriekšējās atšķiras ar to, ka fotoni, kas piedalās izkliedē, saistīti nevis ar vides kā vienota vesela siltuma svārstībām, nevis ar siltuma viļņiem, bet ar iekšmolekulārām svārstībām.

Pie lāzeru gaismas intensitātēm novērojama inducētā kombinatīvā izkliede, kurā tikpat strauji pieaug izkliedētās gaismas intensitāte. Uz šā pamata izdevās radīt jaunu speciālu lāzera tipu, ar kuru var iegūt ārkārtīgi spilgtu koherento gaismu.

Nelineārā optika ir viena no jaunākajām senās zinātnes nozarēm. Jau šodien tās panākumi ir lieli, bet nākotnē no tās sagaidāmi vēl lielāki sasniegumi.

5. nodaļa PARAUGI

Pie Ņevas

Vai jums kādreiz ir nācies skaidrā pavasara rītā skatīties uz Ņevu no Admiralitātes lieveņa? Milzīgais, smagnējais Petropavlovskas cietoksnis drūmi raugās uz klīrīgajām Ziemas pils līnijām. Vienkāršais bijušās biržas ēkas stils kontrastē ar divām rostrālām kolonnām, kuras atgādina tos senos laikus, kad jūru un okeānu iekarotājiem palīdzēja buras, nevis tvaiks, par atoma kodolu nemaz nerunājot. Grūti paiet garām, ar skatienu nepakavējoties pie pagātnes silueta. Atceroties pagājušo, cilvēks tiecas uz nākotni — tāda ir cilvēka daba.

Kādā saulainā rītā piecdesmito gadu beigās pa tiltu gāja kāds jauneklis. Viņš soļoja, apkārt neskatīdamies un nekā neievērodams. Jaunais cilvēks steidzās uz darbu, un visas viņa domas bija pie šā darba. Vakaros tās sekoja viņam uz mājām, nosēdināja pie rakstāmgalda, nelaida ne uz kino, ne teātri. Un līdz vēlai naktij neļāva aizmigt. Rītos, kad viņš mundrs un enerģijas pilns pamodās, domas par darbu bija tūlīt klāt, uzmundrināja viņu, nesdamas jaunas cerības. Un viņš steidzās pa krastmalu, apkārt neskatīdamies, neredzēdams ne kādreizējās Pētera Pirmā Mākslas kameras gludo fasādi, ne Universitātes ēkas augsto terasi. Domās iegrimis, viņš nogriezās no krastmalas pa labi starp apstādījumiem un, neredzot ne smaragda zaļumu, ne tālumā iznirstošo masivo bibliotēkas ēku, atkal pārdomāja, kas viņam šodien darāms.

Viņš iegāja institūtā — vienā no pirmajām zinātniskajām iestādēm, ko izveidojusi Padomju valdība, — un, izgājis cauri gariem gaiteņiem, atvēra laboratorijas durvis, iededza gaismu. Laboratorijas logi parasti bija cieši aizklāti ar melniem priekškariem. Jaunais cilvēks risināja vienu no optikas senākajām problēmām. Arī gaisma šeit bija «strādnieks». Neaizstājams, bet patvaļīgs, un to vajadzēja stingri uzraudzīt, vadīt, kā pieredzējis žokejs vada strauju zirgu.

Sajā institūtā ir dzīvas un attīstās tālāk ievērojamo optiķu S. Vavilova, D. Roždestvenska un citu zinātnieku tradīcijas, to zinātnieku tradīcijas, kuri savu dzīvi veltījuši gaismas īpašību pētīšanai un optisko parādību izmantošanai cilvēka labā. Seit cieni un godā tos, kas zinātnei ziedo visu savu laiku, visus spēkus, domas un sapņus. Seit, Vasilija salā, ne tikai teritoriāli, bet arī idejiski saplūduši kopā, nesaraujami savijušies trīs zinātnes tecējumi — akadēmijas, universitātes un nozaru institūtu. Tos vieno tālas perspektīvas, konkrēti uzdevumi un, pats galvenais, cilvēki, kuriem piemīt domas plašums, kuri prot pārdroši prognozēt nākotni un neatlaidīgi tiekties uz nosprausto mērķi.

Uzdevums, pie kura neatlaidīgi strādāja Jurijs De- ņisjuks, vairumam viņa kolēģu šķita neinteresants. Cilvēce iesoļojusi kosmiskajā ērā. Par reālu īstenību kļuvušas atomelektrostacijas. Bet, viņu, lūk, neapmierina fotogrāfijas iespējas!

Jau ir iegūti milzīgo galaktiku un vissīkāko vīrusu attēli. Fotoplatēs fiksētas pat atsevišķas molekulas. Un ir miljoniem visdažādāko fotoaparātu, ar kuriem amatieri un profesionāļi pārvērtuši fotogrāfiju par īstu mākslu, kas atspoguļo apkārtējo pasauli visā tās daudzveidībā. Kas tad vēl vajadzīgs?

Protams, draugi piekrita, ka fotogrāfijai piemīt arī savi trūkumi. Tā ir plakana, nedzīva. Tomēr īsts meistars arī ar parasto fotoaparātu pratīs iegūt brīnišķus rezultātus. Un vēl taču eksistē arī kino.

Pastāv daudz vēl svarīgāku vai interesantāku uzdevumu. Nedrīkst aizmirst arī to, ka milzum daudz Jaužu strādājuši pie fotogrāfijas pilnveidošanas, un starp tiem ir bijuši gan lieli zinātnieki, gan talantīgi inženieri. Katrs solis šeit prasa milzīgu piepūli. Vai tas jel atmaksājas?"

Tomēr Denisjuks skaidri saprata, ka aiz fotogrāfijas lielajiem panākumiem slēpjas principiālas nepilnības. Fotogrāfija spēj fiksēt fotoemuisijā tikai niecīgu daļu no tam ziņām par uzņemamo objektu, ko pārraida gaismas viļņi. Šis pats defekts piemīt arī kinematogrāfijai. Milziga informācijas plūsma paliek neizmantota. Un atrast iespēju, kā apgūt visu pārraidīto informāciju, — nav nekāds vieglais uzdevums. Kas to veiks, būs spēris svarīgu soli, kura tālejošās sekas grūti paredzamas.

Neaprakstīta lapa

Saules, Volta loka vai kāda cita gaismas avota gaisma kaut kādā ziņā ir līdzīga neaprakstītai papīra lapai. Patiešām — apskatot papīru ar lupu vai mikroskopu, var uzzināt daudz interesanta par tā uzbūvi. Taču tas vajadzīgs tikai speciālistiem. Lielais ļaužu vairums papīru izlieto vēstulēm, zīmēšanai. Kļuvis par grāmatu iespiešanas pamatu, papīrs noveda pie intelektuālas revolūcijas. Tas jau daudzus gadsimtus kalpo par galveno informācijas nesēju, informācija satek laikrakstos un žurnālos, daudzus gadus un gadu- simteņus uzkrājas grāmatu lappusēs un likumdošanas aktos. Protams, papīru izlieto arī tīri tehniskām vajadzībām. Un šajā gadījumā ir līdzība ar gaismu.

Pētot gaismas staru īpašības, var uzzināt daudz interesanta. Astronomam stari pastāsta par tālo zvaigžņu uzbūvi, tēraudlējējam par kausēšanas gaitu, tos izmanto arī tehnoloģiskām vajadzībām. Gaisma cilvēcei ir kā spogulis, kurā atspoguļojas visa apkārtējā pasaule. Tā savāc visu informāciju par pasauli.

Kā cilvēkam, tā dzīvniekiem pati galvenā funkcija, ko pilda gaisma, ir informācijas pārraide. Evolūcijas procesā daba izstrādājusi ļoti sarežģītu un pilnīgu sajūtu orgānu — aci. Ko mēs iesāktu bez acīm, bez redzes?

Gaisma, ko atstaro ārējās pasaules priekšmeti, satur bagātīgu informāciju. Acs uztver šo gaismu un nodod saņemto informāciju smadzenēm. Seit tad arī rodas priekšstats par ārējo pasauli. Dzīvniekiem tas ir primitīvs, cilvēkam — daudz pilnīgāks. Acs un smadzenes ir galvenais kanāls, kas mūs saista ar ārējo pasauli un palīdz atspoguļot to mūsu apziņā.

Viktors Obuhovs bija tuvredzīgs. Kad viņš noņēma brilles, acu priekšā viss izplūda. Viktors tagad jau beidzis universitāti, bet brilles pirmo reizi uzlika iestājoties skolā. Tomēr joprojām viņš lētos briļļu stiklus uztver kā brīnumu. Caur tiem viņam atklājas viss pasaules skaistums.

Protams, jau skolā fizikas stundās viņš prata paskaidrot, ka viņa acu lēcām ir pārāk izliekta forma un tāpēc tās nevar tīklenē radīt asu attēlu. Bet briļļu ieliektās lēcas palīdz to izdarīt. Viņš zināja arī, ka tālredzīgajiem, kam acs lēcas ir pārāk plakanas, jānēsā izliektas lēcas, un tad novājinātie acu muskuļi tiek galā ar savu uzdevumu.

Skolniekam Vitjam tas likās vienkārši un saprotami. Bet students Obuhovs juta, ka taisnība aspirantam De- ņisjukam, kurš apgalvoja, ka tikai paviršam vērotājam komplicētais var šķist vienkāršs.

Jā, jā, steidzās piekrist Viktors, tiešām, cilvēks zaudētu laimi un cilvēce neprogresētu, ja bērnības priekšstatu vienkāršība un skaidrība nesagrūtu zem dzīves spiediena.

Deņisjuks droši vien netērētu laiku, lai skaidrotu acīmredzamo, bet sarunas biedrs, pareizāk sakot, klausītājs ir vajadzīgs, lai domu argumentētu, un Deņisjuks centās to formulēt loģiski un skaidri.

Tātad gaisma, ko izkliedē ikviens ķermenis, satur pilnīgu informāciju par sevi. Ne Viktora acs, ne fotoaparāts nav spējīgi fiksēt pat mazāko daļu no šās informācijas. Vai tā ir?

Nu protams! Ko Viktors varēja iebilst? Pietiek viņam noņemt brilles, un viņš kļūst pilnīgi bezpalīdzīgs. Viņš redz gaismu, bet neuztver nekā noteikta. Un, ja tīklenē neparādās attēls, smadzenes ir bezspēcīgas. Tās nav spējīgas izlobīt kaut ko noteiktu no informācijas, kura gan tāpat kā iepriekš ieplūst acs zīlītēs, bet, tā kā lēca to nav noregulējusi, tīklenē veido gaismas jucekli.

Viktors ir sevišķi smagā stāvoklī. Viņa acis nav pilnvērtīgas. Cilvēkiem ar normālu redzi ir vieglāk. Bez īpaša sasprindzinājuma viņi var skatīties kā uz tuviem, tā arī tāliem priekšmetiem un redzēt visu skaidri un noteikti. Lēcas izliekums mainās reflektoriski, kad mūsu uzmanība no viena priekšmeta pievēršas citam. Acs, kuras funkcijas traucētas, to nevar izdarīt. To nevar arī fotoaparāts.

Fotoaparātā, kur objektīva lēcas izliekums ir nemainīgs, attēla asumu iegūst, mainot attālumu no objektīva līdz emulsijai. Ja nebūs noregulēts asums, uz fotoplates parādīsies izplūdis attēls. Tāds pats kā tuvredzīgajam, kas pazaudējis brilles. Par šo nepatīkamo acs un fotoaparāta īpašību tad arī runāja Deņisjuks. Attēls, ko veido lēca, satur ļoti maz no reālo priekšmetu attēla. No visa neaptverami plašā kosmosa precīzi atspoguļojas vienīgi plakne. Viss, kas atrodas tuvāk un tālāk, ārpus tās, redzams neskaidri. Un jo lielāks attālums no izvēlētās plaknes, jo mazāks attēla asums. Pareizi, vai ne?

Perspektīva

Ar lielu cieņu Viktors uzņēma Deņisjuka spriedumu nevainojamo loģiku. Stundām ilgi viņš apskatīja kamenes fotogrāfiju, ko bija ieguvis ar teleobjektīvu. Skaidri redzamas pašas sīkākās pūciņas uz tās kājiņām, puķes ziedlapiņas, uz kurām tā sēž, taču viss pārējais ir izplūdis kā nenoteikts pelēks fons.

Kas tur atradās, kad tika izdarīts uzņēmums? To neviens nemūžam neuzzinās, lai gan gaismas stari, bez šaubām, cauri fotoaparāta objektīvam ir ienesuši visu informāciju. Bet objektīvs, it kā iztērējis visas savas lielās iespējas, lai skaidri attēlotu nelielu ainas daļu, uz visiem laikiem pazaudējis pārējo.

Vai iespējams fiksēt visu informāciju, ko pārnes gaisma, un kā tas izdarāms? Lūk, par ko domāja Jurijs Deņisjuks.

Galvenais, ko mēs zaudējam, izmantojot attēla iegūšanai lēcu, ir telpiskums. Ne velti ir pazīstams teiciens — «plakans kā fotogrāfija». Kā te lai neatceras tradicionālo japāņu glezniecību, kurā sevišķi jūtama neatlaidība, ar kādu mākslinieki centās pārvarēt telpu. Tādā gleznā tālākie priekšmeti novietoti virs tuvākajiem. Tuvie tālākos neaizsedz. Maigie pasteļtoņi un izplūdušās kontūras tik labi atbilst mīkstajiem kalnu pei- zāžiem, ka acs nemaz nepievērš uzmanību galvenajai šīs glezniecības īpatnībai. Bet, tiklīdz gleznā parādās cilvēka roku darinājumi ar savām skaidrajām kontūrām vai blakus tālām ainavām parādās priekšplāns, nāk prātā bērnu zīmējumi. Tie ir plakanil Tikai bērna iztēle vai arī daudzu paaudžu ieaudzināts paradums ļauj, atraujoties no primitīvās formas, iztēloties reālās pasaules telpiskumu. Bērni ātri noiet to ceļu, kuram cilvēce atdevusi gadsimtus. Apbrīnojami ātri viņi iemācās pārnest uz papīra reālās pasaules attēlus. Sliedes, aizejot tālumā, tuvojas viena otrai. Telegrāfa stabi kļūst arvien mazāki. Tikai vēlāk bērni uzzina, ka to sauc par perspektīvu.

Zīmējums un glezniecība, kam trūkst perspektīvas, paši ir bez perspektīvām. Sī rūgtā vārdu spēle vienādā mērā attiecas kā uz abstrakto glezniecību, tā arī uz dažiem citiem ultramoderniem novirzieniem. Vētras brāzmas vienmēr izraisa uz ūdens virsas sīkus vilnīšus. Rodas pilnīga straumes ilūzija. Taču tai trūkst dziļuma.

Progress ir līdzīgs spēcīgai straumei. Tas plūst savu ceļu, neraugoties ne uz kādiem kaprīziem pūtieniem un pat vētrām, kas spēj uz laiku aizturēt tā mūžseno gaitu.

Fotogrāfijai perspektīva ir organiska īpatnība. Optikas likumi, kas nosaka gaismas plūsmu caur objektīvu, pārnes uz fotoemulsiju ārējās pasaules attēlu pilnīgā saskaņā ar perspektīvas prasībām. Tālākie priekšmeti iznāk mazāki nekā tāda paša lieluma tuvākie priekšmeti. Bez tam fotogrāfijā tuvākie priekšmeti aizsedz objektus, kas atrodas aiz tiem. Tas viss ļauj zināmā mērā spriest par attālumu. Un tomēr tas vēl nav īstais telpiskums. Tā mēs redzam, ja aizveram vienu aci.

Viktors novērsa acis no kamenes fotogrāfijas un uzmeta skatienu senas japāņu peizāžas reprodukcijai, domīgi knibinādams savu briļļu kājiņu.

Telpiska redze, domāja Viktors, ir fizikas un fizioloģijas sadarbības rezultāts. Fizika vien šajā gadījumā ir bezspēcīga. Vai aspirants nevēlas pārāk daudz?

Ikvienam cilvēkam taču skaidrs, kāpēc mums ir divas acis. Katra redz no «sava viedokļa». Mazliet no labās un mazliet no kreisās puses. Un mēs parasti neanalizē- jam, kāda atšķirība starp to, ko redz katra acs atsevišķi. Abu acu skatitās ainas nokjūst smadzenēs, un tās bez apziņas līdzdalības analizē neievērojamās atšķirības starp abām ainām un tādā veidā rada telpiskuma priekšstatu.

Ne mācību grāmatās, ne enciklopēdijās Viktors nevarēja atrast, kad un kas pirmo reizi aptvēra visas tās priekšrocības, kādas piemīt augstāk attīstītiem dzīvniekiem, kuriem ir divas acis. Viņš neatrada arī datus par to, kad izgatavots pirmais binoklis, kurā apvienoti divi Galileja tālskati.

Gatavodams semināram ziņojumu par stereoskopisko redzi, Viktors iepazinās ar Helmholca darbiem. Helm- holcs pagājušā gadsimta vidū ne vien lika pamatus modernajai redzes fizioloģijai, bet izgudroja ari tele- stereoskopu — aparātu, kas it kā atvirzīja cilvēka acis vienu no otras. Ar diviem paralēlu spoguļu pāriem, kur malējie atrodas viens no otra vairāk nekā metra attālumā, novērotājs redzēja tālākus priekšmetus tikpat telpiskus, kā tuvākie priekšmeti redzami ar neapbruņotu aci. Pēc šā principa tagad izgatavoti vairums optisko tālmēru. Pirmais mikroskops, kur novērošanai varēja izmantot abas acis, kā izrādījās, bija vēl par divsimt gadiem vecāks, lai gan to realizēt bija daudz grūtāk.

— Tas ir lieliski, — teica Viktors seminārā, — ka pirmais stereoskops — aparāts telpisku attēlu aplūkošanai — ir vecāks nekā fotogrāfija. Kāds R. Smits jau 1738. gadā publicēja savu speciāli izgatavoto dubult- attēlu un aprakstīja vienkāršu ierīci, caur kuru skatoties uz attēlu novērotājs guva pilnīgu tilpuma ilūziju. Kurš gan no mums bērnībā nav kavējis laiku ar tādām rotaļlietām!

Viktors gatavojās referātam ļoti rūpīgi, tajā pat pavīdēja piezīme par to, cik viegli iztaisīt stereopāri no parastā fotoaparāta: pietiek uzņemt divus kadrus, neaizmirstot pirms otrā kadra aparātu pārbīdīt. Protams, fotografējamam objektam jāpaliek nekustīgam. Smadzenes paveiks savu bez kļūdīšanās. Vienlaicīgums nav nepieciešams pat apskatīšanas laikā. Vajag tikai pietiekami ātri aizsegt te vienu, te otru aci. Svarīgs ir fakts, lai katrā acī ienāktu atbilstošā informācija. Un nedrīkst sajaukt labā un kreisā attēla vietu…

Tad vārdu lūdza Jurijs Deņisjuks, un Viktora entuziasms apdzisa.

—   Patiesību sakot, — teica Deņisjuks, — pēc pirrnas sajūsmas par stereoskopa maģisko spēku tā popularitāte pamazām sāka zust, lai gan ari tagad pārdošanā ir kā speciāli stereofotoaparāti, tā ērti stereoskopi. Ar tiem pārāk daudz rūpju. Un, bez šaubām, daudz prieka zūd, kad jāskatās vienatnē. Cilvēks ir sabiedriska būtne, Tas izpaužas pat tādos sīkumos kā fotogrāfiju aplūkošana.

—  Bet kino? — zālē ieskanējās balsis. — Jūs aizmirsāt par kino.

—   Kino, protams, parādījis izeju no strupceļa. Bet tikai daļēji. Kino centās izmantot stereoskopiju, taču noraidīja visu, kas varētu kalpot skatītāju komfortam, bet kas izrādījās tehniski sarežģīts, pat speciālās brilles.

—   Piedodiet, jūs aizmirsāt rastra sistēmas. — Tās bija Viktora referāta «nagla». Tūkstošiem smalku īpašā veidā nostieptu pavedienu aizklāja labajai acij to, kas paredzēts kreisajai, un otrādi. Vajadzēja nedaudz pagrozīt galvu, lai acis novietotos vajadzīgajā stāvoklī.

Katrs, kas kaut reizi skatījies stereokino, noteikti būs bijis ļoti apmierināts, redzot kustošos telpiskos attēlus.

Referāta nobeigumā Viktors teica:

—   Nesen rastra princips no jauna tika izmantots nekustīgu telpisko objektu attēlu iegūšanai. Es runāju par telpiskām (stereo) atklātnēm, kas tagad parādījušās daudzās zemēs. Tiesa, lai uz tām iegūtu stereo- skopijas efektu, jāievēro ļoti liela precizitāte, un tā iespējama tikai rūpnieciskos apstākļos, tāpēc nepavisam nav vienkārši. Dubultotais attēls jāuzneš uz speciālas caurspīdīgas plastmasas, uz kuras virsmas jau iepriekš iespiests tūkstošiem sīku paralēlu svītriņu. Tās ar aci gandrīz nemaz nav saskatāmas, bet tās var sajust, ja ar nagu pārvelk pār virsmu. Sīs svītriņas tad arī «nosūta» katrai acij to attēla daļu, kas tai speciāli paredzēta. Tāpēc jums šķiet, ka biezajā caurspīdīgajā slānī atrodas telpiski priekšmeti. Un, paņemot atklātni rokā, jūs ar izbrīnu konstatējat, ka tā ir pavisam plāna. Un konstatējat arī, cik stipra ir redzes ilūzija, pamatota uz to, ka smadzenēm galu galā vienalga, kāds ir avots, no kura

tās saņem signālus. Šādos gadījumos tās it kā izsaucas Puškina vārdiem:

«Ak, mani apmānīt nav grūti,

Es priecīgs apmānīties pats.»

Viktors pēc sava referāta necerēja uz skajām ovācijām, bet negaidīja arī iebildumus. Viņa palīgi bija solīdi folianti un pat tādi klasiķu izteicieni kā tikko minētās Puškina rindas. Taču Deņisjuks atkal uzlika punktu uz «i».

— Un tomēr stereoskopijai nav nākotnes telpisku attēlu iegūšanas sfērā. Un nevar arī būt. Jau ilgi pirms pēdējiem stereoskopijas sasniegumiem bija skaidrs, ko tā nespēj nekādos apstākļos. Aplūkojot stereopāri caur stereoskopu vai modernā rastra ekrānu, jūs redzat attēlu tikai tā, kā to fiksējis fotoaparāts. Un tikai no tām pozīcijām, kur atradies šis aparāts. Jūs nevarat paskatīties uz priekšmetiem mazliet no sāniem, kaut arī tad atklātos ļoti interesantas detaļas. Un skaidrs, kāpēc tas nav iespējams: platē fiksēts tikai tas, ko «redzējis» fotoaparāta objektīvs. Viss pārējais, kas paslīdējis garām, ir zaudēts uz visiem laikiem. Bet jāatzīmē, ka zaudēta ir arī daļa tās informācijas, kas iekļuvusi objektīvā. Tā var tikt gan fiksēta, tomēr pazust veltīgi. Piedodiet, bet es atkal atkārtoju — mēs vēl neprotam fiksēt visu to informāciju, ko pārnes gaisma.

