Трактат о вдохновенье, рождающем великие изобретения

Шаг секундной стрелки, словно взмах дирижерской палочки, управляет грандиозным хором всей страны. Экономисты подсчитывают материальное выражение ежегодно возрастающей ценности ее шага. Цена советской секунды — это горы угля, озера нефти, сонмища машин. Но главнейшая ценность шага секундной стрелки не только в том, что она регистрирует время, отмеряя и рассчитывая течение производственного процесса. Ее взмах помогает безмерно умножить его мощь, внося в него дружбу и согласие. Так унисон рождает громогласье хора.

Гордые обязательства бригад сборщиков часового завода выполнить и перевыполнить план свидетельствуют, что в этой мастерской времени умеют ценить время, что в коллективе живут и развиваются славные традиции отечественного часового искусства. Перед взором мерцают «часы яичной фигуры» — старинное творение великого русского механика Кулибина, золотое яйцо на витрине Эрмитажа. Бегут стрелки, самозвонные колокольчики наигрывают мелодии. Вдруг распахиваются золоченые дверцы, и взору открывается чертог, где ангелы, воины и «жены-мироносицы» разыгрывают старинную мистерию. Трудно упустить публицистический ход, не сказать, что из этого яйца появились на свет современные часовые механизмы.

Но заметить только это — значит упростить проблему. Карл Маркс в часах видел материальную основу, на которой строилась внутри мануфактуры подготовительная работа для машинной индустрии, крупной промышленности. Он подчеркивал, что часы являются первым автоматом, созданным для практических целей. «Не подлежит также ни малейшему сомнению, — писал Маркс, — что в XVIII веке часы впервые подали мысль применить автоматы… к производству».

Мы глядели на стрелки, Маркс же вглядывался глубже — в то, что было за стрелками. В часовом механизме, как в зародыше, содержались многие принципы и элементы современной автоматики: аккумулятор энергии — пружина; преобразователь скорости и силы — набор шестерен; принцип «обратной связи»— один из китов кибернетики; генератор колебаний… А в часах Кулибина, дающих концерты и спектакли, содержится и то, что сегодня называется программирующим устройством.

Не подлежит сомнению, что не только часовые механизмы, но и все станки-автоматы, стрекочущие в цехе, — все они вылупились из не простого, но золотого волшебного яйца. Правда, не игрушечные ангелы, воины и «жены-мироносицы» продолжают разыгрывать здесь старинные мистерии, а десятки механических ручонок в причудливом действии передают друг другу кусочки сырья, продвигают их под другие трудовые стальные ручонки, вооруженные сверлами, фрезами, резцами. И рождение готовой детали, наконец, завершает спектакль.

Век стремительных скоростей, век космоса потребовал небывало точного времени. Механические часы оказались недостаточно верным инструментом. Мы имеем в виду не только изделие рук человеческих — часы-хронометры, но и механику неба — этот, казалось бы, «непогрешимый часовой механизм, сотворенный божественным часовщиком», как воскликнул когда-то, расчувствовавшись, один философ-идеалист. Земной шар при точнейшем рассмотрении оказался не столь простым, как часовое колесико, он жил сложной, исполненной капризов и прихотей жизнью. Притяжение Солнца и Луны перемещало массы, перекачивало воду в его океанах, прихотливо вихрилась его воздушная оболочка, что-то тяжкое незримо ворочалось в его недрах, зимою тяжелела ледяная шапка на его полюсах. Вот лишь часть причин, объяснявших неожиданный факт, — вращение Земли неравномерно, и поэтому «небесные часы», связанные с вращением земного шара, то спешат, то отстают. Точнейшая проверка углубила сомнение в непогрешимости «небесных часов» и сильнее укрепила неверие в существование «божественного часовщика».

В поисках верных часов физики применили в роли маятника тончайший механизм, созданный самой природой, — атомную решетку кристалла горного хрусталя. Толчки электричества оживляли кристалл, его решетку, заставляли его колебаться в такт переменному электрическому напряжению. Получились точнейшие «кварцевые» часы. Но со временем что-то портилось в этом кристалле. Маятник-кристалл начинал пошаливать по причинам, недоступным даже рентгеноструктурному анализу — этой «лупе современного часовщика».

