Но действительно ли это выход из тупика? Ведь атомы, хаотически блуждающие между стенками, это уже не пучок, а газ. А создать генератор радиоволн на газе – это именно то, что всегда считалось невозможным.
Действительно, невозможно создать генератор на обычном газе, в котором атомов-приемников больше, чем атомов-передатчиков. Но в резонаторе Рэмси был необычный газ. Этот газ состоял главным образом из атомов-передатчиков, влетавших в резонатор в виде атомного пучка. Лишь побыв в резонаторе несколько секунд, атом излучал в нем свою энергию и, превратившись в приемник, вскоре покидал его. Конечно, некоторая часть атомов, улетала, не успев излучить, но эти неизбежные потери были невелики.
Опыт подтвердил расчеты. Генератор заработал. Правда, мощность его была ничтожна – миллионная часть от миллионной доли ватта. Это было примерно в сто раз меньше, чем мощность молекулярного генератора на аммиаке, но зато стабильность частоты нового генератора была примерно в сто раз лучшей.
Теперь водородный генератор соревнуется с аммиачным за право быть новым эталоном частоты, новым эталоном единицы времени – секунды.
Без шума
Замечательные молекулярные приборы могут не только генерировать радиоволны, но и усиливать их. Действительно, если в объемный резонатор впускать несколько меньше активных молекул, чем это необходимо для возникновения генерации, то она и не возникнет. Тогда прибор способен работать как усилитель.
Если в такой усилитель, снабженный антенной, попадет извне слабая радиоволна той же частоты, что и излучаемая молекулами аммиака, она заставит их отдать ей свою энергию. Тем самым внешняя радиоволна, пополнившись за счет энергии молекул аммиака, усилится.
Вслушайтесь в работу обычного радиоприемника, когда он не принимает передачу радиостанции. Он как бы «дышит». Слышно дыхание электронных ламп. На этом фоне не очень-то легко разобрать слабую передачу далекой радиостанции.
В молекулярном усилителе ничто не шумит. Сосуд, в котором излучают молекулы, изолирован от внешнего мира, как радиостудия, откуда ведется передача. Не шумят и исполнители – молекулы аммиака. Поэтому такой прибор способен уловить очень слабую передачу.
Особенно большие перспективы открывает усилитель, использующий в качестве рабочего вещества не молекулы аммиака, не атомы водорода, а некоторые парамагнитные кристаллы. Это кристаллы, в которых содержатся ионы парамагнитных веществ, например ионы хрома. Такие ионы аналогичны маленьким магнитикам и стремятся установиться по направлению действующего магнитного поля. Такое положение соответствует для них минимуму энергии. Но часть ионов под влиянием теплового движения ориентирована в других направлениях и поэтому обладает избыточной энергией.
Поместив нормальный кристалл в объемный резонатор, охлаждаемый жидким гелием до температуры около 270 градусов ниже нуля, и облучив его электромагнитными волнами подходящей частоты, можно нарушить равновесное состояние системы и ориентировать большинство ионов против магнитного поля, то есть сообщить им избыточную энергию. В этом состоянии кристалл приобретает свойство излучать электромагнитные волны, подобно отсортированному пучку активных молекул аммиака.
То обстоятельство, что весь процесс идет при температуре, близкой к абсолютному нулю, делает усилитель такого типа практически не шумящим. Чувствительность приемника, снабженного подобным усилителем, в несколько сот раз больше, чем при обычном применении кристаллических усилителей-транзисторов и электронных ламп.
Благодаря тому, что молекулярные усилители обладают очень тонким слухом, они способны уловить даже самое слабое излучение, идущее на Землю из глубины вселенной. Из этой радиопередачи люди смогут узнать о строении далеких туманностей и составе атмосферы планет. Улавливая излучение атомов межзвездного водорода, молекулярные усилители помогают исследовать степень его распространения во вселенной и законы его движения, что имеет огромное значение для космогонии. Молекулярные усилители уже помогли осуществить локацию планет.
Ученые, приступив к попыткам радиолокации планет, воспользовались самыми мощными локаторами. Но приемники этих локаторов работали на электронных лампах, и внутренние шумы ламп заглушали слабое радиоэхо, пришедшее из космических далей. Даже электронные вычислительные машины, привлеченные к обработке принятых сигналов, давали крайне неточные результаты.
Положение резко изменилось, когда приемники планетных радиолокаторов были снабжены малошумящими парамагнитными усилителями. Их чувствительность сразу возросла в десятки раз.
Благодаря этому советские ученые во главе с академиком В.А. Котельниковым на основе обработки сигналов, отраженных от планеты Венера, смогли получить наиболее точное значение величины астрономической постоянной – этого масштаба расстояний в космосе. Без точного знания этой величины нельзя рассчитывать траектории межпланетных ракет.