Neviens par meistaru nepiedzimst

Viktors centās nepalaist garām nevienu iespēju, lai novērotu, kā strādā Deņisjuks. Aspiranta eksperimentu precizitāte un izpildes elegance sagādāja tīri estētisku baudu. Viņš parasti tā iegrima darbā, ka viņa uzmanību nenovirzīja arī nepiederošu personu klātbūtne, ja vien tās netraucēja. Bet Viktors neuzskatīja sevi par nepiederošu, viņš galu galā bija «piekomandēts» students. Taču jebkurš cits zinātniskais līdzstrādnieks liktu saprast, lai nemaisās pa kājām. Vai ari uzskatītu studentus par bezmaksas darbaspēku, kas spēj vienīgi stiept akumulatorus, urbt caurumus un pievienot vadus.

Deņisjuks prata novērtēt un cienīja zinātkāros studentus. Viņš bija pārliecinājies, ka zinātnieka attīstība daudzējādā ziņā ir atkarīga no apstākļiem, kādos viņam jāstrādā, no apkārtējiem cilvēkiem. Viktoram radās iespaids, ka Jurijs Deņisjuks viņu, universitātes studentu, mazliet it kā apskauž. Viktors zināja, ka arī Deņisjuks gribējis iestāties universitātē, taču dzīve tam ievirzījusies citās sliedēs.

Deņisjuks dzimis Sočos šofera un oficiantes ģimenē. Tēvs agri pazudis no mazā Jurija dzīves. Drīzumā zēnam vajadzēja atstāt arī saulainos dienvidus. Māte pārcēlās uz dzīvi Ļeņingradā. Seit zēns uzsāka skolas gaitas, bet drīz vien mācības pārtrauca karš. Veselu gadu viņi atradās blokādē. Pārcieta visu, ko šajā laikā nācās pārciest vīrišķīgajiem ļeņingradiešiem. Četrdesmit otrajā gadā viņus evakuēja. Piecpadsmit gadus vecā Jurija stiprais organisms ātri tika galā ar blokādes smagajām sekām. Viņš iestājās tehnikumā. Tajā laikā zēnā radās īsta mīlestība pret fiziku; tieksmi pēc tās viņš juta jau skolā. Brīvajā laikā Jurijs lasīja fizikas mācību grāmatas augstskolām, iedziļinājās matemātikas studijās.

Kā jau visi kara laika zēni, arī Jurijs Deņisjuks vēlējās drīzāk kļūt pieaudzis un nonākt aviācijas vai tanku karaspēka daļā un uzskatīja, ka fizika, matemātika un motoru pārzināšana palīdzēs drīzāk atvērt kara komisariāta durvis. Bet padomju tauta uzvarēja bez viņa līdzdalības. Pēckara laikā radās milzum daudz citu neatliekamu uzdevumu.

Fizika pamazītiņām ienāca viņa dzīvē. Sākumā tā bija jauneklīga aizraušanās, kas saglabājās ari pēc atgriešanās Ļeņingradā. Viņš pabeidza kuģbūves tehnikumu. Kad apstākļu spiests viņš atteicās no universitātes un sāka darba gaitas, aizraušanās ar fiziku bija izvērtusies patiesā kaislībā.

Pola de Kruī grāmatas, kurām gan nebija nekāda sakara ar fiziku, brīnumainā kārtā iededza viņā kaisli pret zinātni.

Deņisjuka dzīvē liela loma bija mātei. No viņas dēls mantoja gan spējas, gan arī tieksmi pēc zināšanām. Viņa kļuva inženiere, turklāt laba speciāliste, un dēls nevarēja no viņas atpalikt. Deņisjuks iestājās Ļeņingra- das Precīzās mehānikas un optikas institūta vakara nodaļā. Citas izvēles nebija. Seit bija arī fizikas fakultāte, bet Universitātē Fizikas fakultātei nebija vakara nodaļas.

Viktors zināja, ka pat pēc institūta pabeigšanas Deņisjuks nav varējis nodoties fizikai. Viņu norīkoja darbā uz Valsts Optikas institūtu, un viņš nonāca laboratorijā, kur izstrādāja jaunas optiskas ierīces. Ar fiziku šeit nodarbojās citi. Deņisjukam vajadzēja risināt inženiertehniskus uzdevumus. Un viņš risināja. Pienākums vienmēr pirmajā vietā. Tomēr eksistēja ari brīvie brīži. Tie piederēja fizikai. Viņš turpināja sagatavoties darbam fizikā.

Laiku pa laikam, kad Deņisjuks attīstīja savas plates un absolūtā tumsa spieda Viktoru sēdēt bez darba, Deņisjuks dalījās domās ar viņu.

— Izgudrot jaunas optiskas ierīces ir gaužām sarežģīti un interesanti, — viņš teica. — Sarežģīti tāpēc, ka šīs ierīces katrs nākamais solis uz priekšu šajā jomā nepavisam nav viegls. Interesanti, jo tikai grūtību pārvarēšana spēj aizraut pa īstam. Tas, kas iegūstams viegli, drīz vien apnīk. Man, kā jau inženierim, ir bijis jāpilda ne mazums vienkāršu uzdevumu. Tie bija nepieciešami laboratorijai, bet es allaž esmu ilgojies pēc kaut kā sarežģītāka.

Tajā laikā, — turpināja Deņisjuks, — manās rokās nokļuva zinātniski fantastisks stāsts. Tā varonis bija iemācījies radīt reālu priekšmetu kopijas, nevis attēlus, bet tieši kopijas. Precīzas kopijas, kas nebija atšķiramas no oriģināla. Tas mani apdullināja kā ar mietu pa galvu. Iespējams, arī es neapzināti biju tiecies pēc- tā paša. Sēkla bija kritusi auglīgā zemē. Man šķita, es varu to sasniegt un man tas jāsasniedz. Protams, plānā neko tamlīdzīgu ieslēgt nevar. Un es nolēmu iet uz aspirantūru. Man laimējās. Es aprunājos ar Jevgeņiju Judinu — lielisku cilvēku un pieredzējušu fotometristu. Viņš mani saprata un bija ar mieru kļūt par mana darba vadītāju. Tiesa, vēlāk viņš atzinās, ka nav ticējis maniem murgiem, vienīgi redzējis, ka cilvēks iededzies, un tāda pārliecību nemainīsi. Radošs zinātnieks, kā uzskatīja Jevgeņijs Judins, ir vienmēr vajadzīgs. «Lai Deņisjuks iztrakojas,» viņš domājis, «lai dzenas pakaļ himerām, gan pēc tam ķersies pie reālām lietām.» Bet arī pēc tam, kad vezums bija sācis kustēties, viņš netraucēja mani iet savu ce|u. Interesējās par manu darbu. Un es, stāstot viņam par šķēršļiem un grūtībām, vieglāk atradu ceļu to pārvarēšanai.

Uzmanīgam, saprotošam klausītājam, kas spēj iedziļināties, ir ļoti liela nozīme, — savu stāstījumu beidza Deņisjuks. — Tas kā katalizators spēj ierosināt prāta reakcijas.

—   Tatad jūs no fantastikas nonācāt pie zinātnes? — jautāja Viktors.

—   Vari uzskatīt, ka tā tiešām noticis. Tomēr nevis no fantastikas, bet drīzāk no filozofijas. Jau institūtā es aizrāvos ar Ļeņina atspoguļošanas teoriju. Zini, kāda tā ir. Attīstība no vienkāršākās atspoguļošanas formas, kāda raksturīga nedzīvai dabai, uz domāšanu — augstāko atspoguļošanas formu. Es gribēju atrast iespēju, kā reālus priekšmetus atspoguļot tik pilnīgi, lai atspulgs saturētu arī pašas sīkākās oriģināla īpatnības. Fotogrāfija to nespēj, jo tā rāda tikai plakanas, nedzīvas ēnas. Hieroglifs vai rakstītais teksts vienā ziņā dod vairāk. Lasītpratējs izlasīs vārdus «suns» vai «ērglis» un spēs iztēloties šos radījumus skaidri līdz pat vissīkākajai spalviņai.

Ar optikas palīdzību es gribēju atrast tādu kodu vai šifru, lai tēlu varētu atšifrēt bez kādas iztēles. Un to es esmu atradis pašos optikas pamatos. Gaismas viļņu īpašībās, viļņu lauku likumos.

Reizēm Viktoram šķita, ka Deņisjuks tik ļoti aizrāvies, ka aizmirsis viņa klātbūtni. Viktors klausījās nevis stāstījumu vai paskaidrojumus, bet gan domu plūsmu. Viņš kļuva par radošā procesa dalībnieku. Deņisjuks it kā atkal un atkal pārdomāja savu darbu, tā pamatus un detaļas. Bet Viktors tikai «atspoguļoja» zinātnieka domas, atvieglojot viņam pāreju no viena prātojuma pie nākamā.

Katrs priekšmets atstaro gaismu savdabīgi, savā veidā, un gaisma sniedz informāciju par priekšmetu. Ļoti sīku informāciju par tā formu, krāsu, par spēju uzsūkt vai atstarot dažādus gaismas viļņus. Fotoaparāta objektīvs un fotoemulsija «pieraksta» tikai nelielu daļu no šās informācijas plūsmas.

Ievērojami vairāk informācijas var iegūt, ja salīdzina to viļņu struktūru, ko atstarojuši priekšmeti, ar krītošu vilni, ar vilni, kas izplatās no gaismas avota un ko vēl nav izkropļojis neviens priekšmets… Nav izkropļojis priekšmets … priekšmets …

Tad, lūk, kur ir šis lēciens, bez kura nav iespējama ielaušanās nezināmajā!

Sajā domā neapzināti savijusies gan atspoguļošanas teorija, gan gaismas viļņu teorija. Bet interferences parādība (divu viļņu lauku savstarpējā iedarbība), ko pagājušā gadsimta sākumā atklāja Tomass Jungs, tieši norādīja, kā salīdzināt krītošas un atstarotas gaismas laukus. Tie jāuzklāj viens uz otra, jāpiespiež interferēt un fotoemulsijā jāfiksē rezultāts. Un pēc tam… Kas jādara pēc tam — ir skaidrs. Jāatceras tikai Frenela zonu plate. Plate, uz kuras virsmas uznesta koncentrisku gredzenu sistēma; gredzenu izmērus bija aprēķinājis Frenels. Plakana plate, kas spēj fokusēt gaismu kā izliekta lēca. Plate darbojas kā lēca!

Ne velti viņš, Deņisjuks, tik daudz laika ziedojis optikai. Tagad optika viņam simtkārt atmaksās un atvieglos turpmāko darbu!

Sāda veida optisko tehniku Deņisjuks labi pazīst. Frenela zonu plate ir mākslīgas lēcas paraugs, šifrēta lēca. Lai atšifrētu uzrakstu, pietiek vērst uz to gaismas kūli!

Lai fiksētu fotoemulsijā to informāciju, ko satur izkliedēta gaisma, jebkura gaisma neder. Vēl vairāk, neviens no gaismas avotiem, kas pazīstami cilvēkiem, nav devis vajadzīgās kvalitātes gaismu. Gaisma, kas nāk no šiem avotiem, ir līdzīga troksnim. Enerģija tajā var būt ļoti liela, bet nav tās kārtības, kas raksturīga skaņu viļņiem, kurus rada vijole, vai tiem viļņiem, kuri rāmā laikā veļas pa jūru.

Izgriežot šauras spektrālās līnijas no lieljaudas dzīvsudraba lampu izstarojuma, Deņisjuks ieguva sakārtotus gaismas viļņus.

Un Viktoram šķita, ka aspirants iet pa noslēgtu apli. Cenšoties arvien vairāk noregulēt izmantojamos gaismas viļņus, viņam jāizgriež arvien šaurāks spektrā- lais apgabals, bet līdz ar to neizbēgami samazināsies viņa rīcībā nonākošā gaismas enerģija. Un arvien garāks kļūs laiks, kas nepieciešams šifra — interferences ainas veidošanai. Un, lai kā viņš pūlētos, interferences ainu pie tādas gaismas varētu iegūt tikai pilnīgi tumšā telpā un vienīgi no nelieliem priekšmetiem, kas atrodas ļoti tuvu pie ierīcēm, ar kurām piekrauts Deņisjuka galds.

Kad Viktors pirmo reizi nokļuva Deņisjuka laboratorijā, lielākā daļa laika nemaz netika veltīta optiskiem eksperimentiem. Bija parādījies jauns Deņisjuks, ne fiziķis, bet ķīmiķis un tehnologs, fotoemulsijas izstrādāšanas un pagatavošanas speciālists. Parastās fotoemulsijas spēj reproducēt desmitiem atsevišķu līniju katrā milimetrā. Deņisjukam optiķim bija nepieciešama emulsija, kas vienā milimetrā spētu reproducēt simtiem, vislabāk — tūkstošiem līniju. Un vēl vairāk. Parastās emulsijas dod attēlu tikai plānā kārtā. Bet tam, ko iecerējis Deņisjuks, vajadzīgas biezas emulsijas, kas laistu cauri gaismu pietiekami dziļi. Un Deņisjuks optiķis bez žēlastības brāķēja Deņisjuka ķīmiķa rezultātus tik ilgi, kamēr nebija iegūta vajadzīgā emulsija.

Reiz Viktors pajautāja:

—   Kāpēc jūs nepasūtāt, lai speciālisti iztaisa emulsiju?

—   Tādas emulsijas pagaidām vajadzīgas tikai man. Speciālisti jau tā ir noslogoti ar svarīgiem darbiem. Ko darīt — neviens par meistaru nepiedzimst.

Krāsa bez krāsām

Reiz, runādams par savu metodi, Deņisjuks pieminēja Lipmana krāsainās fotogrāfijas, nemaz nenojauzdams, ka Viktorā tas izraisīs dzīvu interesi un ka viņš sāks vakaros aizkavēties laboratorijā. Viktoru aizrāva krāsaino fotogrāfiju iegūšanas veids, izmantojot melnbaltās emulsijas. Nekādas īpašas perspektīvas tas nesolīja. Tagad šo krāsainās fotogrāfijas iegūšanas metodi sen izspieduši jauni paņēmieni, kas izmanto modernas daudzkrāsainas emulsijas. Taču Lipmana metode piesaistīja Viktora interesi.

Viktors pat izgatavoja vienu tādu fotogrāfiju. Pats grūtākais bija iztaisīt speciālu kaseti dzīvsudrabam. Plate bija jāieliek kasetē ar emulsiju uz iekšpusi un no malām cieši jāpiespiež. Pēc tam kasetē jāielej dzīvsudrabs.

Dzīvsudrabs tika izmantots par spoguli, kas cauri emulsijai izgājušo gaismu atsviež atpakaļ dzīvsudrabā. Bez dzīvsudraba iztikt nevarēja, un Viktoram šis darbs bija jāveic ķīmiskās laboratorijas velkmes skapī. Pēc tam, kad tas viss bija pabeigts, Viktors attīstīja plati. Kopš tā laika plate vienmēr stāv viņam uz galda. Kā spilgtas saules, tā parastās spuldzes gaismā uz tās redzama koši sarkana roze uz smaragdzaļu lapu fona.

Daži Viktora paziņas neparko negribēja ticēt, ka šai lieliskajai fotogrāfijai nav izmantota krāsainā emulsija. Saviem studiju biedriem viņš to varēja pierādīt ar mikroskopu — ar to emulsijā bija redzami tikai parastie melnie plankumiņi. Taču cilvēki, kas nebija optiķi, viņam neticēja.

Lai īsti izprastu šāda brīnuma cēloni, emulsijas griezums jāapskata no sāniem. Arī tas nav vienkārši. Palielinājumam jābūt pamatīgam, jo jāskata taču struktūra, kuras izmēri ir mikrona daļas.

Taču skeptiķi, tāpat kā agrāk, neredzēja nekādas krāsas. Tomēr nevarēja nepamanīt, ka melnie punktiņi izvietoti pārsteidzoši regulāri. Kā izrādījās, tie grupējas slālīos, kas atrodas vienādā attālumā cits no cita. Tiesa, šie atstatumi dažādās emulsijas vietās ir dažādi, un dažāds ir arī slāņu blīvums, taču acīs dūrās to gandrīz pilnīgā paralelitāte visās emulsijas daļās. Cilvēkam, kas nav optiķis, šis apstāklis, protams, nekā neizsaka. Bet, kas iepazinis gaismas likumus, tam atklājas vēl viena ievērojama optikas īpatnība: fotoplate, kas eksponēta pēc Lipmana metodes, atšķiras ar to, ka tās melnbaltā emulsija fiksējusi ne tikai rozes attēla kontūras, ko devis objektīvs, bet arī pierakstījusi informāciju par attēla atsevišķu detaļu krāsu, turklāt tā, ka informācija tieši pārveidojas atbilstošās krāsās, ja plati vienkārši apgaismo ar baltu gaismu.

Tāpat kā parastajā fotogrāfijā, objekta dažādais spilgtums platē atspoguļojās kā atsevišķu vietu dažāda melnuma pakāpe. Informācija par krāsu ierakstīta melno un balto slāņu mijā pašā emulsijā. Slāņus fiksē vertikālie gaismas viļņi, kuri veidojas no objekta plūstošo viļņu un atstaroto viļņu mijiedarbībā; atstarotos viļņus dod tiem pretī novietotais dzīvsudraba spoguļ- slānis, kas novietots aiz emulsijas. Tas ir asprātīgs kods, kurā ierakstīta informācija par priekšmeta krāsu, un Lipmans to prata atšifrēt un izmantot.

Kaut ko līdzīgu katrs būs novērojis uz ūdens virsmas, kad pagara viļņu virkne atstarojas no kāda izstiepta nekustīga šķēršļa. Uz ūdens virsmas it kā sastingst stāvvilnis, taču tas nebūt nav vienkāršs vilnis. Atstarotais vilnis te ir krītošā viļņa turpinājums. Minētā parādība ir viena viļņa divas daļas, tāpēc tās stingri saskaņotas savā starpā. Tās ir savstarpēji koheren- tas, teiktu fiziķis, tādā mērā, cik koherentas ir paša krītošā viļņa dažādās daļas. Tieši pie paša šķēršļa ūdens daļiņas ir praktiski nekustīgas. Noteiktā attālumā no tā svārstību amplitūda ir maksimāla. Tas ir stāvviļņa blīzums. Atkarībā no šķēršļa attāluma birzumi seko vienādā atstatumā cits aiz cita, atdalīti ar mezgliem — apgabaliem, kur ūdens praktiski paliek nekustīgs.

Atstatumi starp blīzumiem ir vienādi ar attālumiem starp mezgliem. Tie ir divreiz īsāki par viļņa garumu, kas skrien pa brīvu ūdens virsmu tālu no šķēršļa, kur nenonāk atstarotie viļņi.

Vēlēdamies padarīt krāsainu apkārtējo pasauli, Lip- mans atrada metodi, kā fotoemulsijā fiksēt gaismas stāvviļņus. Emulsijas virsējā kārta, kas piekļaujas spogulim, paliek caurspīdīga. Tumšie slāņi, ko atdala vienādi caurspīdīgi starpslāņi, ir gaismas viļņu blīzumu pēdas, tas ir, to apgabalu pēdas, kur krītošā un atstarotā viļņa amplitūdas saplūst un fotoķīmisk^s iedarbības 'intensitāte bijusi maksimāla. Attālums starp slāņiem ir vienāds ar gaismas viļņa garuma pusi: zaļajai gaismai tas ir 0,5 mikroni, sarkanajai apmēram 0,6, violetajai 0,4. Tāpēc atkarībā no atbilstošās attēla vietas krāsas Lipmana fotogrāfijā mainās atstatums starp tumšajiem slāņiem.

Tieši šajos atstatumos ir fiksētas ziņas par attēla krāsām. Sis gaismas filigrānais, varētu teikt — juveliera darbs bija tas, kas aizrāva Viktoru. Krāšņais blīzumu un mezglu savijums it kā gaidīja atšifrētāju. Varētu likties — šo kodu nevienam nesaprast. Taču Lipmana fotogrāfiju šifra atslēga bija ļoti vienkārša. Tās jānovieto zem spilgtas baltās gaismas kūļa. Plate atstaros to tā, ka no daļām, kurās starp slāņiem ir 0,25 mikroni, plūdīs intensīvi zaļās gaismas viļņi, tur, kur starp slāņiem ir 0,3 mikroni, mēs redzēsim sarkanu gaismu un tā tālāk. Katrs plates iecirknis darbojas kā filtrs, optisks filtrs, kas no baltās gaismas haosa izdala tikai tos viļņus, kuru garums divreiz lielāks nekā attālums starp emulsijas slāņiem. Tikai šie viļņi atstaro no katra slāņa saskaņoti, tā, ka katrs atstarotais vilnis saplūst ar pārējiem, kas atstaroti no citiem slāņiem. Viļņi, kuru garums neatbilst attālumam starp slāņiem, atstarojas no tiem haotiski. Katrai «svešās» gaismas daļai, kas atstarojas no dažādiem slāņiem, ir sava fāze, teiktu fiziķis. Tāpēc uzklājoties tie nepastiprina cits citu, bet, sajaucoties savā starpā, veido nenoteiktu pelēcīgu fonu, kas «izsmērē» Lipmana fotogrāfiju krāsas. Bez tam šo fotogrāfiju kvalitāti pasliktina ari pašas fotoemulsijas īpašības. Sudraba graudiņi tajā parasti ir pārāk lieli, lai melnbaltajā kodā iešifrētu visu reālās pasaules gaismas gammu.

Reiz Deņisjuks ar saviem biedriem aspirantiem Kuš- pilu un Subotinu Viktora klātbūtnē apsprieda zinātniskās jaunrades problēmas. Tā bija sarežģīta un juceklīga saruna. Viktors no visa dzirdētā atcerējās tikai vienu faktu, ko bija pastāstījis Deņisjuks.

Kā izrādījās, arī Lipmans bija sapņojis par precīzas telpiska priekšmeta reprodukcijas metodi un šinī virzienā veicis lielu darbu. Bet ar ko izskaidrojams, ka viņš, cilvēks, kas pirmais spēja fiksēt fotoemulsijā viļņu lauku sadalījumu un kas atradās ceļā uz hOlogrā- fiju — atklājumu, kurš drīz vien deva Deņisjukam gan honoris čausa zinātņu doktora, gan PSRS Zinātņu akadēmijas korespondētājlocekļa nosaukumu un Ļeņina prēmiju, izvēlējās citu ceļu?

Lipmans gribēja atklāt «logu uz priekšmetu iekšējo uzbūvi» un pirmais ieteica šim nolūkam izmantot rastra optiku, to pašu optiku, uz kuras dibinās mūsdienu stereokino un stereoatklātnēs. Bet kas gan ir stereo- kino un atklātnes salīdzinājumā ar hologrāfiju, līdz kurai viņš tā arī nenonāca. No perspektīvā viļņu bpti- kas ceļa Lipmans pagriezās atpakaļ ģeometriskās optikas strupceļā un vairs nevarēja no tā izkļūt.

Pasaules kopija

Deņisjuks izlietoja daudz laika un spēku, lai radītu biezslāņainu emulsiju, kam būtu lielas izšķiršanas spējas un liels jutīgums, ne jau tāpēc, lai pilnveidotu Lipmana krāsaino fotogrāfiju. Deņisjuks k§ Jau īsts zinātnieks un reālists nemaz necentās tāda veidā konkurēt ar lētajām un ērtajām mūsdienu krāsainās fotogrāfijas iegūšanas metodēm.

Viņam bijā svarīgāks un grūtāk sasniedzams mērķis. Viņš centās iešifrēt emulsijā plašu informāciju par ārējo pasauli. Deņisjuks gribēja iemācīties atveidot priekšmetus visā to telpiskumā. Gribēja iegūt reālas priekšmetu kopijas. Vēlējās fantastiku pārvērst īstenībā.

Protams, vērojot Deņisjuka laboratorijas iekārtu, Viktors ne bez pamata atcerējās Lipmana metodi. Ta dažreiz viens atsevišķs vārds liek atcerēties visu dzejoli.