Тогда фантазия изобретателей обратилась к частичкам столь крохотным, что деталь обыкновенных часов перед ними все равно, что высотное здание по сравнению с песчинкой. В роли «маятника» использовали механизм молекулы, атома.

Когда входишь в лабораторию колебаний Физического института имени П. Н. Лебедева, в помещение, где отрабатывают современные маятники, замечаешь, что оно не походит на старинную церковь, где по тихому колыханию люстры изучал качания маятника молодой Галилей. Молодые люди трудятся у лабораторных макетов, напоминающих усложненное содержимое телевизионных трубок. На таких установках работают с пучками летящих атомов и молекул.

Возбужденная молекула или атом испускают при известных условиях электромагнитные колебания строжайшей частоты. Это — идеальный маятник. Но один-единственный атом, одна-единственная молекула слишком слабый и кратковременный источник колебаний, чтобы регулировать ход даже самых чувствительных часов. В 1952 году молодым советским физикам, ныне видным ученым, лауреатам Ленинской премии, членам-корреспондентам Академии наук СССР Н. Г. Басову и А. М. Прохорову пришла в голову счастливая идея построить систему, в которой одинаково возбужденные атомы соединяли бы свои усилия, подобно хору, звучащему в унисон. Еще раньше, в 1940–1941 годах, основополагающие идеи в этой области высказывал профессор В. А. Фабрикант.

Это была трудная задача. Даже самые простые молекулы или атом представляют собой сложную колебательную систему, излучающую электромагнитные колебания с целым набором частоты. Это как бы скрипка со многими струнами. Надо было научиться отбирать из множества атомов или молекул только те, которые готовы излучить электромагнитные колебания строго определенной частоты, одинаково возбужденные частицы — «скрипки», готовые «прозвучать» на одной и той же струне. Для этого пучок летящих молекул или атомов пропускают через квадрупольный конденсатор или шестиполюсный магнит. Впрочем, сложные названия деталей ничего не скажут читателям. Приведем не очень точное сельскохозяйственное сравнение, — когда пишешь о мире атомов, все сравнения грубы. Пучок летящих молекул или атомов пропускают через что-то вроде триера, сортирующего частицы, как семена. Одинаковые во всех отношениях частицы соберутся в некоем электрическом резонаторе. Здесь-то и организуется «унисон» атомов или молекул. Тут, как во флейте Пана, звучащей от дуновения, возникают сравнительно мощные электромагнитные колебания строжайшей частоты. Эти колебания через сложную «замедляющую» передачу можно применить для приведения в действие часов. Не ищите в передаче набора шестеренок. Роли их исполняют электронные устройства, напоминающие с виду шкафы быстродействующих счетных машин.

Получились часы, идущие с точностью до одной стомиллиардной доли секунды. Они и позволяют изучать неравномерность вращения Земли. По подобным хронометрам будут следовать звездолеты. В «Успехах физических наук» опубликованы замыслы помещения подобных часов на спутнике для опытов, приоткроющих, возможно, завесу над загадками всемирного тяготения. Разрабатываются в сотни раз более точные часы.

Но мы, кажется, снова безотрывно следим за стрелками часов… Вспомним же, что Маркс, проницательно видевший вещи в развитии, советовал взглянуть острей, попытаться проникнуть в то, что находится глубже стрелок. И опять-таки за стрелками атомных часов проступит материальная основа, на которой сегодня строится подготовительная работа для грядущей техники небывалой мощи. Мы найдем здесь в зародыше систему, где впервые достигнуто согласованное совместное действие одинаковых испускающих энергию атомов. Хор атомов, излучающих «в унисон»! Исключительное явление, не существовавшее в природе! Современная квантовая физика рисует более наглядный и точный образ — это залп атомов, «стреляющих» одинаковыми квантами — порциями излучений равных энергий. