Da Alexei Tolstoy i 1927 avsluttet arbeidet med sin nye roman "The Hyperboloid of Engineer Garin", trodde han neppe at han noen gang ville bli kalt forfatteren av laserideen og den visjonære som spådde fremveksten av en ny vitenskapelig og teknisk disiplin - fotonikk. Men på en ting viste framsyningen hans seg å være hundre prosent: "hyperboloider" vil virkelig snu verden på hodet.
QUANTUM BEAM
For første gang ble "varmestråler", som brenner alt rundt, beskrevet av HG Wells i romanen "Verdens krig", utgitt i 1898. Ideen virket produktiv: science fiction-forfattere, journalister og til og med autoritative forskere begynte å diskutere hypotetiske stråler. For eksempel hevdet den berømte oppfinneren Nikola Tesla at han jobbet med "dødsstråler" (han kalte dem Teleforce), som var en "konsentrert stråle av partikler" og burde ifølge planen hans stoppe alle kriger, siden det ikke er noe forsvar mot dem. Akk, men den fredsskapende "dødsstrålene" var tilsynelatende fra de oppfinnelsene av Tesla, som han aldri klarte å få til liv.
Den virkelige måten å lage høyenergistråler ble påpekt av Albert Einstein, som i 1916 fremmet en hypotese om eksistensen av stimulert stråling. Han sa at det virkelig er mulig å bringe atomene til ethvert objekt i en opphisset tilstand, hvoretter det aktivt vil begynne å sende ut fotoner, og i det nødvendige spektrumområdet. Senere underbygget Paul Dirac Einsteins hypotese innenfor rammen av kvantemekanikk, og eksperimentell bekreftelse av eksistensen av stimulert stråling ble oppnådd i 1928.
Imidlertid måtte utseendet til de første enhetene som var i stand til å sende ut en retningsbestemt høyenergistråle, vente. Prioriteten på dette området tilhører den amerikanske fysikeren Theodore Maiman. 16. mai 1960 demonstrerte han for kollegaene arbeidet med den første laseren - en optisk kvantegenerator, som fikk navnet sitt fra forkortelsen LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Som et aktivt medium (det vil si et objekt i en eksitert tilstand), brukte Maiman en kunstig rubinkrystall, som ble bestrålt med en gassutladningslampe og avga en smalt rettet lysstrøm. Deretter grunnla fysikeren sitt eget selskap, Corad Corporation, som ble den ledende utvikleren av kraftige lasere.
FREMTIDEN MED LASERE
Kampanjevideo:
Det er vanskelig å forestille seg den moderne verden uten lasere. De brukes nesten overalt. Lasernes evne til å skape en kraftig energistrøm gjør at de kan brukes i industrien: til skjæring, sveising, lodding, merking og gravering. Fordi bjelken kan fokuseres til et punkt i mikronstørrelse, er den ideell for å lage trykte kretskort og halvlederforbindelser. Strålens nøyaktige retningsretning gjør det mulig å lage leseapparater og medisinsk utstyr. Etc.
Det er gjort forsøk på å bygge bjelkevåpen. For eksempel har amerikanske militære ingeniører designet SHEL-lasersystemet som skal distribueres på et Boeing 747 YAL-1 spesialfly. Den ble designet for å skyte ned fiendens ballistiske raketter. Mer enn 5 milliarder dollar ble brukt på prosjektet, og under tester i februar 2010 skjøt laseren til og med ned tre målraketter. På grunn av avviket mellom de faktiske egenskapene og de erklærte, ble prosjektet imidlertid avsluttet.
Imidlertid kan kamplasere brukes til fredelige formål. På grunnlag av et bilkompleks for å bekjempe missiler, bygd i sovjettiden, av innsats fra spesialister fra Troitsk Institute for Innovative and Fusion Research, ble en karbonlaserinstallasjon MLTK-50 designet. Det har vist gode resultater ved å slukke en brann ved en gassbrønn i Karachaevsk, bryte opp en bergmasse, dekontaminere overflaten av betong ved et atomkraftverk ved å skrelle og brenne en oljefilm på overflaten av vannområdet. I tillegg er det på sin basis planlagt å lage lasere for restaurering av gnidningsflater i forskjellige industrielle enheter og til og med for ødeleggelse av skadelige insekter som gresshopper.