Tomēr Deņisjuka un Lipmana metodēs kopīgs bija tikai viens faktors — abās gaismas stāvviļņi tiek fiksēti fotoemulsijas slānī. Viss pārējais abiem bija atšķirīgs — gan mērķis, gan stāvviļņu ieguves metode, gan pats gaismas avots. Deņisjuka iekārtā trūka ne vien fotoaparāta, v bez kura nav iespējams iegūt Lipmana fotogrāfijas, trūka pat fotoobjektīva. Turpretī viņam vajadzēja aizsargāt savu ierīci no jebkuras neparedzētas gaismas un strādāt tumšā telpā.

Viktoru satrieca šās ierīces vienkāršība. Vislielāko vietu uz masīvā galda aizņēma lieljaudas dzīvsudraba spuldze necaurlaidīgā metāla apvalkā; spuldzi dzesēja ar ūdeni. Spuldzes gaisma uz āru izkļuva tikai caur speciālu filtru, kas laida cauri vienīgi ārkārtīgi šauru spektra daļu. Sī gaisma sadalījās divās daļās. Viena daļa nonāca uz plakanu spoguli un atstarojās no tā uz fotoplati. Otra daļa apgaismoja miniatūru skalu, kas nostiprināta speciālā statīvā. Uz skalas bija redzamas smalkas svītriņas un mazi cipari.

Zaļā, spokainā gaisma izrāvusi no pilnīgas tumsas šo skalu un taisnstūra fotoplati. Vairāk nekas nav redzams. Visu pārējo sedz melna tumsa. Pat spoguļa un pašas spuldzes klātbūtne ir jaušama tikai pēc vāja spīduma. Ilga, ļoti ilga ir ekspozīcija. Un pēc tam plate iziet parastās attīstīšanas, fiksēšanas, mazgāšanas un žāvēšanas procedūras.

Viktors uzmanīgi apskatīja šīs plates, pūlēdamies atrast uz tām kādas attēla pazīmes, bet velti. Plates šķita pelēkas, it kā tās būtu izgaismojis nemākulīgs fotogrāfs. Tiesa, ar mikroskopa palīdzību tur varēja saskatīt nesaprotamus, spokainus rakstus. Tomēr arī mikroskops nerādīja nekā, kas līdzinātos tai skalai, kuras attēlam vajadzēja būt fiksētam uz plates.

Tomēr pietika apgaismot šo plati ar spilgtu saules vai vienkārši ar stipru elektrisko gaismu, lai notiktu brīnums. Aiz plates iznira skala, tieši tāda, kāda te atradās pirms vairākām stundām, bet tagad novietota kastītē, kas glabājās galda atvilktnē.

Viktoru pārsteidza tas, ka skala šķita apgaismota ar zaļu gaismu, lai gan gaisma, kas krita uz plati, bija balta. Taču atklājās vēl kaut kas, daudz negaidītāks. Pagrozot galvu pa labi vai pa kreisi, skalu bija iespējams aplūkot no vairākām pusēm. Tā šķita tik reāla, ka radās vēlēšanās to pataustīt ar roku, taču roka sastapa vienīgi tukšumu. Tur, kur acis skaidri redzēja skalu, nebija nekāl

Deņisjuks, protams, līksmoja ne mazāk kā visā pasaulē pazīstams mākslinieks, kurš savā gleznā uzzīmējis mušu tā, ka ikvienam, kas pie gleznas pienācis, radusies vēlēšanās to aizdzīt. Un ļaudis apgalvoja, šī muša radusies divu ģēniju sacensības rezultātā, kuri tiekušies viens otru pārspēt ar savu gleznu reālistiskumu.

Deņisjukam pagaidām konkurenta nebija un viņš tik taustāmi nevarēja pārliecināties par savas mākslas spēku. Tomēr jāpiebilst, ka konkurents viņam bija, bet tas atradās otrā Eiropas malā un Deņisjuks par viņu pagaidām nekā nezināja un nevarēja salīdzināt sava darba rezultātus ar viņa darbu.

Pagaidām Deņisjuks priecājās viens. Viņam bija izdevies fiksēt priekšmeta attēlu un reproducēt to! Lai arī pašā platē nav redzams nekas līdzīgs objektam. Arī vārds, kas uzrakstīts uz papīra, nemaz neizskatās pēc tā, ko tas apzīmē. Tomēr tas savdabīgi attēlo pasauli, un pietiek cilvēkam vārdu izlasīt, lai izprastu tā jēgu. Deņisjuka plate veica gandrīz tādu pašu uzdevumu.- Tajā nebija redzams parasts attēls, bet, ja uz to krita atbilstoša gaisma, uz plates apbrīnojami dzīvi parādījās attēls.

Deņisjuks ļoti nožēloja, ka nevar parādīt Judinam tādu plati. Jevgeņijs Judins ilgi un smagi slimoja ar kakla vēzi un īsi pirms izšķirošā eksperimenta nomira. Viņš vēl paguva tikai pārliecināties, ka viņa aspiranta ideja ir pareiza. Izmantojot savu ierīci, Deņisjuks izgatavoja ieliekta spoguļa attēlu, un šis attēls «izturējās» kā īsts ieliekts spogulis, koncentrējot gaismas starus vienā punktā. Kā jau Deņisjuks bija gaidījis, spoguļa attēls atgādināja Frenela zonu plati, jo izliektas lēcas un ieliekta spoguļa īpašības ir gandrīz vienādas.

Tomēr jāsaka, ka zonu plati parasti izgatavoja izmantojot cirkuli, bet Deņisjuks sava spoguļa «šifru» ieguva tīri optiskā ceļā. Un šis šifrs bija nevis plakans kā parastā zonu plate, bet gan ar daudziem slāņiem, telpisks. Tāpēc Deņisjuka plate «izraudzījās» un fokusēja tikai tās gaismas starus, ar kuras palīdzību uz tās bija iegūts šifrēts spoguļa attēls.

Un Judins, kurš bija jau smagi slims, apsveica savu aspirantu ar lielisko panākumu.

Priekšgājējs

Deņisjukam Judina nāve bija smags trieciens. Tajā laikā viņu vēl arvien uzskatīja par savādnieku un viņa darbus neņēma nopietni.

Drīz vien Deņisjukam vajadzēja izturēt vēl vienu triecienu. Kāds optiskā institūta līdzstrādnieks, atgriežoties no ārzemju komandējuma, atveda referātu anotāciju sakopojumu. Sie referāti tika nolasīti konferencē, kurā viņam bija jāpiedalās. Kāda priekšlasījuma anotācijā, kas viņam šķita interesanta, Deņisjuks ievēroja autora atsaukšanos uz kāda Denisa Gabora rakstu. Kas viņu saintriģēja šajā rakstā? Viņš steidzās uz bibliotēku un tur — ak šausmas! — skaidri un noteikti formulētu izlasīja to, ko pats daudzos variantos bija pierakstījis savā laboratorijas piezīmju burtnīcā!

Tās pašas domas par fotogrāfijas nepilnībām, tās pašas idejas par objekta gaismas lauka fiksācijas iespējām. Deņisjukam šķita, ka viņš atkārtojis to darbu, ko pirms desmit gadiem jau bija veicis Gabors …

Viņš sameklēja visus pieejamos Gabora darbus. Galvu nepacēlis, sēdēja pie tiem vairākas dienas un naktis… Un viņam kā akmens novēlās no sirds. Jā, viņi bija tiekušies uz vienu mērķi, vadījušies pēc vieniem un tiem pašiem priekšnosacījumiem, taču gājuši pa dažādiem ceļiem. Viņu darbā bijis daudz kā kopēja. Tomēr bijušas arī ārkārtīgi svarīgas atšķirības. Un ne vienkārši atšķirības. Viņu sasniegtie rezultāti ir dažādi.

Pēc Deņisjuka domām, vislabākā metode, kā izprast sarežģītu problēmu, ir mēģinājums pastāstīt to kādam citam. Tāpēc, atceroties to apzinīgo un rūpīgo referātu, kuru Viktors bija nolasījis iepriekšējā seminārā, viņš ierosināja Viktoru sagatavot ziņojumu studentu pulciņā par Gabora darbiem un pats labprāt tam palīdzēja.

Lielbritānijas Karaliskās biedrības loceklis, daudzu zinātnisku grādu un nosaukumu ieguvējs Deniss Gabors dzimis Budapeštā, kur pēc skolas beigšanas ķērās pie elektrotehnikas studēšanas. Speciālo izglītību ieguva Berlīnē un 1927. gadā saņēma doktora — inženiera diplomu par darbu «Pārejošo procesu pieraksts elektriskajās ķēdēs, izmantojot katodu oscilogrāfu». Sajā darbā pārejošo procesu pierakstam viņš pirmais izmantoja magnētisko lēcu ar dzelzs serdeni un bista- bilo elektronu shēmu. Kā vienu, tā otru tagad plaši pielieto gan speciālās ierīcēs, gan ieslēdzot skaitļošanas mašīnas, gan arī vairākumā televizoru.

Ilgus gadus Gabors strādāja Berlīnē, pētot elektrisko izlādēšanos gāzēs, arī to, ko tagad sauc par plazmu. So darbu gaitā viņš izgudroja metodi, kā savienot metālu ar stiklu, izmantojot plānas molibdēna lentītes.

Drīz pēc tam, kad varu sagrāba fašisti, Gabors atstāj Berlīni un pārceļas uz Angliju. Seit viņš izgudro katoda caurulīti ar atmiņas iekārtu, ko šodien plaši pielieto gan daudzās skaitļošanas mašīnās, gan radiolokatoros. Seit ilga darba rezultātā viņš izgudroja arī jaunu attēla iegūšanas metodi.

Tajā laikā par vissvarīgāko uzdevumu Gabors uzskatīja elektronu mikroskopa pilnveidošanu. Elektronu mikroskops no parastā mikroskopa atšķiras nevis ar darbības principu, bet ar to, ka attēlu tajā veido nevis gaismas viļņi, bet elektroni, kas, izgājuši cauri pētāmajam objektam, krīt uz fotoemulsiju. Tajā emulsijas vietā, kur nokļuvis elektrons, pēc attīstīšanas parādās nomelnējums. Tur, kur nonācis vairāk elektronu, no- melnējums ir intensīvāks.

Elektronu mikroskopā izmantojamās lēcas, protams, atšķiras no optiskajām lēcām. Tās ir magnētiskās vai elektriskās lēcas, kuru tinumi vai elektrodi rada atbilstošus magnētiskos vai elektriskos laukus, un tie izliec elektronu lidojuma trajektorijas, līdzīgi kā optiskās lēcas izliec gaismas starus. Lai gan starp šīm lēcām pastāv būtiskas fizikālas atšķirības, tomēr to darbības rezultāti, kā izrādās, ir visai tuvi.

Elektronu mikroskops, tāpat kā optiskais mikroskops, plaknē» kurā atrodas fotoemulsijā, veido asu un skaidru tikai nelielas pētāmā objekta daļas attēlu. Kontrastains pārējo daļu attēls iegūstams, tikai pārvietojot emulsiju vai mainot strāvu, kas plūst caur magnētiskajām lēcām, vai spriegumu elektriskajās lēcās. Iegūt asu objekta attēlu vienlaicīgi visā emulsijas slānī nav iespējams. Nofokusētās objekta daļas dod fotogrāfijā fonu, kas tikai pasliktina attēla kvalitāti un nesniedz par objektu nekādu papildu informāciju.

Gaboram nedeva miera doma, ka elektronu plūsma, kas izgājusi caur objektu, satur sevī pilnīgu informāciju par visām savstarpējām sakarībām, ko tie «pieredzējuši» objektā. Un viņā auga vēlēšanās atrast iespējas tādas informācijas izmantošanai. Gabors skaidri saprata, ka panākumiem, ko dos sekmīga šā speciālā uzdevuma atrisināšana, būs daudz tālākejošas sekas. Jo ari gaisma, kas krīt fotoaparāta objektīvā vai acs zīlītē, satur plašu informāciju par visiem priekšmetiem, kuri izstaro gaismu. Tomēr ne acs, ne fotoaparāts, ne arī elektronu mikroskops nevar vienlaicīgi veidot asu attēlu visām detaļām neatkarīgi no to atrašanās vietas. Tāda ir attēla veidošanās īpatnība, ja izmanto lēcu. Lēca attēlo plaknē tikai plakanus objektus, kas novietoti noteiktās «saistītās» plaknēs. Fotoemulsijas nomel- nējuma pakāpe ir proporcionāla lotonu vai elektronu plūsmas intensitātei. Un rezultātā fotoemulsijā fiksē tikai niecīgu daļu no tā informācijas daudzuma, ko pārnes gaisma vai elektroni.

Gabors pirmais pievērsa uzmanību tam, cik trūcīgs ir fotoattēls salīdzinājumā ar to informācijas bagātību, ko satur gaismas vai elektronu plūsma. Viņš parādīja ceļu, kā šo trūkumu pārvarēt,

Gabora panākumi

Šis Gabora ieteiktais ceļš arī tagad liekas paradoksāls. Tas sastāv no vairākiem lēcieniem.

Pirmais — atteikšanās no lēcām, jo, veidodamas objekta attēlu vienā plaknē, lēcas noved pie informācijas zuduma par pārējo, turklāt lielāko objekta daļu.

Otrais — fiksēt fotoemulsijā nevis objekta attēlu, bet pēc iespējas visu informāciju par objektu, informāciju, ko pārnes elektronu kūlis vai gaismas stari.

Trešais — ierakstīto informāciju izmantot, lai beigu beigās radītu gaismas kūļus, kuros būtu ietverta visa šī informācija.

Ceturtais — ar šo gaismas kūļu palīdzību veidot tā objekta attēlu, par kuru informācija tika fiksēta procesa pirmajā stadijā.

Gabors uzsvēra, ka jaunā metode radikāli atšķiras no parastās fotogrāfijas, kura ieraksta fotoemulsijā priekšmeta attēlu vienā paņēmienā. Strādājot pēc jaunās metodes, attēla iegūšanas process sastāv no diviem posmiem, kas notiek dažādos momentos un pilnīgi neatkarīgi viens no otra. Vispirms fotoemulsijā par objektu tiek ierakstīta informācija, kas ietverta gaismas vai elektronu plūsmā. Starp objektu un šo plūsmu notiek savstarpēja iedarbība. Pēc attīstīšanas ierakstīto informāciju var saglabāt, cik ilgi nepieciešams, un, kad vajadzīgs, var ķerties pie otra posma — reproducēt attēlu uz šās informācijas pamata. Savu metodi Gabors nosauca par hologrāfiju, kā parasti, izmantodams grieķu valodu. «Hologramma» grieķu valodā nozīmē «pilnīgs pieraksts». Attēla reproducēšanu ar hologrammas palīdzību viņš nosauca par rekonstrukciju.

Ja hologrammu apskata ar neapbruņotu aci vai pat mikroskopā, tajā nav redzams nekāds objekta attēls. Neapbruņotai acij plate var likties vienkārši sabojāta. Ar mikroskopu tajā var ieraudzīt haotisku ļoti sīku punktiņu sakopojumu; punktiņi vietām veido rakstu, kas atgādina sīkus vilnīšus, kādus rāmā dīķī saceļ spēcīgas vēja brāzmas.

Ikvienam, kam ir kaut mazākā sajēga par fotografēšanu, būs skaidrs, ka tādu ierakstu nevar iegūt, vienkārši novietojot fotoemulsiju elektronu vai gaismas plūsmas ceļā un zinot, ka starp elektroniem vai gaismu un starp objektu ir notikusi mijiedarbība. Fotoemulsijā, kas reaģē tikai uz plūsmas intensitāti, pati par sevi spēj fiksēt vienīgi niecīgu informācijas daļu, kas ieslēgta šajā plūsmā. Tamlīdzīgi naivi mēģinājumi tikai sabojās fotoplati. Tā tiks sagaismota, kā teiktu foto- amatieris.

Lai pierakstītā informācija būtu pēc iespējas pilnīgāka, jāveic speciāli pasākumi. Par Gabora nopelnu jāuzskata tas, ka viņš ne tikai saprata parasto metožu bezspēcību, bet ieteica ari jaunu paņēmienu uti atrada veidu, kā to realizēt.

Sākumā Gabors izmantoja elektronu mikroskopu. Taču viņa idejas ir ļoti universālas un izmantojamas visos tajos gadījumos, kad informācija par kādu objektu tiek pārnesta viļņu veidā. Tie var būt arī skaņu viļņi. Elektronu mikroskops ir atsevišķs gadījums. Tā darbību raksturo šāds būtisks noteikums: elektroni pakļaujas viļņu likumsakarībām. Sajā mikroskopā elektronu viļņējādās īpašības dominē tādā pašā mērā kā radiolampās un fotoelementos to korpuskulārās īpašības.

Gatavojot referātu semināram, Viktors uzmanīgi izstudēja tos Gabora rakstus, kurus viņam bija izdevies atrast.

Viņu, tāpat kā Deņisjuku, aizrāva Gabora darbi un ieinteresēja pati zinātnieka personība. Viņus abus pārsteidza gan Gabora interešu daudzpusība, gan plašā pieeja, kā liktos, lokālām problēmām. Abiem viņš šķita pievilcīga un mazliet pat mīklaina personība. Sešdesmit gxdus vecā zinātnieka biogrāfija bija neparasta un pārsteidza ar-zinātnisko ideju pārpilnību. Kā Deņisjuks, tā arī Viktors daudz domāja par viņu, centās uzrninēt, kādas būs viņa zinātniskās perspektīvas. Referāts iznāca abiem kopīgs.

Lai pastāstītu biedriem, kā elektronu viļņējādās īpašības izpaužas elektronu mikroskopā, un atspoguļotu Gabora idejas visā to dziļumā, Viktors prata iztikt bez kvantu fizikas un pat bez atsaukšanās uz agrīno kvantu mehānikas variantu — Debroljī viļņu teoriju.

— Pietiekami vienīgi uzskatīt kā izmēģinājumā iegūtu faktu, — viņš teica referāta ievadā, — ka viss, kas rodas, darbojoties optiskajam mikroskopam, ir gaismas viļņu darbības rezultāts un novērojams ari elektronu mikroskopā. Viss, izņemot mērogu. Jo redzamās gaismas viļņa garums ir robežās no 0,4 līdz 0,8 mikroniem, turpretī viļņi, kas saistīti ar elektroniem, ir daudz īsāki.

Nāras joki

Viktors iesāka savu stāstījumu nevis ar gaismu, bet gan ar viļņiem, kas izplatās pa ūdens virsmu pēc tam, kad tur iesviests akmens. Viņš piesauca palīgos mazos dīķa krastā mītošos rūķīšus, kuri nespēj saskatīt, kas notiek dīķa vidū.

— Ja bezvēja laikā viņi novēros viļņus, kas veļas pret krastu, — Viktors sacīja, — viņi varēs uzzināt daudz. Tā, piemēram, ja viļņiem būs riņķa līnijas nogriežņa forma, tas nozīmē, ka tie nāk no kāda centra. Aprēķinājuši, kā iet pieskares šā viļņa divos punktos, rūķīši viegli noskaidros ne vien attālumu līdz punktam, no kura nācis vilnis, bet arī precīzu tā atrašanās vietu uz dīķa virsmas.

Bet tagad iedomājieties, — viņš turpināja, — ka nāra, kas mājo šajā ezerā, nolēmusi pajokot ar mūsu rūķīšiem, kuri sākuši pārāk lepoties ar savu prasmi. Aizņēmusies no Amora loku, viņa tēmē uz rūķīti, tomēr neizšauj, bet gan pagriež loku horizontāli un trāpa ar to pa ūdens virsmu. Vai varat iedomāties, kādus smieklus viņa sāk smiet, kad naivais rūķītis viņai paziņo akmens iekrišanas vietas precīzas koordinātes? Un kā viņa pašpārliecināti kā pirmā kursa studente pierāda, ka loks, kas saliekts riņķa līnijas daļas formā, ierosinājis vilni, kuru nav iespējams atšķirt no akmens ierosinātā viļņa, ja to novēro tikai mazā apgabalā pie attālināta krasta. Un viņai būs taisnība, — jau nopietni nobeidza Viktors, — pat miljoniem rūķīšu, nostājušies plecu pie pleca visapkārt dīķim, nevarēs pateikt, vai uz ūdens virsmas kritis akmens, vai arī skaistule nometusi tur savu galvas rotu.

Morāle ir skaidra. Zinot, kādu informāciju pārraida vilnis, iespējams ar citu metodi radīt tieši tādu pašu viini un reproducēt šo informāciju vēlreiz, neatkārtojot notikumu, kas sākotnēji bijis tā pamats.

Divi akmeņi, kas vienlaicīgi iemesti ūdenī, ierosinās divas viļņu gredzenu sistēmas. Jo lielāki akmeņi, jo komplicētāku ainu veidos viļņi. Taču, zinot fizikas likumus un veicot nepieciešamos novērojumus pietiekami uzmanīgi, var ne tikai noskaidrot, kādos punktos akmeņi nokrituši, bet arī reproducēt šos viļņus, iedarbojoties uz ūdens virsmu ar atbilstošas formas šabloniem.

Tieši tā Gabors formulēja uzdevumu un to arī atrisināja. Viņš atrada metodi, kā fiksēt vilni, kas savstarpēji iedarbojas ar novērojamo objektu, tā ka rezultātā bija iespējams reproducēt tādu pašu vilni, cik reižu vien nepieciešams. Gabors noteica, cik sīki jāfiksē informācija par ierakstāmo vilni, lai rekonstruējamais vilnis reproducētu ziņas par objektu. Viņš norādīja, kādā veidā sasniedzams spraustais mērķis, un praksē pierādīja savas metodes pareizību.

Lai fiksētu gaismas vilni, kas atveido objektu, viņš viļņa ceļā novietoja fotoplati un laida uz to arī daļu gaismas tieši no avota, kas apgaismoja objektu. Summējoties savā starpā, abi šie viļņi veido stāvviļņu sistēmu, kura tad arī tiek fiksēta emulsijā gaišāku un tumšāku josliņu sistēmas veidā. Tā veidojas hologramma. Pēc tam Gabors laida uz hologrammu gaismu no tā paša avota. Un notika kas apbrīnojams. Tumšās josliņas nobīdīja no gaismas visu lieko, to, kas nenesa nekādu informāciju par priekšmetu. Un laida sev cauri tikai tieši tādus gaismas viļņus, kuri, iegūstot hologrammu, krita uz to no objekta.

Ja tagad gaisma, kas izgājusi caur hologrammu, nokļuva novērotāja acīs, tam radās pilnīga ilūzija, ka aiz hologrammas ir reāls objekts.

Lai gan Gabora darbi neapšaubāmi bija perspektīvi, — nobeidzot teica Viktors, — tomēr tie netika tālāk attīstīti. Vēl vairāk, tie ilgi bija aizmirsti. Par iemeslu jāmin tādu gaismas avotu trūkums, kādi nepieciešami efektīvai Gabora ideju realizēšanai.

Tagad mēs varētu teikt: Gabors, līdzīgi labam izlūkam, darbojās tālu priekšā visai zinātnes un tehnikas frontei. Um arī Viktora referāts attiecās vēl uz pirms- lāzera ēru. Attīstot viņa spriedumus, situāciju, kas nebija mainījusies arī Deņisjuka sākotnējās darbības laikā, iespējams raksturot ar šādu ainu. Ņemsim iepriekš minēto piemēru ar nāru un rūķīšiem: nāra, vēlēdamās vēlreiz izjokot rūķīšus, sadauza akmeni smalkā pulverī un izkaisa to ūdenī. Rezultātā līdz krastam at- plūst tik haotiski un viegli ņirbu vilnīši, ka rūķīši nevar neko saprast, pat ja viņiem būtu visprecīzākā elektronu skaitļošanas mašīna.