Большая чувствительность планетного локатора позволила группе Котельникова первой осуществить радиолокацию планет Меркурий и Юпитер и осуществить космическую радиосвязь через планету Венера.
При радиолокации планеты Марс, выполненной одновременно с аналогичной работой американских ученых, тоже применивших парамагнитный усилитель, советские ученые получили более полные результаты.
Еще много других замечательных перспектив открывает применение молекулярных приборов в науке и технике.
Обо всем сразу не расскажешь. Постепенно об этом поведает сама жизнь.
Гарин был не прав
Редко бывает, чтобы научное открытие
оказалось чем-то совершенно неожиданным,
почти всегда оно предчувствуется;
однако последующим поколениям,
которые пользуются апробированными
ответами на все вопросы, часто нелегко оценить,
каких трудностей это стоило их предшественникам.
Чарльз ДАРВИН
Из студенческой песни
Двадцать – двадцать пять лет назад студенты Московского энергетического института на своих вечерах нередко пели:
Гордится Франция Фабри,
Германия гордится Кантом,
А наше славное МЭИ
Гордится Валей Фабрикантом.
Первокурсники обычно спрашивали своих старших товарищей, кто этот Валя-фабрикант, которым гордится их институт?
Но оказывалось, что человек с такой странной фамилией отнюдь не владеет фабриками, а преподает в их институте и успешно работает в области оптики. И Фабри, которым гордятся французы, тоже занимался оптикой. А один из гениев немецкого народа – Кант, перед тем как окунуться в пучины идеалистической философии, много сделал для развития естественных наук.
Валентин Александрович Фабрикант, о котором распевали московские студенты, в 1939 году блестяще защитил докторскую диссертацию. В этой диссертации, опубликованной годом позже, был небольшой раздел, посвященный доказательству того, что одно поразительное явление, наблюдавшееся лишь в лучах небесных светил, можно воспроизвести в лаборатории.
Это был чисто теоретический раздел работы. Фабрикант не выполнил в то время соответствующего опыта. Началась Великая Отечественная война.
По сравнению с драматическими событиями тех лет открытие Фабриканта казалось неактуальным и было надолго забыто.
Никто не подозревал тогда, что новому открытию суждено приблизить век космических путешествий.
Загадка кометных хвостов
Кто знает, как давно человек впервые увидел в небе комету, хвостатую звезду – одно из самых редких и удивительных явлений! Появление новой кометы до сих пор считается крупным событием в науке: ведь природа комет еще полностью не изучена.
Каждый раз, когда в небе появлялась хвостатая звезда, у ученых возникал один и тот же недоуменный вопрос: почему хвост кометы всегда направлен от Солнца? Давно выяснилось, из чего состоит и сама комета и ее хвост, но почему он вопреки силе притяжения отворачивается от Солнца, – это странное обстоятельство не находило объяснения.
Но вот у ученых возникла полудогадка-полууверенность: ведь солнечный свет, несомненно, материален и способен оказывать механическое воздействие на встречные предметы. Эта удивительная гипотеза подтвердилась знаменитыми опытами русского физика П.Н. Лебедева, изучившего давление света в лабораторных условиях. И ученые поняли истинные причины странного поведения хвостатых звезд: солнечный свет отталкивает атомы и пылинки, из которых состоит кометный хвост, сильнее, чем солнечное тяготение привлекает их! И, наблюдая все новые и новые кометы, смогли убедиться, что возникновение и развитие кометного хвоста – действительно результат давления солнечного света.
Хотя ученые и обнаружили механическое действие света, о практическом его использовании не возникало даже мысли. Еще бы! Такая мысль показалась бы просто абсурдной. Расправляясь с самыми длинными из кометных хвостов, солнечные лучи не в состоянии шевельнуть даже волосом на голове человека. О каком же практическом использовании давления света могла пойти речь?
Тем не менее... Современная техника в некоторых вопросах просто зашла в тупик. И может выйти из него только с помощью давления световых волн!
Вот пример. Как может человек за время своей короткой жизни побывать на звездах, расположенных на расстояниях в сотни и тысячи световых лет от Земли? Умчать туда может только сверхскоростная ракета. Но никакие химические топлива не в состоянии разогнать ракету до скорости, необходимой для полетов за пределы солнечной системы. Это сделать могут только электромагнитные волны.
Расчеты показывают, что если создать мощный пучок электромагнитных волн, то его реактивная сила может разогнать ракету гораздо сильнее, чем любой другой двигатель. Теоретически таким путем можно даже приблизиться к предельной скорости – скорости света. Правда, на пути создания таких ракет, названных фотонными, еще столько трудностей, что эта задача пока остается разрешимой лишь на бумаге.