GRUNNLEGGENE I FOTONIKK
Det er klart at laserteknologier vil utvikle seg videre. De mest lovende områdene for deres bruk er holografiske skjermer, termonukleær kraftteknikk, forskningssystemer for interplanetære kjøretøy. Men relativt nylig har det kommet en retning innen anvendt vitenskap som kan revolusjonere hele den moderne elektroniske basen. Vi snakker om fotonikk, som driver med grunnleggende og praktisk forskning innen bruk av optiske signaler. Faktisk er det analogt med elektronikk, bare fotoner som sendes ut av lasere brukes i stedet for elektroner.
Det er interessant at fotonikk ble "født" ved Leningrad State University: i 1970 ble en tilsvarende avdeling til og med etablert der, og den sovjetiske akademikeren Alexander Nikolaevich Terenin ble dens grunnlegger. Fra det øyeblikket begynte den vitenskapelige skolen å utvikle seg, noe som førte landet vårt til lederne for fotonikk. Den mest kjente enheten som er utviklet etter prinsippene er fiberoptiske kabler, som dramatisk økte gjennomstrømningen av informasjonskanaler.
I dag utføres hovedarbeidet med fotonikk i russiske universiteter og Foundation for Advanced Research; totalt er over 850 organisasjoner ansatt. For eksempel har et prosjekt blitt lansert for å modernisere radarfasilitetene som er tilgjengelige for hæren vår. Overgangen fra en elektronisk til en fotonbase vil redusere størrelsen på radarstasjoner (en bygning i flere etasjer vil bli til en liten varebil) og øke effektiviteten (oppløsning og motstand mot elektromagnetisk interferens vil øke). Det er bemerkelsesverdig at utviklerne umiddelbart tenker på den sivile bruken av denne teknologien: kompakte radarer kan brukes i høyhastighetstog og biler for øyeblikkelig oppdagelse av hindringer. Videre vil teknologien brukes til å skape "smart" flyhud, takket være at hele skroget blir til en kraftig radar,slik at piloter kan se alt som skjer rundt deres "side" under flyturen.
FOTON VERDEN
Fotonikk utvikler seg i flere retninger. Den yngste av dem er optoinformatikk og radiofotonikk. Formålet deres følger av navnet: de er ment å erstatte eksisterende datamaskin- og nettverksteknologier. For å vise fordelene som fotonikk gir i dette området, er det nok å nevne at den ultrasnelle fotoniske bryteren, opprettet ved Moscow State University, gjør det mulig å øke hastigheten på informasjonsoverføring over fiberoptisk kabel til hundrevis av terabit per sekund (grensen for moderne kabler er hundre terabit per sekund). Fremveksten av fotonisk kommunikasjon, som vil erstatte de klassiske, gjør det også mulig å halvere energiforbruket og dermed kostnadene for datalagring og lagringssystemer. For eksempel bruker datasentre i USA allerede 2% av all produsert energi,og besparelsene i overgangen til fotoner vil være veldig betydelige.
Utfordringen for den nærmeste fremtiden er etableringen av en fotonisk datamaskin, som antas å bedre enn halvledersystemer i ytelse. Forbindelsen med høyhastighets optisk kommunikasjon og lysfølsomme overflater åpner veien for fremveksten av intelligente enheter av en grunnleggende ny type - miniatyr og mobil, men samtidig har muligheten til å behandle ikke-kodet informasjon og selvlæring. Det er høyst sannsynlig at det er fra fotonikk at en kunstig intelligens en dag vil bli født.
I romanene til moderne science fiction-forfattere kan man finne supervesener "vevd" fra lys- og kraftfelt, kraftige og velvillige. Kanskje dette bildet vil vise seg å være en profetisk visjon - akkurat som bildene av "varmestråler" og "hyperboloid" viste seg å være profetiske.
Anton Pervushin