Visi gaismas avoti, kādi pastāvēja Gabora pirmo darbu laikā, starp citu, arī tie, kurus mēs pazīstam parastos apstākļos, ierosina gaismas viļņus apmēram tāpat kā sīkie akmens gabaliņi mūsu nāras eksperimentā. Kvēlspuldzes katra nokaitētā vadiņa vissīkākā daļa, katrs atoms gāzes gaismas spuldzē izstaro gaismas viļņus neatkarīgi no citiem. Mūsu acs ir tam pielāgota. Tā reaģē tikai uz gaismas intensitāti. Tāpat «izturas» ari fotoemulsijā. Tai ir svarīga nevis pienākošo viļņu smalkā struktūra, bet vienīgi enerģija, ko piegādā visi viļņi. Precīzāk sakot, acs un fotoemulsijā fiksē gaismas enerģijas sadalījumu pa gaismasjutīgo virsmu. Bet ziņas par enerģijas sadalījumu ir pilnīgi nepietiekamas tam, lai vēlreiz reproducētu viļņu kopumu, kas iedarbojas uz fotoemulsiju.

Savus eksperimentus Gabors veica ar gaismas viļņiem. Mēģinājumi ar elektroniem bija daudz sarežģītāki, un būtiskas nepieciešamības pēc tiem nebija. Citi pētnieki tolaik bija ievērojami pilnveidojuši elektronu mikroskopu, tā ka nepilnīgā Gabora metodika, kā izrādījās, nebija spējīga izturēt konkurenci.

Taču turpmākie Gabora raksti, kuri ļoti bieži parādījās dažādos zinātniskos žurnālos, liecināja, ka viņš nebija zaudējis drosmi un pašpaļāvību. Zinātnē palikušas daudzas neatrisinātas problēmas, kas var saistīt īstu pētnieku, un viņš nodevās citiem darbiem, ilgu laiku atteikdamies no «neveiksmīgās» problēmas. Gabors izveidoja informācijas teorijas struktūras variantu, kas ievērojami atšķīrās no Vīnera—Koteļņikova— Senona statistikas teorijas. Viņš atrisināja mīklaino Lengmāra paradoksu, izskaidrodams, kāpēc un kā elektroni zemas temperatūras plazmā spēj neparasti ātri nonākt līdzsvarā — Maksvela stāvoklī.

Piemetināsim vēl to, ko Viktors nevarēja zināt par Gabora darbiem 1959. gadā, kad viņš lasīja savu referātu. Tagad Gaboram ir vairāk nekā septiņdesmit gadu, taču viņš vēl aktīvi strādā. Viņš dzīvi interesējas par sociālām problēmām. Viņa grāmata «Nākotni izzinot», kas izdota 1963. gadā un tulkota septiņās valodās, ir diezgan stipri ietekmējusi mūsdienu futuroloģiju — zinātni, kuras mērķis zinātniski prognozēt cilvēku sabiedrības attīstības nākotni, ieskaitot zinātni un daudz ko citu. Gabors strādā arī, lai izgudrotu plakanu televīzijas ekrānu, kuru varētu piekārt pie sienas kā gleznu …

Telpiskā hologrāfija

Uzmanīgi izstudējis Gabora darbus un salīdzinājis tos ar savējiem, Deņisjuks varēja skaidri noteikt gan abu idejisko kopību, gan arī dziļās atšķirības.

Kopīgs bija uzdevums atveidot objektu, fiksējot viļņu lauku, kas nāk no objekta. Kopīga bija fiksācijas metode, kas pamatojās uz šā viļņu lauka salīdzināšanu ar atbalsta viļņu lauku, piemēram, ar sfērisko viļņu lauku. Kopīga bija pierakstu atšifrēšanas metode; pierakstot uz hologrammu (Deņisjukam patika šis termins) tika virzīts tādas pašas struktūras vilnis kā atbalsta vilnis, kuru izmantoja, lai iegūtu hologrammu. Un ar to kopība arī beidzās. Uz tās fona asi izceļas abu atšķirības. Un skaidri bija saskatāmi cēloņi, kas zinātniekus virzīja pa dažādiem ceļiem. Gabors par izejas punktu ņēma elektronu mikroskopu. Varbūt tāpēc viņa optiskajos eksperimentos atbalsta gaismas kūlis krita uz plati no tās pašas puses, no kuras gaisma no objekta.

Deņisjuks varbūt neapzināti balstījās uz Lipmana pieredzi, kuram šie kūļi uz emulsiju krita no dažādām pusēm. Gaboram interferences maksimumi atradās diezgan tālu viens no otra, un katrā emulsijas iecirknī bija tikai viens no tiem. Var teikt, ka emulsija deva stāvviļņu lauka plakanu griezumu. Deņisjuka eksperimentos interferences maksimumi izvietojās ļoti tuvu cits pie cita, tā ka emulsijas slānī atradās daudz tādu maksimumu. Emulsijā tika fiksēta telpiska stāvviļņu struktūra. Sajā nolūkā Deņisjukam, protams, bija nepieciešamas ļoti labas emulsijas.

Tādas šķietami nenozīmīgas atšķirības noveda pie būtiskām sekām. Atšifrēt plakanās Gabora hologrammas un apskatīt tajās fiksētos objektus varēja vienīgi tikpat monohromatiskā (vienas krāsas) gaismā, kāda bija tā, ar ko hologramma iegūta. Taču ierobežotā acs jutība šinī gadījumā radīja krasu tās telpas apjoma ierobežojumu, ko atspoguļoja hologramma. Lai palielinātu apjomu, jāsašaurina spektrs, bet, izmantojot šaurus filtrus, tiek samazināts gaismas spožums un acs nekā neredz.

Deņisjuka telpiskās hologrammas iespējams apskatīt spilgtā baltā gaismā. Tās, tāpat kā Lipmana fotogrāfijas, pašas spēj atfiltrēt vajadzīgo spektra daļu. Un acs jutība neierobežo šauras joslas filtru izmantošanu hologrammas iegūšanā. Jāpagarina vienīgi eksponēšanas laiks. Sī viena pati atšķirība Deņisjukam deva iespēju izmantot hologrāfiju tur, kur Gabora metode bija pilnīgi nederīga.

Taču atklājās arī otra būtiska atšķirība. Apskatot Gabora hologrammas, veidojās reizē divi objekta attēli — reālais, līdzīgs tam, kāds redzams caur izliektu lēcu, un šķietamais, analogs tam, kāds rodas parastā spogulī. Attēli klājās viens uz otra, izraisot savstarpējus traucējumus.

Deņisjuka metode noveda pie tā, ka vienā laikā tika atveidots tikai viens objekta attēls. Tas varēja būt vai nu reālais, vai šķietamais attēls, svarīgi, no kuras puses uz hologrammu tika laists gaismas kūlis, restaurējot attēlu, šādas telpiskās hologrammas īpašība bija iemesls, kāpēc neradās izkropļojums, kāds raksturīgs Gabora metodei.

Tikpat skaidri redzamas arī atšķirības starp Deņisjuka telpisko hologrammu un Lipmana krāsaino fotogrāfiju. Kopējs abām tas, ka gan vienai, gan otrai emulsijas slānī rodas telpiska sistēma, atbilstoša gaismas stāvviļņu blīzumu sadalījumam. Lipmana fotogrāfijās baltā gaisma, kas atstarojas no objekta, krīt uz objektīvu, bet objektīvs «zīmē» plakanu objekta attēlu emulsijā. Dzīvsudraba spogulis, kas atstaro gaismu, kura izgājusi caur emulsiju, veido tajā stāvviļņu sistēmu, Pēc attīstīšanas emulsijā rodas melnie slāņi, kuri no baltās gaismas izdala krāsas, kas «nokrāso» attēlu. Visas ziņas par objekta telpisko struktūru, izrādās, ir zudušas objektīva un fotoernulsijas specifisko īpašību dēļ.

Deņisjuka hologrammā spogulis, kas veido atbalsta gaismas kūli, atrodas noteiktā attālumā no emulsijas. Viņš izmanto vienkrāsainu gaismu (regulē filtrs), kuru izdala no dzīvsudraba lampas izstarojuma. Un ziedo objekta krāsu atveidošanai. Taču viņš var iztikt arī bez objektīva, bez tieša attēla atveidojuma, un tāpēc gūst iespēju fiksēt ziņas par objekta telpisko struktūru, par tā formu.

Taču Deņisjuks savu hologrammu nosauc par telpisku nevis tāpēc, ka tā spēj atveidot objekta telpiskumu (to var panākt arī ar Gabora plakanās hologrammas palīdzību), bet gan tā iemesla dēļ, ka viņa hologramma veidojas visā daudzslāņainas emulsijas biezumā. Tikai šis apstāklis ļauj viņam rekonstruēt attēlu baltā gaismā un izvairīties no tādiem izkropļojumiem, kādi raksturīgi Gabora hologrammām.

Atšķirībā no Gabora Deņisjuks nepārtrauca darbu hologrāfijas jomā. Darbs lēni virzījās uz priekšu. Galvenais traucēklis bija tas pats iepriekšējais — trūka piemērota gaismas avota. Bet, iespējams, Deņisjuks paredzēja, ka nākotnē šajā jomā notiks revolūcija. Kvantu elektronika jau tad bija sasniegusi augstu attīstības pakāpi. Deņisjuks kvantu elektronikai gan nepievērsās, jo viņam bija daudz savu problēmu, kas gaidīja atrisinājuma. Tomēr viņš uzmanīgi sekoja Basova un Prohorova darbiem, lasīja citu padomju un ārzemju zinātnieku rakstus.

Protams, arī Deņisjukam ziņa par to, ka izgudrots pirmais lāzers, bija pārsteigums. Var saprast gaismas viļņu un radioviļņu lielo radniecību, atzīt, ka pastāv principiāla iespēja iegūt optiskos viļņus, kas pēc kohe- rences nav sliktāki par radioviļņiem. Vērot, kā Basovs un Prohorovs, un Taunss ar līdzstrādniekiem darbojas šajā virzienā. Bet kas varēja paredzēt, ka tieši 1960. gadā, gandrīz vienlaicīgi, Meimans radīs rubīna lāzeru, bet Džavans ar līdzstrādniekiem — hēlija un neona maisījuma lāzeru.

Pirmie lāzeri, gluži dabiski, bija nepilnīgi. Taču to nākotnes perspektīvas bija skaidras. Daudzu zinātnieku pūliņu rezultātā tās drīz vien kļuva par īstenību. Tagad lāzeri kļuvuši tik stabili, ka spēj pārklāt ar kohe- rentu gaismas stāvviļņu sistēmu tādus tilpumus, kuri mērāmi daudzos kubikmetros.

Tieši tas bija nepieciešams hologrāfijai. Tagad tai pavērās milzīgas iespējas.

Nav ne mazāko šaubu, ka Deņisjuks tūlīt savā darbā sāka izmantot lāzerus. Pirmajā laikā tie viņa metodē nekādas pārmaiņas neradīja. Tikai darbs kļuva vienkāršāks un vieglāks. Apmainot dzīvsudraba lampu un tās filtrus pret lāzeru, Deņisjukam radās iespēja iegūt hologrammas daudz ātrāk. Vairākos gadījumos tas notika vienā mirklī. Tas ir ļoti būtisks apstāklis.

Tagad hologrāfijā izmanto nevis speciāli izgatavotus miniatūrus objektus, bet gan parastus sadzīves priekšmetus un tehniskus objektus. Un tehnikā, kā zināms, zinātnisku pētījumu ātrumam ir ļoti liela nozīme.

Lāzers palīdzēja Deņisjukam gūt vēl kādu svarīgu panākumu darbā. Telpiskā hologramma spēj «paturēt prātā» tik pilnīgu informāciju par objektu, ka, apgaismojot to ar trim lāzeriem, kuri dod zilu, zaļu un sarkanu izstarojumu, Deņisjuks varēja iegūt hologrammas, kuras saules gaismā dod ne tikai telpisku, bet arī daudzkrāsainu attēlu.

Bet Deņisjuks ir reālists, kas saprātīgi prot novērtēt gan tehnikas vajadzības, gan arī mākslas prasības. Viņš tādā veidā nepavisam necentās konkurēt ar mūsdienu lētajām un parocīgajām krāsainajām fotoemul- sijām, kas fiksēja krāsainu attēlu dabiskā apgaismojumā, tieši kodējot to trīs pamatkrāsās. Lāzeros viņš saskatīja līdzekli, kā vienlaicīgi iegūt telpiskus un krāsainus attēlus.

Konkurenti

Drīz vien kļuva skaidrs, ka Deņisjuka telpiskā hologramma nebūt nav vienīgais iespējamais lāzera holo- grāfijas variants. Kā izrādījās, lāzers bija elastīgs instruments. Un katrs to varēja izmantot pēc sava prāta. Tāpat kā parastais zīmulis dažādu cilvēku rokās var noderēt dažādiem mērķiem: viens raksta romānu, otrs sonetu, bet trešais sūdzību. Pilnīgi neatkarīgi no Deņisjuka pēc lāzeru parādīšanās hologrāfijas sfērā pētījumus sāka Emmets Leits un Juris Upatnieks — Mičiga- nas universitātes līdzstrādnieki. Pirms tam viņi bija specializējušies radiofizikā, un tāpēc viņiem bija vieglāk sajust principiālo kopību starp Gabora idejām un dažām metodēm, kuras sen izmantoja radiotehnikā. Tādēļ, bez šaubām, viņi varēja paredzēt tās ārkārtīgi lielās iespējas, ko hologrāfijai deva lāzeri, šie radiotehnikas pilnvarotie pārstāvji optikas valstībā.

Radioraidītājs raida izplatījumā radioviļņus ar noteiktu frekvenci. Tie ir augstākā mērā koherenti. Taču tādā veidā radioviļņi nes ierobežotu informācijas minimumu, Tos uztverot, var vienīgi uzzināt, ka raidītājs ir ieslēgts, izmērīt tā frekvenci un noteikt atrašanās vietu.

Lai pa radio pārraidītu kādu informāciju, radioviļņu nemainīgums jāizjauc, jāieauž tajos informācija, kas jāpārraida. Šajā nolūkā var mainīt viļņu amplitūdu, frekvenci vai fāzi. Šo procedūru sauc par modulāciju (amplitūdas, frekvences vai fāzu modulāciju). Pašu radiovilni, ar kuru šīs procedūras izdara, radisti sauc par nesošo vilni.

Lai uztveršanas vietā no modulētā nesošā viļņa iegūtu informāciju, kuru šis vilnis satur, jāveic operācija, kas pretēja modulācijai, — demodulācija. Rezultātā veidojas signāli, ar kuru palīdzību televizora ekrānā var atveidot pārraidāmos attēlus vai arī ar skaļruni pārraidāmo skaņu.

Viena no visvienkāršākajām metodēm, ko tagad radiotehnikā gandrīz nemaz vairs nelieto, ir heterodīna uztvere. Modulētais nesošais vilnis uztvērējā sajaucas ar vietējā heterodīna signālu, šis atbalsta signāls pēc frekvences precīzi sakrīt ar raidītāja signālu. Vienkārša ierīce to atskaita no uztveramā viļņa. Pāri paliek tas, kas bija ienācis nesošajā vilnī modulācijas procesā. Tātad paliek informācija, kuras pārraide ir radiosakaru uzdevums. Leits un Upatnieks saprata, ka lāzera izmantošana dos iespēju realizēt Gabora idejas pilnīgi analogi.

Lāzera gaisma, kas ir augstākā mērā koherenta, šajā gadījumā būs nesošais vilnis. Gaismai atstarojoties no objekta, lāzera viļņu stingrais nemainīgums tiek izjaukts. Tas nav nekas cits kā modulācija. Atsevišķie objekta punkti dažādi iedarbojas uz viļņa atbilstošās daļas amplitūdu un fāzi. Katrs objekta punkts UZ sevi krītošā viļņa daļu pārveido izkliedētā sfēriskā vilnī, kas satur sevī informāciju par šā Objekta virsmas punkta optiskajām īpašībām. Visa šī viļņu sistēma, kas atstarojas no objekta, satur sevī pilnīgu informāciju (no iespējamās optiskās informācijas) par objektu. Ja daļa šo viļņu nokļūst acī, mēs redzam objektu.

Leits un Upatnieks uzstādīja sev šādu uzdevumu: fiksēt fotoemulsijā visu to informāciju, kas ieslēgta lāzera gaismā, ko izkliedē objekts. Viņi novietoja fotoplati tā, lai uz tās kristu daļa izkliedēto viļņu, un ar spoguļa palīdzību novirzīja uz to gaismas kūli tieši no lāzera. Pēc analoģijas ar radiotehniku viņi to nosauca par atbalsta kūli. Pēc tā, kā no objekta plūstošais vilnis un atbalsta vilnis savstarpēji iedarbojas, Leita un Upatnieka metode ne ar ko neatšķiras no Deņisjuka metodes. Tajā telpas daļā, kurā gaismas kūlis klājas pār izkliedēto gaismu, rodas stāvviļņu sistēma. Stāvviļņi uztver visu modulāciju, ko objekts ienes uz sevi krītošā gaismā. Tādā veidā pilnīga informācija par objektu tiek pārnesta uz stāvvilni. Bet, tā kā katrā telpas punktā nokļūst izkliedētās gaismas viļņi no katra objekta virsmas punkta, šī informācija iespiežas jebkurā stāvviļņa punktā. Bez tam tā tiek fiksēta katrā fotoplates punktā: fotoplate novietota tādā vietā, kur uz tās vienlaicīgi var iedarboties gan tā gaisma, ko izkliedē objekts, gan atbalsta kūlis.

Radikāla atšķirība no Deņisjuka metodes izpaužas gaismas un fotoplates savstarpējas iedarbības stadijā. Leits un Upatnieks, tāpat kā Gabors, izmantoja plates, kas pārklātas ar emulsiju plānā slānī. Tāpēc uz viņu platēm vienlaicīgi nevarēja novietoties vairāki stāvviļņu blīzumi. Tajās neparādījās nekas daudzslāņainam optiskam filtram līdzīgs; šāds filtrs ļāva Deņisjukam atveidot attēlu ar balto gaismu.

Plāns emulsijas slānis šķeļ stāvviļņu sistēmu tāpat kā zāģis koka stumbru, atsedzot slēgto gadskārtu sistēmu. Tā rezultātā emulsijā rodas sarežģīts raksts, kurā ieslēgta visa informācija. Tādējādi fotoemulsijas slāņa biezumu starpība novedusi pie būtiskām atšķirībām hologrammas struktūrā, un tas, protams, izpaužas attēla restaurēšanas stadijā.

Lēitam un Upatniekam iegūto hologrammu vajadzēja apgaismot ar lāzeru, kurš veica to pašu funkciju, ko hcterodīna signāls radiouztvērējā. Ejot caur hologrammu, gaisma tika modulēta. Tā uztver visu informāciju, kas ieslēgta hologrammā. Skatoties hologrammai cauri, tāpat kā pēc Deņisjuka metodes, var redzēt telpisku objekta attēlu it kā karājamies gaisā aiz hologrammas. Rodas visi tie efekti, ar kuriem mēs jau iepazināmies, taču atšķirībā no iepriekšējā šeit attēla krāsa ir vienāda nevis ar objekta krāsu, bet gan ar lāzera staru krāsu.

Būtiskākā plakanas hologrammas atšķirība no telpiskas hologrammas izpaužas tad, ja attēla restaurēšanā mēģina izmantot balto gaismu. Deņisjuka telpiskā hologramma, līdzīgi daudzslāņu interferences filtram, «atlasa» no baltās gaismas to viļņa garumu, ar kura palīdzību tika iegūta hologramma, tā ka reproducētajam attēlam ir tieši tāda pati krāsa. Plakanā hologramma sastāv no viena slāņa, ko piepilda punkti un līnijas, kuri radušies, ar fotoemulsijas plakni šķeļot telpu, kurā ir stāvvilnis. Plakanā hologramma šo uzdevumu nevar izpildīt. Apgaismojot to ar balto gaismu, tā nedod nekā.

Plakanā hologramma, tāpat kā telpiskā, satur pilnīgu informāciju par objekta formu, taču atšķirībā no telpiskās tā nesatur informāciju par objekta krāsu.

Reālais un šķietamais

Tomēr jāatzīst, ka šis ir gadījums, kad vājums pārvēršas par spēku. Pamatojoties uz to, ka plakanai hologrammai nepiemīt daudzslāņu filtra īpašības un tā ir nejūtīga pret objekta krāsu, mēs varam restaurēt tajā ierakstīto attēlu ar jebkuru lāzeru, nevis tikai ar to, kurš tika izmantots, iegūstot hologrammu. Ja turklāt plakanas hologrammas reproducēšanā izmantots starojums ar garākiem viļņiem, neka to ierakstot, tad attēls iznāk palielināts. Tā, piemēram, ja hologramma iegūta ultravioletajos staros, kuru garums 0,23 mikroni, bet attēls reproducēts, izmantojot rubīna lāzeru, tad attēla palielinājums būs trīskārtējs. Hologrammām, kas iegūtas rentgena staros vai ar elektronu mjkroskopu un reproducētas redzamajā gaismā, palielinājums var būt simtkārtējs. Par hologrāfisko mikroskopu, kas dod vēl lielāku palielinājumu, sīkāk pastāstīsim nākamajās nodaļās. Tagad pacentīsimies saprast, kā šāda metode dod krāsainu ilūziju.

Ja plakanu hologrammu apgaismo ar baltu gaismu, tajā vienlaicīgi rodas daudz viena un tā paša objekta attēlu, katrs savā (vienā) krāsā, turklāt pēc izmēriem attēli būs dažādi — pilnīgi sarkanie būs divreiz lielāki par violetajiem. Novērotāja acīs visi attēli saplūdīs pelēkā plīvurā.

Un tomēr arī ar plakanas hologrammas palīdzību var iegūt trīskrāsainu telpisku attēlu. Sajā nolūkā vienā hologrammā jāieraksta informācija par objektu trīs krāsās — zilā, zaļā un sarkanā — un, attēlu reproducējot, jāizmanto vienlaicīgi trīs lāzeri, kas dod šīs pašas krāsas.

Otra plakanās hologrammas būtiska atšķirība no telpiskās hologrammas ir tā, ka plakanā dod vienlaicīgi divus objekta attēlus — reālo un šķietamo. Par reālo attēlu sauc to, kas veidojas uz ekrāna, piemēram, uz kinoekrāna vai uz fotoplates, kura atrodas aiz objektīva. Šķietamo attēlu nevar tieši redzēt uz ekrāna. Tas vispirms iepriekš jāpārveido par reālu attēlu, izmantojot izliektu lēcu. Taču šķietamo attēlu var saskatīt ar aci, jo acs, kas ir izliekta lēca, pārveido to tīklenē par reālo attēlu. Te atkal jāatceras, ka plakanai hologrammai nepiemīt daudzslāņu optiskā filtra īpašības. Lāzera staru atbalsta kūlis, kas kalpo attēla restaurēšanai, krītot uz plakanu hologrammu, sadalās trīs kūļos (patiesībā rodas vēl vairāk kūļu, taču parasti tie ir ļoti vāji, un attēla veidošanā tiem nav reālas nozīmes). Viens no šiem kūļiem ir atbalsta kūļa turpinājums. Tam nav nekādas nozīmes. Otrs kūlis, kas zem zināma leņķa krīt uz pirmo, sastāv no izklīstošiem stariem. Sie stari ir precīza kopija tiem izkliedētās gaismas izkustošajiem stariem, kuri rodas no objekta hologrammas iegūšanas brīdī. Trešais veido reālo attēlu.

Lāzeru gaismas lielā intensitāte un augstā koherence ļāva Leitam un Upatniekam novietot spoguli tālu no fotoplates un tādā veidā, lai atbalsta gaismas kūlis, kas nāk no spoguļa, kristu uz plates zem leņķa attiecībā pret gaismu, ko izkliedē objekts. Sakarā ar to, restaurējot hologrammu, reālais un šķietamais attēls neklājas viens uz otra un nerodas izkropļojumi, kādi raksturīgi sākotnējai Gabora metodei.

Kāds no zinātniekiem, kurš pēta hologrāfijas izmantošanas iespējas, stāstīja, lūk, ko.

Var iedomāties, ka izkliedētas gaismas stari, kuri, iegūstot hologrammu, atbalsta kūļa iedarbībā bija pārveidoti stāvviļņu sistēmā, «iesalst» hologrammā. Bet atbalsta kūlis, ko izmanto attēla restaurēšanai, tos «atkausē», un gaismas viļņi, it kā nekas nebūtu noticis, plūst tālāk. Ja tagad tie nokļūs novērotāja acī, viņš ieraudzīs tieši tādu pašu ainu, it kā objekts atrastos iepriekšējā vietā. Novērotājam šķitīs, ka objekts atrodas aiz hologrammas — kā aiz loga. Pārvietojoties novērotājs varēs to skatīt no dažādām pusēm, gūstot pie tam pilnīgu iespaidu par reāla objekta telpiskumu. Protams, attēls būs šķietams. Novietojot acu vietā ekrānu, mēs tajā neredzēsim attēlu. Tomēr to var iegūt, ja starp hologrammu un ekrānu novieto izliektu lēcu. Pārvietojot lēcu attiecībā pret ekrānu, var iegūt asus dažādu objekta detaļu attēlus, tieši tāpat, kā tas notiek fotoaparātā vai tālskatī.

Tomēr tas vēl nav viss, viņš turpināja, no hologrammas rodas vēl viens gaismas kūlis, kas satur sevī informāciju par objektu. Tas sastāv no konverģentiem stariem. Tie konverģē punktos, kas atrodas hologrammas priekšā stingri simetriski tiem punktiem, kur aiz hologrammas konverģē neesošie diverģento kūļa staru turpinājumi, kuri veido šķietamo attēlu. Ja piepildītu ar dūmiem to telpas daļu, kur plūst konverģentie stari, tad reālais attēls parādīsies visā savā dabiskumā. Tas šķitīs karājamies šajā dūmakā. Un, ja jūs novietosieties attiecībā pret hologrammu tur, kur caur hologrammu var redzēt šķietamo attēlu, radīsies brīnišķīga ilūzija. Pagriežot skatienu no dūmu mākoņa ar reālo attēlu, kas tajā «karājas», uz hologrammu, aiz kuras redzams šķietamais attēls, jūs jutīsieties kā spoguļa priekšā. Reālais attēls šķitīs kā reālais objekts, bet šķietamais attēls — kā tā spoguļattēls.

Tas tomēr vēl nav viss. Ja tur, kur atrodas reālais attēls, novieto baltu ekrānu, tajā rodas spilgts un skaidrs attēls. Nedaudz pārbīdot ekrānu tuvāk hologrammai vai attālinot no tās, var padarīt asākas vienas vai otras attēla detaļas. Un tas panākams pilnīgi bez lēcas! Jo lēcas neizmanto ne hologrammas pierakstā, ne tās reproducēšanā.

Izmantojot Deņisjuka telpiskās hologrammas, arī var iegūt reālo attēlu. Uz to tikai jāvirza atbalsta kūļa gaisma pretējā virzienā nekā iepriekš. Palaižot dūmus turp, kur agrāk caur hologrammu redzējām šķietamo attēlu, mēs tagad ieraudzīsim reālo attēlu. Redzēt abus attēlus vienlaicīgi, protams, nevar.

Lai gan telpiskajām hologrammām ir būtiskas priekšrocības — iespēja restaurēt attēlu baltā gaismā bez lāzeru izmantošanas un iespēja iegūt tikai vienu, nevis vairākus attēlus, kā ar plakanām hologrammām, — plakanās hologrammas pašlaik tomēr izmanto daudz plašāk. Tam pamatā tīri tehniski iemesli. Modernās biez- slāņu fotoemulsijas stipri absorbē gaismu. Tāpēc jo dziļāks emulsijas slānis, jo mazāk informācijas tas saņem, it sevišķi par tām objekta detaļām, kuras apgaismotas vājāk vai sliktāk atstaro gaismu.

Plakanām hologrammām lieto emulsijas, kuru biezums ir mazāks nekā puse no izmantotā lāzera viļņa garuma. Seit absorbcijai, protams, nav būtiskas nozīmes.

Tilpuma hologrammu potenciālās priekšrocības, it sevišķi iespēja koncentrēt milzīgu informācijas daudzumu maza izmēra elementos, ir stimuls zinātnieku meklējumiem pēc jaunām speciālām fotoemulsijām un jauniem procesiem, kas ļautu fiksēt informāciju, ko satur stāvviļņi.

Viens no tādiem procesiem ir krāsu centru veidošanās dažos caurspīdīgos kristālos. Sādi centri rodas kristālos elektronu vai fotonu iedarbībā, kuriem ir pietiekami liela enerģija. Krāsu centru veidošanās varbūtība pie ierosinošā izstarojuma fiksētas enerģijas ir proporcionāla izstarojuma enerģijas blīvumam. Stāvviļņu gadījumā vairāk tā pastāv blīzumos un mazāk mezglos. Tāpēc krāsas intensitāte, tāpat kā fotoemulsijas nomelnēšana, izrādās, ir proporcionāla stāvviļņu intensitātei. Svarīga šās metodes priekšrocība ir principiāla iespēja iegūto hologrammu nodzēst un kristālu izmantot daudzkārt. Dažos kristālos to panāk vienkārši ar sildīšanu. Praktiski tādi kristāli hologrāfijā diemžēl vēl netiek izmantoti.

Vielas dzīlēs

Modernās hologrāfijas pamats ir lāzeri, kuri pēc ko- herences neizmērojami pārsniedz visus citus gaismas avotus, un šās hologrāfijas vecums ir tikai mazliet pāri par desmit gadiem. Ko tā var solīt un ko sola nākotnē?

Apbrīnojami, bet hologrāfijā sekmīgi var sacensties ar parasto fotogrāfiju pat tās pamatu pamatos — melnbaltā plakanā attēla iegūšanā. Parastās fotogrāfijas iespējas ir ierobežotas divos aspektos. Izšķiršanas spēju, tas ir, spēju reproducēt atsevišķi divas sīkas attēla detaļas, ierobežo gan objektīva kvalitāte, gan fo- toemulsijas kvalitāte. Labākajā gadījumā attēlā var saskatīt detaļas, kuru izmēri ir apmēram simtdaļa milimetra. Dažkārt būtiska ir arī emulsijas spēja restaurēt objekta spilgtuma pakāpes. Labākie fotomateriāli jauj restaurēt ne vairāk kā simt pakāpes starp visgaišākajām un vistumšākajām attēla vietām.

Hologrammas izšķiršanas spēja galvenokārt atkarīga no tās izmēriem, kurus savukārt var ierobežot gaismas avota īpašības. Tomēr mūsu dienās hologrammas izšķiršanas spējas nosaka nevis tas, bet gan fotoemul- sijas īpašības, kurās hologramma tiek fiksēta. Pašlaik eksistē fotoemulsijā ar izšķiršanas spēju līdz desmit tūkstoš līnijām uz viena milimetra. To jutīgums ir ļoti mazs, tā ka vajadzīgo eksponēšanas ilgumu var panākt vienīgi ar lāzeriem. Daudzreiz ir ārkārtīgi svarīgi, ka hologrāfiskajā pierakstā katrs hologrammas punkts saņem informāciju vienlaicīgi par visiem objekta punktiem. Turklāt, restaurējot attēlu, katrs hologrammas punkts piedalās attēla katra punkta veidošanā, tātad jebkurš attēla punkts sintezējas ar visas hologrammas palīdzību. Tieši tāpēc holbgrāfijai piemīt tik ārkārtīgi liela izšķiršanas spēja un tā var dot simtreiz sīkāku toņu gradāciju, nekā tas iespējams ar diviem fotoemul- sijas blakus punktiem. Protams, lai izmantotu visus daudzos pustoņus, kas ierakstīti hologrammā, nav vērts censties atveidot attēlu uz fotopapīra. Mēs jau zinām, ka fotopapīrs to nemaz nespēj, un viss ieguvums tad būs zaudēts. Diemžēl arī turpmāk, kamēr nebūs izstrādāti jauni fotomateriāli, visa pustoņu bagātība, kas ierakstīta hologrammā, var tikt izmantota vienīgi zinātniskiem nolūkiem, kad attēlu pēta, izmantojot atbilstošus fotouztvērējus.

Jo mazāks hologrammas'gabals tiek izmantots attēla restaurēšanai, jo nabadzīgāka ir spilgtuma gamma un mazāka izšķiršanas spēja. Tomēr pat ļoti maza hologrammas daļa spēj atveidot visa objekta attēlu pilnīgi, lai gan atkarībā no izmantojamā hologrammas laukuma samazinājuma šie attēli satur arvien mazāk detaļu un pēc krāsas kļūst arvien pelēcīgāki.

Vistuvāk fotogrāfijai stāv kino un televīzija, un tāpēc gluži dabiska ir cenšanās arī kinematogrāfijā un televīzijā izmantot hologrāfijas metodes. Hologrāfiskais kino jau eksistē. Tiesa gan, pagaidām to izmanto vienīgi pētniecības darbā. Lāzeru uzliesmojumi, kas dod gigantiskus impulsus, ir īsi — dažas simtmiljonās daļas sekundes, un tie ļauj fiksēt putekļu momentānu novietojumu un kustību, lietus lāses un miglu gaisā, cietās daļiņas raķešu dzinēju gāzu strūklā, pūslīšus un sīkos organismus ūdens straumē. Griežot hologrammas kadrus lēni vai pat tos apstādinot, var sīki izpētīt svarīgāko detaļu telpisko novietojumu, veikt precīzus mērījumus vai citus novērojumus, kas dabiska ātruma procesos nav iespējams.

Lai radītu hologrāfiskas mākslas filmas, jāpārvar tīri tehniskas grūtības, kas saistītas ar nepieciešamību izmantot superspilgtus lāzerus un izgudrot speciālas filmas. So grūtību pārvarēšana ir laika jautājums.

Lielais informācijas daudzums, kas ierakstīts hologrammā, stipri apgrūtina tās pārraidi pa televīzijas kanālu. Kā rāda aprēķini, šim nolūkam televīzijas kanāla josla jāpalielina simtiem reižu. Tas iespējams tikai tad, ja televīzija pāriet uz milimetru radioviļņu diapazonu. Taču arī tādā gadījumā radikāli jāsamazina elektronu kūļa diametrs uztverošā un raidītāja kineskopā un jāpilnveido kineskopa ekrāna pārklājums.

Tomēr atsevišķu nekustīgu hologrāfisku attēlu pārraides mēģinājumi ārzemēs jau parādījuši, ka sistēma ir neparasti stabila pret traucējumiem. Attēls tika restaurēts ar minimāliem izkropļojumiem pat tad, kad tikai 10 procenti visa pārraides laika bija bez traucējumiem!

Pirmie hologrāfijas soļi bija saistīti ar mikroskopu. Tomēr elektronu mikroskopija bija sasniegusi lielu pilnību jau pirms hologrāfijas izmantošanas. Tas daļēji atņēma hologrāfijai vienu no attīstības stimuliem pirmajos pastāvēšanas gados. Tomēr telpiska attēla izmantošanas iespējas no jauna piesaistīja lāzera holo- grāfiju elektronu mikroskopijas uzdevumiem.

Kā redzams, vislielākās hologrāfiskā mikroskopa perspektīvas ir ultravioleto un rentgena staru jomā, kur nav iespējama lēcu tehnikas izmantošana. Jo vairākums materiālu nelaiž cauri īsos ultravioletos starus un rentgena staru izplatīšanās netiek izkropļota. Bet pagaidām rentgena lāzera vēl nav. Nav pietiekami lielas jaudas lāzeru īso ultravioleto viļņu diapazonā. Tāpēc hologrāfisko mikroskopu potenciālu priekšrocību izmantošana ir nākotnes uzdevums.

Plašāku praktisku pielietojumu hologrāfijā guvusi tehnikā un pētniecības darbā. Tā, piemēram, izgatavojot precīzas, sarežģītas formas detaļas — turbīnu lāpstiņas, kuģu skrūves utt. —, izstrādājumu kontrole aizņem daudz laika, prasa sarežģītas ierīces un augstu kvalifikāciju. Ja lāzera staru, ko atstarojis izstrādājums, laiž caur hologrammu, kas iegūta ar šablona palīdzību, tad atkāpes no izstrādājuma izmēriem par viļņa garuma daļu no šablona izmēriem noved pie tā, ka uz ekrāna parādās interferences josla. So joslu skaits un izvietojums raksturo izstrādājuma izmēru novirzes no aprēķinātajiem lielumiem. Sevišķi ērta ir iespēja bez pārtraukuma vizuāli kontrolēt izstrādājuma izmēru galīgās slīpēšanas procesu. Izstrādājuma virsmai nepavisam nav jābūt pulētai, kā tas ir ar līdzšinējām optiskās kontroles metodēm.

Daudzos gadījumos nav vajadzības pat izgatavot šablonu. Hologrammu var iegūt vienkārši pēc izstrādājuma rasējuma vai pat pēc matemātiskas formulas, kas izsaka izstrādājuma virsmas formu.

Izlaižot caur nekustīgas detaļas hologrammu lāzera gaismu, ko izkliedē kāda darbojošās mašīnas detaļa, var atklāt vibrācijas un vissīkākās detaļas deformācijas. Un uz detaļu jāiedarbojas tikai ar gaismu.

Hologrāfiskās metodes jau tagad sekmīgi izmanto radiolokācijā un skaņu attēla iegūšanā. Ja priekšmetu, kas iegremdēts caurspīdīgā šķidrumā, apstaro ar skaņu vai ultraskaņas viļņu plūsmu tā, ka izkliedētie viļņi krīt uz šķidruma virsmu, tad tur rodas ņirbu vilnīši. Ja uz šās virsmas vienlaicīgi krīt arī vilnis, kas nāk tieši no avota, tad ņirbu vilnīši pārveidojas nekustīgu stāvviļņu sistēmā. Tie satur sevī informāciju par priekšmeta formu un tā virsmas mehāniskajām īpašībām. Apstarojot šos vertikālos viļņus ar lāzera gaismu, acu priekšā parādās objekta attēls, kas apslēpts šķidrumā. Līdzīgā veidā var izpētīt arī gliemežnīcas un ieslēgumus, kas atrodas metāla vai cementa blokos vai citos necaurspīdīgos cietos ķermeņos.

Tēla atklāsme

Visvairāk izplatītie radiolokatori iztausta gaisa telpu ar šauru radioviļņu kūli. Mērķa attēls un apkārtējais fons pa punktiem no jauna reproducējas uz radiolokatora ekrāna, līdzīgi kā reproducējas attēls uz televizora ekrāna.

Pēdējā laikā radiolokācijas uzdevumi kļuvuši sarežģītāki. Tiem vienlaicīgi jāseko vairākiem mērķiem, kas ātri pārvietojas lielos izplatījuma apgabalos. Parastais vienas antenas radiolokators ir izsmēlis visas savas iespējas. Parādījušās komplicētas daudzelementu sistēmas. Ārkārtīgi pieaudzis ienākošās informācijas apjoms. Hologrāfijas metodes ļauj arī šeit gūt labus panākumus.

Praktiski neierobežotas iespējas hologrāfijai atklājas skaitļošanas mašīnu un citu informācijas uzkrāšanas un apstrādes sistēmu jomā. Aprēķini rāda, ka plakanā hologramma uz plates, kuras, izmēri 70X7 centimetri, satur sevī simt miljonus informācijas vienību, kas atbilst bibliotēkai, kurā ir 300 grāmatas ar 200 lappusēm katra.

Telpiska hologramma spēj koncentrēt 100000 000 informācijas vienību vienā kubikcentimetrā. Mūsu uzdevums ir ērti un ātri realizēt tādu ierakstu un, kas sevišķi sarežģīti, veikli iegūt no šās masas vajadzīgo informāciju.

Hologrāfiskā ieraksta milzīga priekšrocība ir tā, ka pakāpenisko meklēšanu, ko lieto citās sistēmās (lappušu pāršķirstīšana, virsrakstu un bibliogrāfisko kartīšu izskatīšana,magnetofona lenšu tīšana),var aizstāt ar vienlaicīgu visa atmiņas bloka analīzi.

Piemēram aplūkosim metodi, kuru dažreiz sauc par fantoma attēlu metodi, un tās būtība ir šāda: informāciju, piemēram, grāmatas lappuses pakāpeniski ievada hologrammā — atmiņu blokā. Pie tam daļu no katras lappuses izmanto svarīgāko datu ierakstam, piemēram, grāmatas nosaukums, autors, lappuses numurs. Attēla restaurēšanas stadijā lāzera stars, kas virzīts uz hologrammu, iepriekš iziet caur galveno kartīti — plati, kurā ierakstīti vajadzīgās lappuses svarīgākie dati. Uz ekrāna nekavējoties parādās visas lappuses attēls. Mūsu rīcībā esošā tehnika ļauj pietiekami skaidri restaurēt lappuses saturu, pat ja 2 vai 3 procenti tās laukuma izlietoti meklējumu atslēgai. Tas, protams, ievērojami vienkāršo procesu. Bet zinātnieki vēlas panākt, lai informācija būtu vēl vairāk sakoncentrēta.

Efektīvāka ir metode, kas analoga asociatīvai atmiņai. Lielais hologrāfisko sistēmu atmiņas apjoms "un asociatīvās metodikas izmantošana ļaus nākotnē radīt tulkojamās mašīnas, kas glabās «vārdnīcā» nevis atsevišķus vārdus, bet veselas frāzes. Blokā ieraksta informāciju par ieejas signāla (piemēram, noteiktas krievu valodas frāzes) sakaru ar izejas signālu (atbilstošu frāzi svešvalodā). Izejas blokā pieraksta tikai izejas datus, kā, piemēram, mūsu gadījumā — daudzas frāzes svešvalodā. Informācijas restaurēšanas stadijā izejas bloku apgaismo ar lāzera staru, kas izgājis caur atmiņas bloku. Ja nav bijis izejas signāla, uz ekrāna aiz izejas bloka redzams tikai vājš vienmērīgs apgaismojums. Ja bez atbalsta stara uz atmiņas bloku krīt tā paša lāzera stara otra daļa, kas iepriekš izlaista caur lenti, kurā ierakstīta krievu valodas frāze, tad uz ekrāna nekavējoties parādīsies tās ekvivalents svešvalodā. Ja attiecīgā krievu valodas frāze un tās ekvivalents svešvalodā sākotnēji nebija ievadīti sistēmā, uz ekrāna neparādās nekāds attēls.

Pagaidām tādas mašīnas vēl nav, bet, lai to radītu, ir jāpārvar vienīgi tehniskas grūtības. Un tādā mašīnā varēs radīt iespējas aptuvenam to frāžu tulkojumam, kuras interesē abonentu, pat tādā gadījumā, ja šīs frāzes nav tikušas ievadītas mašīnas atmiņā.

Metodes, kuras tikko īsumā aprakstījām, ļauj izdarīt ne tikai ātrus meklējumus, bet arī informācijas apstrādi, piemēram, veikt matemātiskas un loģiskas operācijas, identificēt atsevišķus tēlus:- sameklēt fotogrāfijas, uz kurām ir noteikta persona, vai izdarīt asins vai pirkstu nospiedumu analīzi un daudz ko citu.

Pēdējā laikā ir izstrādātas specifiskas hologrāfijas metodes, kas ļauj iztikt bez koherentu izstarojumu avotiem. Vienā ziņā tas nozīmē it kā atgriešanos pie Lipmana fotogrāfijām, tikai daudz augstākā pakāpē un bez lēcu lietošanas. Lipmana metodē interferences struktūra radās, savstarpēji iedarbojoties koherentai gaismai, kas izgājusi caur objektu, ar tās pašas gaismas stariem, kuri atstarojas no spoguļa, kas novietots pie fotoemulsijas. Modernajā nekoherentajā hologrāfijā ne- koherento starojumu, kas izgājis caur objektu, sašķeļ difrakcijas režģis. Divi galvenie kūļi, ko veido režģis, krīt uz hologrammu ar divu palīgspoguļu palīdzību. Sī metode izmantojama arī rentgena stariem, pat gamma stariem Mesbauera efektā.

Modernā hologrāfijā ir lāzera pēcnācēja, kas attīstījusies un kļuvusi par zinātnes un tehnikas strauja progresa līdzekli. Mēs vēl dzirdēsim par daudziem brīnumiem, ko hologrāfijā pārvērtusi par īstenību.

Mēs ieraudzīsim

Es iepazinos ar Deņisjuku 1971. gada martā, kad pēc savas ievēlēšanas par korespondētājlocekli viņš pirmo reizi piedalījās Zinātņu akadēmijas sanāksmē.

— Mūsdienās daudzi piešķir pārmērīgu nozīmi prioritātes jautājumiem, — teica Deņisjuks. — Protams, Gabors pirmais izgudroja hologrāfiju un pierādīja tas eksistenci. Bet es priecājos, ka uzzināju par viņa darbiem, kad pats jau biju formulējis savu metodi un ieguvis savus rezultātus. Kas zina, ja es būtu sācis ar literatūras studēšanu, varbūt pieķertos kanoniem, nokļūtu Gabora ideju gūstā un diez vai spētu nonākt līdz telpiskas hologrāfijas idejai?

Jo jautājuma nostādne mums bija radniecīga, mērķis vienāds, — viņš turpināja, — un, atklājot žurnālā gatavu risinājumu, gribot negribot kļūsti svārstīgs. Kas zina, ja būtu iepazinies ar Gabora rakstiem pāris gadu agrāk, varbūt telpisko hologrāfiju tad vajadzētu atklāt citam un varbūt tas notiktu daudz vēlāk. Cik es zinu, Gabors labi sapratis atšķirības starp mūsu attīstības virzieniem un vienmēr ir atsaucies uz maniem darbiem telpiskajā hologrāfijā. Bet es, protams, visā pilnībā atzīstu viņa prioritāti un viņa nopelnus, tāpat kā Leita nopelnus plakanās lāzera hologrāfijas radīšanā …

Ja jau esam pieskārusies vēstures jautājumiem, nedrīkst aizmirst, ka arī Deņisjukam un Gaboram bija priekšgājēji. Gabors atzīmē, ka viņa metode radusies kā U. Brega idejas modifikācija (Bregs ir ievērojams speciālists rentgenstruktūranalīzē).

Tomēr ne Gabors, ne Deņisjuks nekā nezināja par poļu fiziķa Mečislava Volfkes darbiem, kurš formulēja objekta attēla divpakāpju restaurēšanas principu. -Sis princips izmanto difrakcijas ainu, ko veido objekts. Savu ideju Volfke, tāpat kā Gabors, formulēja pēc rentgena stariem un eksperimentāli pārbaudīja redzamā gaismā. Atbilstošas publikācijas parādījās 1920. gadā. Tās balstījās uz autora teorētiskajiem darbiem laikā no 1911. līdz 1914. gadam, turklāt šo pētījumu pamatā bija ievērojamā Jēnas optiķa Ernsta Abes darbi un viņa mikroskopa teorija. Volfke norāda, ka attēla restaurēšanas ideju izvirzījis arī E. Hupka 1913. gadā; un vēlreiz, nekā nezinādams par priekšgājējiem, šo ideju sīki izklāstīja H. Beršs 1938. gadā.

Viņi visi bija pionieri, kas tālu apsteidza sava laika iespējas un pat vajadzības.

Mani interesēja ne tikai prioritātes jautājums.

—   Mēdz apgalvot, ka hologrāfijā ir lāzera pēcnācēja. Vai tas ir pareizi? Jo kā jūs, tā arī Gabors savas hologrammas taču ieguva, pirms parādījās pirmie lāzeri,— es jautāju Deņisjukam.

—   Un tomēr pareizi, — atbildēja Deņisjuks. — Bez lāzeriem hologrāfijā paliktu tikai interesants princips, varbūt tāds, kuru izmantotu kādos šauri speciālos pētījumos. Lāzeri iedvesa hologrāfijai jaunu dzīvību. Atklāja tai daudz ceļu uz praksi. Pievērsa tai zinātnieku un inženieru, jā, arī visu lasītāju uzmanību. Es uzskatu, ka hologrāfijā ir ne vien zinātnes nozare, bet arī pārdomu objekts. Spriediet paši: cenšanās attēlot apkārtējo pasauli ir viena no raksturīgākajām saprāta iezīmēm. Pērtiķis dažreiz izmanto nūju — visvienkāršāko darbarīku. Tikai cilvēks iemācījies zīmēt. Mūsdienu cilvēkiem glezniecība liekas atrauta no prakses, tā pastāv tikai kā estētiska vērtība. Bet sirmā senatnē cilvēki attēlu identificēja ar objektu. Zīmējumiem bija maģiska jēga. Zīmējums, glezniecība bija pirmais apraksta veids, daļēji arī apkārtējās pasaules izzināšana. Sai. metodei gan trūkst precizitātes, kas raksturīga matemātikai, bet, runājot par tiešo iedarbību uz mūsu jūtām, mūsu domām, tā stāv ārpus konkurences. Mēs nezinām, kā smadzenes pazīst attēlus, bet pati pilnīgākā un precīzākā elektroniskā mašīna pagaidām ne mazākā mērā nevar šai ziņā līdzināties smadzenēm. Nav šaubu, ka tieši zīmējumi bija tie, kas pakāpeniski tapa par pik- togrāfiskās rakstības pamatu, bet pēc tam pārvērtās hieroglifos un, beidzot, mūsu alfabēta burtos. Nē, hologrāfijā, protams, neaizstās rakstību. Taču tā |aus sasniegt lielāku blīvumu liela apjoma informācijas pierakstā … Ir vēl kāda ļoti interesanta nozare, kas pieslejas hologrāfijai. Daži fiziologi uzskata, ka tēlu veidošanas process galvas smadzeņu garozā ir zināmā mērā analogs hologrammas veidošanās procesam. Tiešām, smadzenes ir ļoti noturīgas pret bojājumiem. Rodas iespaids, ka tēla ielāgošana tajās notiek nevis lokāli, ne noteiktās šūnās, bet globāli — šajos procesos vienlaicīgi piedaloties visiem neironiem vai to vairākumam. Un, atvienojot galvas smadzeņu garozas atsevišķus iecirkņus, mēs neiznīcinām kādu daļu no iegaumētā pilnīgi, bet tikai samazinām detaļu skaitu. Arī vissīkākajā hologrammas daļiņā glabājas visa objekta tēls. Tomēr, jo mazāks ir atlikušais hologrammas gabals, jo mazāk sīki tiek restaurēts objekts. Protams, analoģija vēl nenozīmē identitāti. Tomēr kaut kādu īstenības daļiņu tā pētniekam, bez šaubām, dod.

—  Jurij Nikolajevič, — es teicu, — kā zināms, dzīvnieki fotogrāfijas neuztver. Suns pazīst sava saimnieka balsi, ierakstītu magnetofona lentē, bet nekādi nereaģē uz viņa fotogrāfiju. Kā suns izturēsies pret saimnieka hologrāfisko attēlu?

—   Es nezinu, vai kāds ir izdarījis šādus mēģinājumus. Tomēr nešaubos, ka suns pazīs saimnieku pēc viņa hologrammas. Fotogrāfija ir stipri nosacīta. Tās uztveršanai nepieciešama noteikta intelekta pakāpe, vajadzīgs treniņš. Bet hologramma sniedz pilnīgu un objektīvu objekta attēlu. Tā atrisina pat sarežģītāku uzdevumu — automātiski pazīst tēlus. Jau tagad mēs varam iegūt cilvēku hologrāfiskus portretus lāzera uzliesmojumā. Atliek izdarīt eksperimentu, kas interesē jūs … Man šķiet, ka radīt hologrāfisko telpisko kino un televīziju ir grūtāk nekā atrisināt daudzus tīri tehniskus uzdevumus. Bet gan mēs pieredzēsim kā vienu, tā otru, — noslēgumā teica Deņisjuks.

6. n o d a ļ a KVAZIOPTIKA

Filoloģija un matemātika

«Kvazi» ir salikta vārda sastāvdaļa un nozīmē «it kā», «šķietami», «iedomāti», «neīsti», piemēram, kvazi- zinātnieks, kvazispeciālists.

Iespējams, ka zinātnieks, kas ieviesa praksē terminu «kvazioptika», neprata latīņu valodu. Uz tādām domām vedina Lielā padomju enciklopēdija, no kuras izrakstīta šī tik nepievilcīgas nozīmes priedēkļa «kvazi» definīcija.

Patiesībā kvazioptika ir visīstākā optika, kurai, kā izrādījās, nepietika ar redzamās gaismas sfēru un kura tai pievienoja visu, ieskaitot arī centimetru garos radioviļņus. Tomēr kvazioptikas vara nav izplatījusies pa visu daudzstāvu zinību celtni, kurai pamatus likuši Dekarts, Ņūtons, Heigenss un Frenels. Kvazioptiku neinteresē ne spektra daba, ne spektra analīze, ne izkliedes un absorbcijas process, ne arī komplicētās attiecības, kas pastāv starp optiku un citām zinātnes nozarēm.

Kvazioptika nospraudusi sev, šķiet, nesasniedzamu mērķi — samierināt mūžīgi naidīgus antipodus: viļņu optiku ar staru optiku, viļņu optiku ar ģeometrisko optiku. Starp citu, var piekrist arī pretējam formulējumam: kvazioptika radusies, ģeometriskajai optikai apvienojoties ar viļņu optiku.

Ģeometriskās optikas nosaukumā izpaužas matemātikas, it sevišķi ģeometrijas, pārsteidzošā spēja izteikt parādību likumsakarību, novēršoties no to konkrētās, fizikālās būtības.

Eiklīds varēja izmantot gaismas atstarošanas likumu, nezinot nekā par gaismas dabu. Viņš redzēja gaismu un ēnas. Un zināja, ka sprauga slēģos no visas gaismas masas atdala vienu staru. Varēja pārliecināties, ka gaismas stars no metāla plāksnītes vai ūdens virsmas atstarojas zem tāda paša leņķa, zem kāda tas krīt. Ar to pietika veselam gadsimtam.

Snēliuss un Dekarts pēc pusotra gadsimta formulēja gaismas laušanas likumu. Jautājums par to, kāpēc gaisma lūst tā un ne citādi, nedeva miera pašiem lielākajiem fiziķiem. Ņūtons nikni strīdējās ar Huku un

Heigensu, daudz vēlāk to pašu darīja Bio ar Frenelu, Lorencs ar Maksvelu …

Bet matemātiķiem gar to nebija nekādas daļas. Viņu rīcībā bija divi likumi. Kāpēc tie tieši tādi un uz ko tie pamatojas — tas matemātiķiem nebija svarīgi. Galvenais, ka atstarošanas likums un laušanas likums izteic dabas īpašību, pareizi atspoguļo gaismas un vielas kaut kādu mijiedarbības loku. Pēc šiem likumiem matemātiķi var veidot un tiem jāveido metodes, ar kuru palīdzību aprēķināt lēcas acenēm un teleskopiem, izgudrot mikroskopus un burvju lākturus.

Lielākie matemātiķi, piemēram, Hamiltons, Gauss un daudzi citi devuši savu ieguldījumu ģeometriskās optikas radīšanā un attīstībā. Mūsu gadsimtā, šauras specializācijas gadsimtā, radušies optisko ierīču aprēķināšanas speciālisti, kuru galvenie ieroči ir ģeometriskā optika. Būtībā viņi bija matemātiķi. No visas pārējās fizikas viņi izmanto vienīgi dispersijas likumu, kas izteic laušanas koeficienta atkarību no frekvences. Viņus neinteresē, kāpēc atkarība ir tieši tāda. Tāda ir daba, viņi spriež, savā darbā iegrimuši, un ņem to vērā, iz- raugot dažādu šķirņu stiklu.

Protams, pēc Frenela viļņu teorijas triumfa neviens izglītots cilvēks vairs neriskētu to noliegt. Un ģeometriskās optikas piekritēji arī necentās ar savām metodēm izskaidrot visas parādības, kas radās, savstarpēji iedarbojoties diviem gaismas stariem, vai arī izskaidrot gaismas spēju apliekties ap šķēršļiem. Turklāt projektētāji, kas izdarīja teleskopa vai mikroskopa aprēķinus, bija spiesti griezties pēc palīdzības pie viļņu teorijas, lai noteiktu savas ierīces izšķiršanas spēju. Jo viņi zina, ka tieši difrakcijas parādība ierobežo izmērus pašām sīkākajām detaļām, kuras vēl var saskatīt ar mikroskopa palīdzību. No difrakcijas ir atkarīgi apstākļi, kas lielam teleskopam ļauj atklāt divas tuvas zvaigznes tur, kur mazā teleskopā tās redzamas kā viens spīdošs punkts.

Sākums

Atskatoties no šodienas zinātnes sasniegumu augstumiem, ģeometriskās optikas un viļņu optikas sadraudzības sākumu var saskatīt ļoti tālā pagātnē un tādā veidā kvazioptikas dzimšanu attiecināt uz pagājušā gadsimta pirmo pusi.

Vēl vairāk, viļņu optikas rītausmā lielais Heigenss, pirms viņam bija,radies priekšstats par gaismu kā par periodiskiem viļņiem, jau zīmēja viļņu frontes ainu un tādā veidā ne tikai ieguva atstarošanas un laušanas likumus, bet konstruēja ari spoguļu un lēcu virsmas formu. Turklāt šīm vajadzībām viņš izmantoja cirkuli un lineālu, tā ka Heigensa optiku vajadzētu nosaukt nevis par viļņu, bet gan par «ģeometrisko optiku». Taču paradums ir stiprāks par loģiku.

Viss Heigensa dižums, kur apvienojas teorētiķa spēks ar tiekšanos pēc tūlītējiem praktiskiem rezultātiem, redzams no sekojoša fragmenta, ar ko sākas sestā nodaļa viņa «Traktātā par gaismu».

«Pēc izskaidrojuma, kā caurspīdīgu un necaurspīdīgu ķermeņu atstarošanas un laušanas īpašības izriet no mūsu pieņēmuma par gaismas dabu, es šeit sniegšu visai vienkāršotu un dabisku paņēmienu, kas pēc tiem pašiem principiem ļaus noteikt pareizās formas ķermeņiem, kuri ar atstarošanas un laušanas palīdzību savāc vai izkliedē gaismas starus. Tiesa, es vēl neredzu iespējas, kā šīs formas varētu izmantot laušanai, pirmkārt, tāpēc, ka tālskata stiklu forma ir grūti izgatavojama ar nepieciešamo precizitāti, un, otrkārt, tāpēc, ka pašā laušanā ir kāda īpašība, kā labi parādīts ar Ņūtona eksperimentiem, kas liek šķēršļus absolūti pareizai staru savienošanai. Tomēr es aprakstīšu šo formu pētījumu, jo, kā saka, tas uzbāžas pats par sevi un saderība, kura šeit atklājas starp lauzto un atstaroto staru, vēlreiz apstiprina mūsu laušanas teoriju. Bez tam var gadīties, ka nākotne tiem atklāj kādu derīgu izmantošanas sfēru, kas šodien vēl nav zināma.»

Tālāk Heigenss ar vienkāršiem aprēķiniem atrod_ fokusējoša spoguļa formu — parabolu un iegūst lēcas galvenās īpašības, arī tās, ko jau iepriekš bija atklājis Dekarts.

Minētajā fragmentā ietvertas divas atziņas, kas raksturo autora mentalitāti. Viņš apzinās, ka viņa precīzās ģeometriskās konstrukcijas stāv pāri tā laika praktiskajām iespējām. Starp citu, stikla slīpēšanā viņš Sasniedza augstāko meistarību un pats savām rokām izgatavoja teleskopus, kas toreiz tika uzskatīti par milzīgiem.

Otra atziņa attiecas uz Ņūtonu un tā eksperimentiem dispersijā. Heigenss bez iebildumiem pieņēma Ņūtona kļūdaino secinājumu par to, ka gaismas dispersija «ir par šķērsli pilnīgi pareizai gaismas staru savienošanai».

Tomēr Ņūtona un Heigensa maldigie uzskati noturējās zinātnē vēl ilgus gadus, līdz kamēr vienkāršais optiķis Dolonds likvidēja šķēršļus, kas šķita nepārvarami. Daudzu gadu darba rezultātā viņam izdevās sasniegt mērķi un iegūt attēlu, ko nebojāja varavīksnes krāsas, kas parastajās lēcās izplūst attēla malās (to viņš panāca, savienojot lēcu, izgatavotu no kronstikla, ar lēcu no flintstikla). Dolonds atrada tādu virsmas formu, kurā visi izkropļojumi, ko rada abas lēcas, ir pretēji un labi izlīdzina cits citu.

Gaismas viļņu teorija principā spēj tikt galā ar jebkuras optiskas ierīces aprēķiniem. Taču daudzos gadījumos nepieciešamie aprēķini ir ārkārtīgi sarežģīti un lieli. Varenā viļņu optika prasa no zinātnieka milzīgu piepūli tur, kur primitīvā ģeometriskā optika parāda vienkāršu un īsu ceļu.

Matemātiķi Šo dīvaino situāciju nevarēja atstāt bez ievērības. Viņiem Izdevās noskaidrot lietas būtību. Kā izrādās, tajos gadījumos, kad optisko ierīču izmēri (lēcu vai spoguļu, prizmu vai diafragmu izmēri un atstatums starp tiem) ir daudz lielāki par gaismas viļņu garumu, ģeometriskās optikas likumi ir gaismas viļņējādās dabas vienkāršs matemātisks secinājums. Vienīgi vairāk sarežģītas problēmas, par kurām runājām jau iepriekš, — jautājums par minimālo attālumu, no kura divu tuvu punktu attēls nesaplūst vienā, un daži citi — prasa precīzus aprēķinus, pamatojoties uz viļņu teoriju.

Kopš tā laika zinātnē un tehnikā, optikā un tās daudzveidīgajā praktiskajā pielietojumā radusies skaidra un noteikta robeža. Tās vienā pusē stāv uzdevumi, kas ietilpst ģeometriskās optikas kompetencē, jo risināt tos ar viļņu teorijas metodēm ir tikpat aplam kā izteikt pavāru grāmatu dzejas vārsmās. Robežas otrā pusē atrodas sarežģītākas problēmas, kas prasa visu modernās optikas arsenāla izmantošanu. Jebkurš diletantu mēģinājums pārnest ģeometriskās optikas metodes aiz šās robežas, sfērā, kur nevar neievērot gaismas viļņējādās īpašības, noved pie aplamības, pie šķietamiem paradoksiem, ar kuriem jauni pasniedzēji mīl mulsināt pirmo kursu studentes. Tomēr ir ari pierobežas josla, kurā ar grūtībām iespraucas galējību cienītāji. Tā ir kompromisa zona. Par to runāsim turpmāk.

Pie robežas

Radioviļņu garums salīdzinājumā ar optiskajiem viļņiem ir milzīgi liels. Ja no salīdzinājumiem tomēr atturēsimies, būs jāatzīst, ka mūsdienu radiotehnikā izmantojamo viļņu garums atrodas ārkārtīgi plašās robežās. Radionavigācrjas sistēmās, kā arī precīza laika signālu pārraidē dažkārt izmanto radioviļņus, kuru garums desmitiem kilometru. Radio raidstacijas mūsu dienās neizmanto viļņus, kas garāki par diviem kilometriem un īsāki par desmit metriem. Sajās robežās stacijas atstāj brīvus tikai nedaudzus iecirkņus tehniskām vajadzībām — to kuģu signāliem, kuri cietuši avāriju, sakaru sistēmām, radioastronomiem. Televīzija un augstas kvalitātes muzikāli raidījumi iespiedušies metru un decimetru diapazonos.

Pašlaik ēterā ir tik ļoti šauri, ka vismazākajam deficīto radioviļņu sadalījumam nepieciešama starptautiska vienošanās.

Tradicionālie radioviļņi pēc garuma stipri pārsniedz aparatūras detaļu izmērus. Radioviļņi ir samērojami tikai ar pašām lielākajām — antenām. Un nav nekāds brīnums, ka radioinženieri aparatūras aprēķinos ilgu laiku iztika ar tīri elektrotehniskām metodēm, bet, projektējot antenas, tiem vajadzēja rēķināties ar difrakcijas parādību.

Dažreiz, it sevišķi darbā uz īsajiem viļņiem, radiouz- tveršanu traucē interference. Tā rodas radioviļņu iz- dzišana, fedings, ko izraisa vairāku radioviļņu pārklāšanās citam pār citu (līdz uztvērējam šie viļņi nonākuši pa dažādiem ceļiem).

Radiolokācijai bija gandrīz pilnīgs monopols uz centimetru un milimetru viļņu diapazoniem. Taču pakāpeniski tās valdījumos ielaužas jaunākās daudzkanālu sakaru sistēmas.

Centimetru radioviļņi ir tik ievērojami īsāki par attālumu starp uztvērēju un raidītāju vai starp radiolokatoru un mērķi, ka nevilšus rodas kārdinājums šeit izmantot ģeometriskās optikas likumus. Tomēr metāla cauruļu (viļņvadu) šķērsgriezums un pat antenu izmēri šajā diapazonā vēl arvien ir samērojami ar viļņa garumu un viļņējādās īpašības šeit izpaužas pilnā mērā. Tikai pašus vienkāršākos aprēķinus šeit var izdarīt, pamatojoties uz ģeometrisko metodi.

Taču pāreja uz milimetru un submilimetru viļņiem radīja lūzumu. Maza šķērsgriezuma viļņvadu izgatavošanas grūtības un lielā radioviļņu enerģijas absorbcija to sieniņās spieda inženierus pāriet uz tādu viļņvadu izmantošanu, kuriem liels šķērsgriezums, kas būtu vienlīdzīgs daudziem to radioviļņu garumiem, kurus pārraida pa šiem viļņvadiem. Vajadzēja ķerties pie spoguļiem, lēcām, diafragmām un prizmām, kas līdz tam laikam bija optikas īpašums.

Radioinženieri un radiofiziķi, kas aprēķinos bija pieraduši izmantot viļņu teoriju un viļņu metodes, sastapās ar visām tām grūtībām, kuras savā laikā bija radušās viļņu teorijas apustuļiem, bet vēlāk nostājās viņu adeptu ceļā, kad tie centās uzspiest viļņu optikas metodes optisko ierīču projektētājiem. Aprēķini kļuva pārāk lieli un smagi. Bet arī ģeometriskās optikas metožu izmantošana nebija iespējama. Tās noveda pie nepieļaujami lielām kļūdām, jo difrakcijas un interferences parādībām šeit bija ļoti būtiska nozīme.

Tā radās kvazioptiskās aprēķina metodes, kas, pazīstot tādu sensenu optisku detaļu kā spoguļu un lēcu «izturēšanos», uzreiz ņem vērā difrakcijas ietekmi to malās. Ar tādu nolūku teorētiķi izmantoja visu viļņu optikas vienādojumu arsenālu, modificējot tos ar metodēm, kuras matemātiķi sauc par asimptotiskām.

Tas ir viens no ceļiem, kā iegūt aptuvenas aprēķina formulas, kas pamatojas uz saprātīgu uzdevuma mēroga raksturojuma ievērošanu. Sajā gadījumā tāds raksturojums ir aparatūras izmēru attiecība pret viļņa garumu.

Tomēr tikpat likumīgs būtu ģeometriskās optikas metožu vispārināšanas ceļš. Tādi mēģinājumi ir jau bijuši un, bez šaubām, būs arī turpmāk. Ja tie vainagotos sekmēm, tas dotu iespēju atrast jaunas milzīgā ģeometriskās optikas arsenāla izmantošanas iespējas.

Tā, piemēram, radiospeciālisti savām vajadzībām ir radījuši lēcas no vielas, kas nelaiž cauri gaismu, spoguļus, kas pārklāti ar melnu laku, lai pasargātu to virsmu no korozijas, un citas analogas detaļas. Detaļas, kas vienlaikus ir gan optiskas, gan neoptiskas. Radiospeciālisti tās nosaukuši par kvazioptiskām — gandrīz optiskām. Tas atbilst lietas būtībai un tajā nav ne mazākās ironijas vai nosodījuma, kas it kā izrietētu no definīcijas, kura Enciklopēdijā pieņemta priedēklim «kvazi». Tā radušās kvazioptiskās metodes, kas piemērotas tādu uzdevumu risināšanai, kuri radušies uz divu apgabalu robežas un nav pa spēkam ģeometriskajai un viļņu optikai: pirmā noved pie nepieļaujamām kļūdām, bet otrai nepieciešami pārāk lieli un smagi aprēķini.

Lāzeri

Kad tapa lāzeri, T. Meimans un A. Džavans savā celmlaužu darbā izmantoja plakanos spoguļus. Viņiem vajadzēja tos izgatavot rūpīgāk, nekā tas tika darīts līdz tam. Nekādus aprēķinus viņi vairs neizdarīja, paļāvās uz Taunsa autoritāti (varbūt viņi bija lasījuši arī Prohorova rakstus). Optisks rezonators, kas sastāvēja no diviem plakaniem spoguļiem, bija vienkāršākais paņēmiens atgriezeniskās saites realizēšanai, bez kuras optiskais kvantu ģenerators nevar darboties. (Šinī vietā vajadzēja atteikties no termina «lāzers», jo tam ir arī otra nozīme — optisks kvantu pastiprinātājs, ierīce, kurā optiskais rezonators parasti nav nepieciešams.)

Tomēr lāzeru attīstības gaitā empīriska pieeja izrādījās nepilnīga. Lai saprastu lāzera darbības procesu, vajadzēja izskaidrot optiskā rezonatora īpatnības.

Tūlīt arī noskaidrojās, ka, neskatoties uz rezonatoru izmēriem, kas krietni pārsniedza gaismas viļņu garumu, ģeometriskās optikas metodes tajā nav izmantojamas. Bet viļņu optikas metodes noveda pie aprēķiniem, kas pa spēkam vienīgi elektroniskajām skaitļošanas mašīnām.

Amerikāņu pētnieki A. Foks un T. Lī pirmie ķērās pie 184 optiskā rezonatora izpētes. Viņi labi saprata, ka Fabri—Pero optiskā interferometra aprēķini, kas būtībā neatšķiras no lāzera rezonatora, šeit nav izmantojami. Tas tāpēc, ka Fabri—Pero interferometra izmantošana klasiskajā optikā paredz tā apgaismošanu no ārienes ar gaismas viļņiem, kuru plakanās frontes krīt uz in- terferometru paralēli tā spoguļiem. Interferometrā rodas plakanu stāvviļņu sistēma. Bez tam optiskajos in- terferometros spoguļu šķērsgriezumu izmēri parasti pārsniedz attālumu starp tiem.

Lāzerā situācija pilnīgi mainās. Enerģija tā rezona- torā-interferometrā nenāk no ārpuses. Tā izdalās iekšienē. Turklāt lāzera pašierosmes procesa būtība ir šāda: tajā nejauši radies vājš vilnis pakāpeniski pastiprinās rezonatora iekšienē sakarā ar tā daudzkārtējiem noskrējieniem no viena spoguļa līdz otram un atpakaļ. Bet attālums starp spoguļiem ir daudz lielāks nekā to izmēri.

Foks un Lī sprauda sev mērķi novērot, kas notiek ar gaismas vilni, kurš skrien starp spoguļiem. Lai uzdevumu vienkāršotu, viņi atteicās šinī stadijā no pašas aktīvās lāzera vides iztirzāšanas un uzskatīja spoguli par ideālu, tas ir, tādu, kas atstaro gaismu bez zudumiem.

Apbrīnojami, kā Foka un LI jautājuma nostādne sakrīt ar veco Heigensa pieeju: starp spoguļiem skrien gaismas impulss, bet gaismas viļņējādā daba atkāpjas otrajā plānā. Gluži dabiski, viņu aprēķins pamatojas uz Heigensa principa vienkāršāko matemātisko formulējumu. Tālāk viņi izmanto pazīstamo Frenela integrāli un … nonāk pie komplicētiem integrālvienādojumiem. So vienādojumu risinājums nav minēts nevienā matemātikas grāmatā, nevienā matemātikas žurnālā.

Ja Foks un Lī dzīvotu Frenela laikā, viņi būtu nokļuvuši strupceļā. Bet bija mūsu gadsimta sestais gadu desmits, un viņi griezās pēc palīdzības pie skaitļošanas mašīnas. Mašīnai piedāvāja vairākus uzdevuma variantus — plakanus spoguļus apaļu disku veidā vai šauru joslu veidā un ieliektus spoguļus ar dažādiem fokusa attālumiem. Mašīna IBM-704 soli pa solim izsekoja, kā vilnis deformējas atka,rība no gājienu skaita palielināšanas, un parādīja, ka pēc vairākiem simtiem šādu gājienu viļņa forma praktiski vairs nemainās.

Tālāk mašīna precizēja, ka optiskais rezonators no visiem iespējamiem viļņiem izdala tikai noteiktu komplektu, kas atbilst frekvencei, kura raksturīga noteiktam rezonatoram. Mašīna savu atbildi sniedza skaitļu tabulu un grafiku veidā. Taču zinātnieki samierinās ar tādām atbildēm tikai tāpēc, ka nav citu — ērtāku atbilžu, kam būtu pazīstamu matemātisku funkciju veids. Zinātnieki pieraduši pie funkcijām trīs gadsimtus ilgas pieredzes rezultātā, ko skolotājs nodeva skolniekam, paaudze paaudzei. Nav nekāds brīnums, ka viņi centās atrast līdzīgu atrisinājumu arī šim uzdevumam.

Pirmie tādu atrisinājumu vienam atsevišķam gadījumam atrada Dž. Boids un Dž. Gordons. Viņi aplūkoja ieliektus spoguļus, kuru fokusi sakrita. Sinī gadījumā Heigensa princips noved pie integrālvienādojuma, kura risinājums ir zināms.

Svārstīga pieeja

Būtiskas pārmaiņas lāzera rezonatoru teorijā ienesa profesors Ļevs Vainšteins, tagad PSRS Zinātņu akadēmijas korespondētājloceklis, viens no lielākajiem speciālistiem matemātiskās fizikas nozarē. Savu zinātnisko darbu Vainšteins sāka akadēmiķa M. Ļeontoviča vadībā un no viņa pārņēma Mandelštama—Papaleksi skolas labākās tradīcijas. Jaunā teorētiķa zinātniskā stila veidošanā ļoti svarīga nozīme bija tam, ka viņš ilgus gadus, jau kopš sava zinātniskā darba sākuma, strādāja institūtā, ko bija dibinājis akadēmiķis A. Bergs, un apguva tajā iemaņas tādu konkrētu uzdevumu risināšanā, kas izrietēja no prakses vajadzībām. Strādādams ciešā kontaktā ar inženieriem un fiziķiem eksperimentētājiem, Vainšteins centās (un arī iemācījās) savu mēģinājumu rezultātus izteikt tādā veidā, kas būtu pieejami praktiķiem un ērti konkrētu aprēķinu veikšanai. Lāzeru ēras sākumā Vainšteins jau bija ierindojies starp vadošajiem speciālistiem viļņvadu un rezonatoru teorijas jomā, superaugstu frekvenču elektrodinamikas jomā. Daudzas kvazioptiskas metodes, kas paredzētas radioviļņu izpētīšanai centimetru un milimetru diapazonā, ir viņa radītas vai arī iegūtas, pamatojoties uz viņa rezultātiem.

Darbs, kas kļuva par Vainšteina doktora disertācijas pamatu, veidoja veselu periodu viļņvadu teorijā. Pirmo reizi viņam izdevās atrisināt uzdevumu par elektromagnētiskā viļņa atstarošanu no viļņvada atsegtā gala. Tajā laikā šis uzdevums šķita interesants vienīgi šauram speciālistu lokam.

Par viļņvadiem un rezonatoriem mums, radiotehnikas fakultātes studentiem, piecdesmito gadu sākumā pasniedzēji stāstīja kā par iepriekšējo gadu pašu svarīgāko sasniegumu. Un reti kāds 110 absolventiem riskēja izvēlēties par diplomprojekta tematu šo komplicēto, neparasto radioaparatūras mezglu aprēķinus. k Izdevniecības neuzdrošinājās ķerties pie Vainšteina darba izdošanas, domādamas, ka to neizpirks, un baidīdamās ciest zaudējumus. Tikai īsi pirms tam nodibinātā (pēc Berga iniciatīvas) izdevniecība «Sovetskojc radio» riskēja un bija ar mieru to izdot nelielā tirāžā. Grāmata no veikaliem pazuda vienā mirklī.

Būtiskais šeit, protams, nav pašas parādības jaunums.

Viļņu atstarošanas process no viļņvada atsegtā gala principā neatšķiras no gaismas atstarošanas, kura izplūst no akvārija sieniņām gaisā. Kā vienā, tā otrā gadījumā nozīme ir vienīgi tās vides īpašību lēcienveidīgām pārmaiņām, caur kurām vilnis plūst. Līdzīgs process rodas arī taurē, skaņu viļņiem plūstot pa to. Sevišķi sīki visu to attiecībā uz ērģeļu stabulēm izpētīja slavenais Relejs. Taču viņa uzdevums bija daudz vienkāršāks, jo skaņa ir sablīvētie un izretinātie gaisa viļņi, longitudinālie viļņi. Bez tam skaņu viļņu garums ir daudz lielāks nekā ērģeļu stabuļu diametrs, kurā tie tiek ierosināti. Bet radioviļņi, tāpat kā gaisma un visi citi elektromagnētiskie viļņi, ir šķērsviļņi. To izpētē katrā ziņā jāņem vērā viļņu polarizācija. Un tāpēc uzdevuma risināšanā parasti rodas vajadzība pēc trīsreiz lielāka vienādojumu skaita.

Grūtības stipri palielinās arī tāpēc, ka radioviļņu garums, ar kuriem Vainšteinam bija darīšana, ir tuvs viļņvada platumam. Tāpēc viņš nedrīkstēja ignorēt difrakcijas lomu, radioviļņiem iznākot no viļņvada gala. Lai pārvarētu visus šos šķēršļus, bija vajadzīga īpaša pieeja. Sādu pieeju Vainšteins tad arī izstrādāja. Lai gan šī pieeja tika izveidota speciāla uzdevuma (par viļņvada atklāto galu) risināšanai, tās nozīme bija daudz plašāka.

Turpmāk Vainšteins un viņa līdzstrādnieki izpētīja daudzas sarežģītas problēmas, kas viņiem radās darba gaitā vai bija viņu iepriekšējo darbu loģisks turpinājums. Lāzera ēras sākumā viņi, gluži dabiski, bija jau pilnīgi sagatavojušies pārejai no radiotehnikas kvazi- optiskiem uzdevumiem pie to komplicēto problēmu izpētes, kas radās optiskajos rezonatoros, kuru izmēri ir milzīgi lieli salīdzinājumā ar gaismas viļņa garumu.

Vainšteins tos nosauca par atklātiem rezonatoriem, ar to uzsvērdams, ka galvenā atšķirība slēpjas nevis to gabarītos, bet gan apstāklī, ka magnētiskais lauks saglabājas rezonatora iekšienē, lai gan spoguļsieniņas veido tikai nelielu tās virsmas daļu, kuras iekšienē ieslēgta lauka enerģija. Principiālās atšķirības speciālists visskaidrāk redz centimetru radioviļņu jomā, jo viņš pieradis pie rezonatoriem, kuriem noslēgta metāla dobuma veids. Lai izveidotos sakari ar ārpasauli, dobumu sieniņās varēja atstāt vienīgi rnazus caurumiņus vai šauras spraudziņas. Citādi rezonatora kvalitāte — tā labums — katastrofāli pasliktinājās.

Lai cik tas paradoksāli, mazie caurumiņi vai spraudziņas nebūt nesaista atklātos rezonatorus ar ārpasauli. Tieši otrādi, atklātās sieniņas ir nepārvarams šķērslis tiem elektromagnētiskajiem viļņiem, kuri tiek ierosināti rezonatorā. Lai būtu sakari ar ārējo telpu, vienu no spoguļiem parasti izgatavo puscaurspīdīgu vai, retāk, tajā atstāj nelielas spraugas, tāpat kā to dara telpiskajam metāla centimetru diapazona rezonatoram.

Atklātam rezonatoram ir apbrīnojama spēja ar neredzamu (iedomātu) robežu aizturēt elektromagnētiskos viļņus. 5ī īpašība ir visai tuva tam apstāklim, kas spiež šos viļņus atstarot no viļņvada atsegtā gala. Līdzība ir tik liela, ka Vainšteins varēja pietiekami sīki aplūkot optiskā rezonatora īpašības, iedomājoties tā spoguļus kā ļoti īsa viļņvada sieniņu gabalus, tāda viļņvada, kam trūkst otra sieniņu pāra.

Kā izrādījās, eksistē vesela viļņu klase, kas patiesībā pilnīgi atspoguļojas no abiem šā dīvainā viļņvada galiem un veido starp tā «sieniņām» — spoguļiem — stāvviļņu sistēmu. Būtībā šādi stāvviļņi sakrīt ar tiem, kurus elektroniskā skaitļošanas mašīna 1BM-704 atlasīja, risinot Foka un Lī uzdevumus.

Tik dziļa fizikas intuīcija un «svārstīga» pieeja ļāva Vainšteinam ieviest superaugsto frekvenču elektrodina- mikas kvazioptiskās metodes lāzeru optikas tīri optiskos uzdevumos. Taču minētais piemērs ir tikai viens no daudziem. Speciālā grāmatā «Atsegtie rezonatori un pārraides līnijas» Vainšteins devis atklāto sistēmu vispārīgu teoriju un apskatījis daudzus praktiskus pielietojumus.

Zem zemes

Optikā atklātās pārraides līnijas arī ienāca no centimetru radioviļņu tehnikas. Visvairāk pazīstamas ir radioreleju sakaru līnijas, kas sastāv no speciālām augstos mastos uzstādītām antenām, kuras pārraida cita citai šauru radioviļņu kūli. Attālums starp raidošo radiostaciju un pirmo retranslatoru var būt desmitiem kilometru. Tāpēc līdz retranslatoram nonāk tikai neliela pārraidītās enerģijas daļa. Retranslatora uztvērējan- tena noraida ienākušo signālu pastiprinātājam, bet otra antena — pārraidošā — noraida to tālāk. Tā radiosignāli milzu soļiem aizplūst tūkstošiem kilometru tālu. Dažkārt, piemēram, kalnu pārejās, kad ir apgrūtināta pastiprinošās aparatūras kopšana un nav tik vienkārši nodrošināt to ar elektroenerģiju, izmanto pasīvos re- translatorus — vienkāršu spoguļu pāri, kurus novieto tā, lai radioviļņi, kas pienāk pie retranslatora, no tiem atstarotos tālāk vajadzīgajā virzienā.

Spoguļu līnijas tika intensīvi pētītas PSRS Zinātņu akadēmijas Radiotehnikas un elektronikas institūtā profesora Borisa Kacenelenbauma vadībā. Seit iegūti nozīmīgi rezultāti par spoguļu optisko sakaru līniju izstrādāšanu. Tādām līnijām ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar lēcu virknēm — lēcu sakaru līnijām, kuras šim pašam nolūkam izstrādātas ārzemēs.

Visi optisko sakaru līniju lielumi — spoguļu vai lēcu šķērsgriezumi un, protams, arī attālums starp tiem — ir daudz lielāki nekā gaismas viļņu garumi. Šķiet, šeit ir sensena ģeometriskās optikas valstība. Vispārīgos vilcienos tas, protams, tā arī ir. Taču šādu līniju izpētē un izmantošanā būtiska nozīme ir pārraidāmās enerģijas zudumiem, kuri difrakcijas dēļ rodas spoguļu un lēcu malās. Ģeometriskās optikas ietvaros tos nav iespējams ņemt vērā, bet stingrā viļņu teorija tādos gadījumos noved pie tik lieliem un komplicētiem vienādojumiem, ka to risināšana pat ar skaitļošanas mašīnām šķiet nesaprātīga. Šeit, dabiski, ir jāizmanto kvazioptis- kās metodes, kas apvieno sevī viļņu optikas un ģeometriskās optikas metodes, un tas dod iespēju samērā vienkārši un precīzi izpētīt difrakcijas parādības garos viļņu kūļos.

Optiskajās sakaru līnijās jāsastopas ar tādām grūtībām, kuram nav būtiskas nozīmes radioreleju līnijās. Gaismas viļņus pilnīgi absorbē migla, lietus vai sniegputenis, šie faktori maz ietekmē radioviļņu izplatīšanos. Un tāpēc optisko līniju aizsardzībai no laika apstākļu nelabvēlīgās ietekmes tās jāievieto caurulēs, bet, lai caurules pasargātu no bojājumiem, tās jāierok zemē.

Gluži dabiski rodas jautājums: kāpēc tādās līnijās nevarētu izmantot centimetru radioviļņus? Atbilde ir vienkārša. Radioviļņiem vajadzīgi viļņvadi — metāla caurules ar rūpīgi apstrādātu iekšējo virsmu. Darbi šajā virzienā tiek veikti, bet grūtības ir ļoti lielas. Optiskajās līnijās metāla caurules nav vajadzīgas. Tās var aizstāt ar lietām cementa vai pat māla caurulēm, kuru uzdevums ir vienīgi aizsargāt gaismas starus, lai tos neabsorbētu ūdens tvaiki un neizkliedētu putekļu daļiņas, migla, lietus un sniegs. Gaismas viļņi tādās līnijās tiek pārraidīti no spoguļa uz spoguli, no lēcas uz lēcu. Caurules pārraides procesā nepiedalās, jo optiskās pārraides līnijas «atsegtās sieniņas» neļauj gaismas viļņiem pieskarties pie caurules sieniņām.

Vislielākās grūtības optisko sakaru līniju izveidē rodas tad, kad jānodrošina liela precizitāte. Ģeometriskās optikas valodā runājot, gaismas stariem jābūt raidītiem ļoti precīzi no līnijas viena elementa uz otru, no spoguļa uz spoguli, no lēcas uz lēcu. Līnijas sākotnējā noregulēšana nav pati sarežģītākā. Inženieri un optiķi ar to tiek viegli galā. Grūtības rodas ekspluatācijā, kad līnija jau iebūvēta zemē un grūti pieejama apkalpojošam personālam. Te palīgā nāk automātika, kas izlabo atsevišķu elementu nepareizu novietojumu, kurš radies grunts sēšanās vai citu iemeslu dēļ.

Izvēli starp spoguļiem un lēcām (starp citu, izvēle jau notikusi par labu spoguļiem) mūsu dienās nosaka tīri praktiski apsvērumi: optiskās līnijas ir izturīgas pret nelabvēlīgu ārēju iedarbību. Kā izrādās, kombinējot spoguļus līdzīgi parastajiem periskopiem, perisko- piskos blokus var izgatavot daudz mazāk jutīgus pret nejaušu ārēju iedarbību nekā parastos spoguļus vai lēcas.

Zinātņu akadēmijas Fizikas institūtā

A. Prohorovs un viņa sensenais līdzstrādnieks A. Barčukovs ar viņiem raksturīgo aso spēju atrast vienmēr jaunus ceļus teorijā un praksē izmantoja spoguļu līniju savā lāzerā. Sis lāzers, kas izmanto ogļskābo gāzi, darbojas infrasarkanajā diapazonā ar viļņa garumu apmēram 10 mikronu. Tādi lāzeri spēj ģenerēt lielas jaudas, taču to garums bieži pārsniedz simt metru. Vietas taupīšanas nolūkā tos parasti «salika» no atsevišķiem gabaliem, tā ka lāzera rezonators saturēja daudz spoguļu. Tas pasliktināja rezonatora kvalitāti, stipri apgrūtināja tā justēšanu un padarīja to jutīgu pret grūdieniem un cita veida ārēju iedarbību.

Prohorovs un Barčukovs nolēma apmainīt rezonatoru pret optisko līniju, ko veidotu speciāli spoguļi. Lai to panāktu, pietiek novākt malējos spoguļus, kas agrākajām konstrukcijām piešķīra rezonatora īpašības. Protams, lāzers zaudēja spēju ģenerēt. No optiskā kvantu ģeneratora tas pārvērtās par optisko kvantu pastiprinātāju.

Prohorovs un Barčukovs tieši to arī gribēja panākt. Tādā pastiprinātājā viņi virzīja samērā nelielas jaudas, bet augstas kvalitātes tā paša tipa lāzera starojumu. Tā garums bija apmēram trīs metri. Tas ir ļoti drošs un izturīgs. Garais pastiprinātājs, kam piemita visas kvazioptiskās līnijas priekšrocības, izrādījās visai drošs un ērts. No parastās spoguļu līnijas tas atšķīrās vienīgi ar to, ka starp tā spoguļiem novietotas caurules ar ogļskābo gāzi, ko ierosina ar elektrisko lādiņu. Pateicoties asprātīgajam atklājumam, Prohorovs un Barčukovs spēja «nolikt» savu milzīgo lāzeru uz «plauktiņa», kas bija ērti ievietojams vienā no pašām mazākajām viņu laboratorijas istabām.

Vienu no oriģinālākajām iespējām, kā izmantot kvazi- optiskās metodes, izstrādāja Natalija Irisova laboratorijā, ko vadīja Prohorovs. Par savu mērķi viņa sprauda izveidot metriku gandrīz pilnīgi neapgūtajos milimetru un submilimetru radioviļņu diapazonos.

Šajos diapazonos klasiskās radiotehnikas mērīšanas metodes kļūst pilnīgi nederīgas vienkārši tāpēc, ka viļņ- mēru, mērāmo līniju un citu ierīču un detaļu, kas nepieciešami mērījumiem, gabarīti kļūst ārkārtīgi mazi. Tik mazi, ka tie grūti izgatavojami ar vajadzīgo precizitāti. Un, pat ja tie tiktu izgatavoti, vienalga, to pielietošana nav efektīva. Nepieciešama pārāk precīza noregulēšana — justēšana, kā izsakās arī radiofiziķi, kas iespiedušies šā jautājuma pierobežas zonā.

Superminiatūru telpisku rezonatoru labums kļūst nepieļaujami mazs. Vārdu sakot, mēģinājums aprobežoties vienīgi ar gabarītu maiņu, saglabājot vispārējos principus, nenoved ne pie kāda laba gala.

Tieši šeit, diapazonā, kas atrodas starp optiķu valstību un radistu īpašumiem, gluži dabiski, ir jāattīstās kvazioptiskām metodēm, jārada specifiski optisko ierīču līdzinieki.

Tomēr tas, kas jau izdarīts centimetru radioviļņu diapazonā, šeit neder. Trūkst piemērotu caurspīdīgu materiālu labu lēcu izgatavošanai. Nav no kā radīt puscaur- spīdīgus spoguļus interferometriem. Visu vajadzēja sākt no gala. Par pamatelementu lielākajai daļai ierīču Irisova izmantoja tīkliņus, ko veidoja ļoti smalki metāla vadiņi. Tīkli ir tik smalki, ka rāmīši, uz kuriem tie nostiepti, šķiet tukši.

Tīkliņš gaismā šķiet caurspīdīgs tādēļ, ka starp va- diņiem, kuru resnums tikai daži desmiti mikronu, atstātas tādas pašas atstarpes. Šīs atstarpes ir caurspīdīgas arī radioviļņiem, ar kuriem strādā Irisova, caurspīdīgas tiem viļņiem, kuri polarizēti šķērsām vadiņiem. Pietiek tīkliņu pagriezt par vienu ceturtdaļapgriezienu, un tas atstaros šos viļņus tikpat labi, it kā būtu taisīts no vienlaidu metāla. Šinī gadījumā radiovilnis ierosinās vadiņos elektrisko strāvu, kura dzēsīs krītošo vilni un radīs atpakaļejošu atstarotu vilni.

Ja tīkliņš pagriezts tā, ka vadiņi atrodas noteiktā starpstāvoklī, tas daļēji atstaros, bet daļēji laidīs cauri uz to krītošo vilni. Tādā veidā vienkāršs tīkliņš darbojas kā vadāms jaudas sadalītājs.

Ņemot divus paralēlus tīkliņus, Irisova radīja rezo- natoru, submilimetrīgu līdzinieku Fabri—Pero optiskajam interferometram, kas dod iespēju ērti un precīzi izmērīt uz tā krītošo vijņu garumu.

Seit nav īstā vieta, kur aprakstīt visas Irisovas un viņas līdzstrādnieku izgudrotās un realizētās kvazi- optiskās detaļas. Uz to pamata radīts spektroskops, kura parametri būtiski pārspēj visu pazīstamo mūsu valsts un ārzemju ierīču raksturlielumus, ierīču, kuras taisītas, bāzējoties uz tradicionālajām detaļām.

Irisova un viņas līdzstrādnieki ir ne tikai šo slaveno ierīču radītāji, bet arī pirmie to lietotāji. Viņi savas ierīces jau izmantojuši pētnieciskos nolūkos un ieguvuši daudz jaunu, interesantu datu par dažādu vielu īpašībām viņu pētāmajā diapazonā. Diapazonā, kurā viņi ielaužas no radioviļņu puses un kur viņi arvien biežāk sastop lāzerus.

Vairums īpatnību, kas piemīt spoguļu un lēcu sakaru līnijām, tāpat kā atklātā rezonatora spēja aizturēt sevī gaismas viļņu enerģiju, aplūkojamas no kaustisku virsmu pastāvēšanas viedokļa. Tā sauc iedomātas virsmas, kuras skar visi stari, kas iet caur lēcu pāri vai plūst no viena spoguļa pie otra. Tādas virsmas var novērot jau Heigensa un Dekarta ģeometriskajās konstrukcijās.

Ja visi gaismas stari pieskaras kādai virsmai, tas nozīmē, ka neviens no tiem nešķērso šo virsmu. Tātad gaisma neiet cauri virsmai, pat ja tā ir iedomāts ģeometrisks tēls. Sī ari ir tā atklātā rezonatora vai atklātās optiskās līnijas atsegtā sieniņa, par kuru tik daudz esam runājuši iepriekš. Taču ģeometriskās optikas spriedumi, kas vispārīgos vilcienos pareizi raksturo situāciju, nevar izskaidrot ne kaustikas rašanās cēloņus, ne arī reālu elektromagnētiskā lauka sadalījumu kaustikas tuvumā. Viļņu teorija to var. Tā parāda, kā kaus- tika rodas viļņu mijiedarbības (interferences) rezultātā; interferē viļņi, kuri atstarojas no spoguļu virsmām vai iziet caur lēcām, un viļņi, kas difraģē uz tās robežas.

Kvazioptiskās aprēķina metodes, kas patiesībā ir viļņu metodes un ģeometriskās metodes apvienojums, ļauj izsekot šim procesam visos sīkumos un sajust, kā veidojas atklātā rezonatora reālā neredzamā robeža. Tā robeža, kuras tuvumā intensīvs lauks, kas pastāv rezonatorā, plūstoši, bet ļoti ātri samazinās līdz nullei. Tas pats notiek arī neredzamo sānu virsmu tuvumā: sānu virsmas ierobežo atklātās pārraides līnijas.

Kvazioptiskās metodes tikai nesen parādījušas savu varenību redzamajā un infrasarkanajā gaismas viļņu diapazonā. Kvazioptiskās detaļas un iekārtas arvien plašāk izmanto milimetru un submilimetru radioviļņu diapazonā. Kvazioptika ieguvusi plašas pilsoņu tiesības, un priedēklis «kvazi» nekādā ziņā nav spējīgs samazināt tās labās īpašības.

Tā vārds Kvazimodo, kas starp mietpilsoņiem un snobiem kļuvis par atbaidoša kropluma simbolu, inteliģenta lasītāja atmiņā veido priekšstatu par dvēseles cildenumu, par uzupurēšanos lielas mīlestības vārdā.

Man šķiet, savienodams latīņu «kvazi» ar franču «modo», Viktors Igo gribējis teikt, ka tādi raksturi nav bijuši tipiski viņa laikam.

NOSLĒGUMS

Laiku ķēde

Ķēde! Laikam gan neviens tēls nav tik plaši un tik dažādā nozīmē lietots. Gan labā, gan sliktā, gan ikdienišķā, parastā nozīmē, gan apzīmējot gaisīgas kaprīzes. Starp citu, gandrīz to pašu var teikt arī par vārdu «virve», par kuru dažās mājās nav pieņemts runāt. Un tomēr tā ir glābusi dzīvību ne vienam vien alpīnistam. Tāpēc ir jāuzkāpj kalnos pašam, lai saprastu, kā caur lokano virvi drosminieks, kas rāpjas pirmais, jūt lejā stāvošā biedra atbalstu.

Visos laikos cilvēce allaž metusi skatienu atpakaļ uz antīkajiem zintniekiem. Viņu gara ražojumi uzticīgi kalpojuši pēctečiem, atbalstot to nerimtīgo virzību pa progresa ceļu tāpat kā izkaltas ķēdes posmi satur pakaru tiltu. Taču ir bijuši laiki, kad antīkie kanoni pārvērtās par ļaunprātīgām ķēdēm, kas sasaistīja ļaužu domāšanu. Un bija vajadzīgs varonīgs spēks, reizēm arī upuri, lai sarautu šīs važas, nomestu tās un cauri Renesansei izrautos jauno laiku plašumos. Ieietu laikposmā, kura dzīvi arvien vairāk un vairāk nosaka ne vairs vienas atsevišķas personas darbošanās, bet gan masu jaunrade. Tā pamazām tiek izkaldināti jauni posmi, jaunas saites, kas saliedē katru atsevišķu indivīdu ar visiem, kas sniedz atbalstu pirmajiem un drosmi atpalikušajiem, dod cilvēcei bezgalīgu varenību un spēku.

Ikviens no mums teikto var apstiprināt ar daudziem piemēriem no paša pieredzes, no citu nostāstiem, no vēstures mācības. Es uzskatu, ka sakari starp paaudzēm vislabāk izpaužas zinātnes un tehnikas attīstībā ar tai raksturīgajiem vētrainajiem radošās domas lidojumiem, trauksmainajiem lēcieniem un sastinguma periodiem.

Viens no slavenākajiem pagātnes gudrajiem Aleksan- drijas Hērons aprakstījis daudz ierīču, kas izmantojušas tvaika spēku. Gan rotaļām, gan svētnīcu smago vārtu atvēršanai. Vajadzēja paiet septiņpadsmit gadsimtiem, lai rastos apstākļi, kad tvaiks tika aicināts palīgos masīvajiem vēja un ūdens dzinējiem. Un nav nekāds brīnums, ka tieši tur, kur šī vajadzība bija sevišķi asa — Urālu rūpniecības rajonos un Britu salās —, dzima pirmās tvaika mašīnas, kas darbojās automātiski, bez cilvēku līdzdalības.

Tvaika mašīnas izraisīja revolūciju rūpniecībā. Tas zināms katram. Sī revolūcija radīja ari jaunu zinātnes nozari — termodinamiku. Pāreja no feodālās iekārtas un manufaktūras ražošanas uz kapitālismu neapšaubāmi bija tvaika mašīnas parādīšanās sekas. Simt gadu laikā tvaika mašīnas jauda no piecām zirgspējām izauga līdz divdesmit tūkstošiem, tās ekonomiskums palielinājās gandrīz simt reizes. Tā radīja gigantiskas tvaika turbīnas, Sūkņus un tvaika veserus.

Mūsu minētās mašīnas pēcteči negrib atdot elektrībai savas pozīcijas. Tie noslēguši savienību ar atomu. Jo pagaidām neviena atomelektrostacija neiztiek bez tvaika turbīnām. Nav tik svarīgi, ka dažās šajās turbīnās strādā nevis ūdens tvaiki, bet gan nātrija vai citu vielu tvaiki.

Transmisija … Daudziem saviem paziņām esmu jautājusi šā vārda nozīmi. Lielākā daļa no viņiem sniegusi šādu atbildi: tas ir automobiļa ātrumu pārslēgšanas kārbas (pārvades kārbas) tehniskais nosaukums. Tikai nedaudzi atcerējās, ka kādreiz par transmisiju sauca lielu un smagu enerģijas pārvades sistēmu no dzinēja uz darbgaldiem un mašīnām. Galvenā transmisijas sastāvdaļa bija liela zem ceha griestiem nostiprināta vārpsta. Platas ādas siksnas, sašūtas gredzenā, savienoja transmisijas skriemeļus ar skriemeļiem, kas grieza darbgaldu. Sevišķi plata un bieza siksna tādā pašā veidā savienoja transmisiju ar tvaika mašīnu, bet vēlāk ar lielu elektromotoru, kas apkalpoja veselu cehu.

Taču transmisija pastāvējusi jau ilgi pirms tvaika gadsimta. Tā savienoja pirmo manufaktūru vienkāršos darbgaldus ar ūdens dzinējiem. Cik bieži šīs transmisijas siksnas nesušas cilvēkiem nāvi vai sakropļojušas tosl

Otra rūpnieciska revolūcija, kuru izraisīja elektrība, padzina transmisiju no cehiem. Tvaika mašīna likvidēja fabrikas piesaistījumu pie upes. Lētais un drošais elektromotors izspieda transmisiju. To aizstāja individuālais elektropievads.

Bet elektrība nesamierinājās ar vienu uzvaru vien. Tā iespiedās rūpnieciskās ražošanas dzīlēs. Tvaiks deva tikai mehānisko spēku. Viss pārējais būtībā palika pa vecam — griežņi, urbji, zāģi. Elektrība tiecas izspiest arī tos. Elektriskā dzirkstele griež, urbj un pulē. Ar elektrisko strāvu atdala alumīniju un citus metālus no minerāliem, izstrādā mēslojumus un slāpekļskābi no gaisa, apgaismo ielas un namus, atdzesē telpas un produktus.

Un, lūk, elektrība radīja lāzeru. Tā spilgtais stars uzreiz piesaistīja vispārēju uzmanību. Ne gadsimti, kā bija ar tvaiku, ne simts gadu, kas šķir Galvani elementu no pirmā elektromotora, bet pavisam nedaudz gadu bija nepieciešami inženieriem un zinātniekiem, lai pieradinātu lāzeru pie darba, pārvestu to no laboratorijas uz cehu, uz būvlaukumu, telefonu staciju, uz kuģi, lidmašīnām, kosmosu.

Tajā laikā, kad es rakstīju savas pirmās grāmatas par kvantu elektronikas radītājiem («Neprātīgās idejas» un «Inženiera Gariņa hiperboloīda pārvēršanās»), amerikāņu fiziķi sacentās asprātībās, dodot vārdam «māzers» dažādus humoristiskus izskaidrojumus. Sākuma frāzes «Micromave Amplification by Stimulated Emissiort of Radiation» vietā, kas nozīmē «mikroviļņu pastiprināšana ar inducētā starojuma palīdzību», parādījās citādi nosaukumi, piemēram, «More Applied Scieti- tists Eat Regular» (vairāk praktiski zinātnieki ēd regulāri) vai «Military Application Seem Extremely Re- mote» (militāra izmantošana šķiet pavisam tālu) un daži citi.

Un pēkšņi pēdējā frāze draudoši mainījās. Vārda «re- mote» vietā parādījās «real», kas šinī kontekstā nozīmē «reāli».

Vairāku aizrobežu zemju periodiskajos izdevumos, kas veltīti nevis zinātnei un tehnikai, bet politikai un ekonomikai, 1970. gadā dažādos variantos parādījās ziņojums, kurā galvenā doma izpaudās šādā teikumā: «Nevadas štata poligonā ar lāzera staru notriekta lidmašīna.»

Atomkodols atstāja laboratorijas sienas 1945. gada 16. jūlijā un pieteica sevi ar draudīgu uzliesmojumu Ņūmeksikas štata poligonā. Un nepagāja ne mēnesis, kad pēc galējo reakcionāru gribas (no amerikāņu valdošās virsotnes) bez jebkādas militāras nepieciešamības, vienīgi par patiku jaunajai kodola diplomātijai, divas atombumbas laupīja dzīvību daudziem jo daudziem Hirosimas un Nagasaki iedzīvotājiem.

Tikai ar lielām grūtībām, pārvarot militāri rūpnieciskā kompleksa sīvu pretestību, atoma kodola enerģiju atombumbas dzimtenē sāka izmantot mierlaika vajadzībām.

Padomju zinātniekiem vajadzēja milzum daudz spēka, bet Padomju valstij — lielus līdzekļus, lai likvidētu atoma monopolu un ar to saistīto atomšantāžu. Mēs savu mērķi ne vien sasniedzām, bet pirmie atbrīvojām neizmērojamo kodoltermiskās sintēzes enerģiju, pirmie laidām darbā atomelektrostaciju.

Atoms sāka kalpot mierlaika vajadzībām. Zemeslodes iedzīvotājiem vajadzēja apvienot visus spēkus, lai lāzers no mierīga darba nepārietu agresijas kalpībā.

Pirmā sfēra, kur tika izmantots lāzers, bija pati humānākā no visām — medicīna. Dažas acu slimības noved pie tīklenes atslāņošanās. Cilvēks zaudē redzi. Laikā pirms lāzera tādā gadījumā vajadzēja izdarīt sarežģītu ķirurģisku operāciju. Un tad okulisti griežas pēc palīdzības pie fiziķiem un lāzera. Lāzers skalpeļa vietā. Uz šādu domu viņus uzvedināja acs lēcas fokusējošās īpašības. Jo acs lēca — tā ir tā pati lēca, kas paralēlu staru kūli savāc vienā punktā. Tīklenē veidojas ārējās pasaules attēls. Jaunajā eksperimentā vajadzēja panākt, lai acs lēca fokusētu lāzera staru noteiktos bojātās tīklenes punktos. Kā ārsti, tā fiziķi skaidri saprata, ka kļūdīšanās novedīs pie tīklenes veselās daļas ievainojuma. Bet, kā saka, kas neriskē, tas nevinnē. Gudrs, attaisnojams, sīki aprēķināts risks. Ar šiem aprēķiniem tad fiziķi arī noņēmās.

Pēc veselas izmēģinājumu virknes viņi izgudroja speciālu optisku sistēmu, kas stingri pa vienu taisni virzīja lāzera staru uz nelielas palīglampiņas gaismu. Sī spuldzīte noder mērķēšanai. Kad viss ir sagatavots, ārsts nospiež pogu, un audu sasilšanas ietekmē notiek koagulācija — to audu sakļaušanās, kas savieno tīkleni ar acs pakaļējo sienu. Slimnieks sāpes nejūt. Acs caurspīdīgais apvidus neabsorbē gaismu, nejūt ne sildīšanu, ne ievainojumu, jo caur to lāzera stars iet nefokusēts, tā ka enerģijas blīvums tajā nav liels.

Pirms filigrānās operācijas, kura notiek bez asins izliešanas, bijuši neskaitāmi eksperimenti ar līķu acīm, pēc tam ar dzīvnieku acīm. Tikai pēc rūpīgas pārbaudes lāzers saņēma ceļazīmi uz ārsta kabinetu.

Radioelektronika jau sen nodrošinājusi ķirurgus ar nazi, kas griež bez asinīm. Tāds ir augstfrekvences nazis, kas darbojas pēc audu koagulācijas principa, sasildot tos ar augstfrekvences strāvu. Taču diemžēl šis nazis nav izmantojams visur. Daudzos gadījumos audu sasildīšana ārpus operācijas vietas ir pilnīgi nepieļaujama. Un tādās reizēs tāpat kā agrāk izmantoja skalpeli.

Lāzera starojums var tikt fokusēts ārkārtīgi šaurā kūlī. Šim nemanāmajam instrumentam iespējams iekļūt tādās vietās, kur skalpelis attaisnojams vienīgi tāpēc, ka ārstu rokās nebija nekā labāka.

Un ir vēl kāda medicīnas nozare, kurā lāzers spēris savus pirmos, bet daudzsološos soļus: dažādu ādas slimību, arī drausmīgā ādas vēža ārstēšanā. Nefokusētais spēcīgā lāzera stars atsevišķos gadījumos izraisa slimo audu sabrukumu, nenodarot nekāda ļaunuma veselajiem audiem.

Šo apstākli izmanto arī kosmetologi, kas ar lāzeru sekmīgi iznīcina tumšās dzimumzīmes un tetovējuma pēdas (tetovējumi dažiem jauniešiem liekas pilnīgi nepieciešami, bet brieduma gados izraisa nožēlu un kaunu).

Ar lāzeru var izdarīt arī citas operācijas. Tik rūpīgas un smalkas kā juveliera darbs. Tas ir medicīnas priekšpostenis. Ģenētiķu laboratorijās lāzers maina vienkāršāko vienšūnas organismu iedzimtās īpašības. Ar lāzera palīdzību zinātnieki cer atšifrēt augu un dzīvnieku iedzimtības kodu. Izraisīt mērķtiecīgas mutācijas un līdz ar to saīsināt ilgo un darbietilpīgo jaunu augu šķirņu un dzīvnieku sugu izaudzēšanas procesu.

Miljoni cilvēku, kuri noskatās Maskavas televīzijas raidījumus, nevar ne iedomāties, ka puskilometru garā Ostankinas telecentra torņa šautra ir uzcelta ar lāzera palīdzību. Sarkanais gāzes lāzera stars, kas darbojas uz neona un hēlija maisījuma pamata, ar vislielāko precizitāti norādīja celtniekiem torņa vertikālās ass stāvokli.

Lāzeri-celtnieki palīdz cilvēkiem visos gadījumos, kad tiem ar lielu precizitāti jāstrādā sarežģītos apstākļos. Tie atvieglo darbu raktuvju ģeodēzistiem, pārbaudot kalnu izstrādes virzienu, bet reizēm vadot arī vairoga kustību, rokot tuneli. Būvējot kanālus, lāzeri palīdz ieturēt uzdoto nolieci, palīdz būvēt dzelzceļus un šosejas, skrejceļus aerodromos.

Vajadzība izmērīt attālumus cilvēcei radās jau sirmā senatnē. Ēģiptē, kur katru gadu pēc Nīlas plūdiem nācās atjaunot zemes gabalu robežas, mērnieku pienākumus pildīja priesteri. Arī citās zemkopības valstīs zemes mērnieku profesija bija viena no visvecākajām un visvairāk cienījamām. Tāds mērnieks, bruņojies ar ģeometrijas zināšanām un vienkāršajām mērniecības ierīcēm, nodzīvojis līdz pat mūsu dienām. Tikai nesen, pirms vairākiem simtiem gadu, parādījās Mērnieki ar lielo burtu — topogrāfi un kartogrāfi, par kuru darbības lauku tapušas zemes un kontinenti, visa zemeslode.

Lēni, ārkārtīgi lēni pilnveidojušies viņu instrumenti: mērlineāls, nivelieris un busole. Precīzu karšu sastādīšana pat līdz šim laikam ir dārgs un darbietilpīgs process.

Un šeit līdz ar aerofotogrāfiju, mākslīgo Zemes pavadoņu un radiotālmēru izmantošanu arvien plašāk pielieto lāzera tālmērus, kuri ir precīzāki, vieglāki un vienkāršāki. Lāzera stars aizkļuvis līdz Mēnesim un izmērījis attālumu līdz tam daudz precīzāk, nekā tas iespējams ar vislabākajiem teleskopiem.

Katrs pircējs, kas iegādājas pulksteni, vispirms interesējas, cik tajā akmeņu. Un diez vai pašlaik būs tāda firma, kas riskēs izlaist tirgū rokas vai kabatas pulksteņus bez šiem akmeņiem. Tādai mantai nebūs pircēju. Akmeņi, precīzāk sakot, lodītes un dažas citas svarīgas pulksteņu detaļas, kas izgatavotas no mākslīgā rubīna, nodrošina pulksteņiem precizitāti un ilgu kalpošanas laiku.

Patiesībā šādu ārkārtīgi sīko detaļu smalkais apstrādes darbs pārvērties par mazu operāciju. Parasti to veic speciāli komplicēti automāti. Taču dažas šveiciešu firmas uzskata par labāku nosūtīt šos rubīnus uz mazattīstītām zemēm, kur roku darbs ir lēts, un atvest atpakaļ Šveicē gatavās detaļas.

Tagad gan komplicētie automāti, gan arī Maurīcija salas iedzīvotāju darbs tiks aizstāts ar jaunām ierīcēm, kurās galvenā vieta būs lāzera staram. Stars, kas nofokusēts līdz cilvēka mata resnumam, viegli izsit vissmalkākos caurumiņus ne tikai rubīnā, bet arī dimanta, borazona, karbīda bora kristālos un citos mākslīgajos supercietos materiālos.

Lāzerus lieto arī filjēru izurbšanai, kas vajadzīgi stieples vilkšanai vai polimēru pavedienu veidošanai. Pēdējā gadījumā bieži rodas vajadzība pēc sarežģītas formas atvērumiem — ovāliem, trīsstūrveida un vēl sarežģītākas formas atvērumiem.

Vai varat iedomāties, cik grūti tos pagatavot ar parastajiem instrumentiem?

Lāzera stars bez kādām grūtībām atrisina ari citu komplicētu uzdevumu — izurbj caurumu, kas iet nevis perpendikulāri, bet slīpi attiecībā pret izstrādājuma virsmu.

Tehnikā bieži vien rodas tādas problēmas, ko ar pilnām tiesībām var saukt par āķīgu, grūti atrisināmu jautājumu. Metināšana vakuumā, ārkārtīgi precīzu detaļu izgatavošana — daudzām šādām problēmām inženieri bija gatavi atmest ar roku, jo to īstenošana prasīja ļoti sarežģītu risinājumu. Bet lāzers viegli sametina divus vadiņus, kas ieslēgti aizlodētā stikla balonā, no kura izsūknēts gaiss. Tas darbojas tādā automātā, kas izgatavo precīzas maza izmēra pretestības radiorūpnie- cībai. Tādā automātā lāzers iztvaicē ogļu plēvīti, kas uzklāta keramiskai virsmai. Lāzers ir neaizstājams, arī ražojot mikromoduļus radioelektronikā.

Gāzes lāzeru jauda, kuros par galveno darba vielu ir ogļskābā gāze, var sasniegt desmitiem kilovatu. Ar to pietiek, lai vakuumā izkausētu grūti kūstošus metālus, no rūdām iegūtu supertīrus metālus, apstrādātu keramiku un veiktu dau'dz citu operāciju, kurās nepieciešama ārkārtīga enerģijas koncentrācija.

Rūpniecībā un celtniecībā lāzers sper tikai pirmos so]us. Zinātnieki ir pārliecināti, ka lāzerus gaida daudzsološa nākotne ķīmisko reakciju vadīšanas jomā, jaunu efektīvu tehnoloģisku procesu radīšanā.

Seit man bija iespējams īsi pastāstīt tikai par dažām jaunām lāzera specialitātēm. To, protams, ir daudz vairāk, un ar katru dienu to skaits pieaug.

Es gribēju tikai minēt piemērus, kas ilustrētu lāzera tehnikas elastību un daudzpusīgās iespējas. Un nešaubos, ka ikviens no maniem lasītājiem atradis daudzus uzdevumus, kuru atrisināšana ar lāzera palīdzību butu vienkāršāka un efektīvāka nekā ar parastajām metodēm.

SATURS

Pirmā daļa. NEMIERA GARI

1. noda|a. Pirmsākums………………………..

2. nodaļa. Priekšteči ……..

Otrā dala. RĀDĪTĀJI

1. nodala. Gigantiskais impulss ….

2. n o d a ] a. Ātrāk par ātru un īsāk par īsu

3. nodaļa. Pret straumi…………………………

4. nodaļa. Šūpoles………………………………..

5. nodaļa. Paraugi………………………………..

6. nodaļa. Kvazioptika………………………..

Noslēgums……………………………………………………

Irēna Ļeva m. Radunska KAD PARADOKSI GRūST

Redaktore E. Melbārzde. Māksi, redaktors A. Lipina, Tehn. redaktore D, Pastare. Korektors V. Markevics. Nodota salikšanai 1977. g. 18. janvāri. Parakstīta Iespiešanai 1977.' g. 1. martā. otseta papīrs Nr. 2, formāts 84X108/32. 6,38 fiz. Iespiedi.; 10,72 uzsk. iespiedi.; 11,25 izdevn. 1. Metiens 30 000 eks. Maksā 54 kap. Izdevniecība «Liesma» Rīgā, Padomju bulv. 24. Izdevn. Nr. 337/28520-J2601. Iespiesta Latvijas PSR Ministru Padomes Valsts izdevniecību, poligrāfijas un grāmatu tirdzniecības lietu komitejas tipogrāfijā «Cīņa» Rīgā, Blaumaņa ielā 38/40. Pašūt. Nr. 260-Ļ,

Content

Radunska Irēna Ļeva m. Kad paradoksi grūst

PIRMĀ DAĻA NEMIERA GARI

1. n o d a ļ a PIRMSĀKUMS Starts

2. n o d a ļ a ' PRIEKŠTEČI

OTRA DAĻA RADĪTĀJI

I. nodaļa GIGANTISKAIS IMPULSS

2. nodaļa ĀTRĀK PAR ĀTRU UN ĪSAK PAR ĪSU

3. nodaļa PRET STRAUMI

4. nodaļa ŠŪPOLES

5. nodaļa PARAUGI

6. n o d a ļ a KVAZIOPTIKA

NOSLĒGUMS

SATURS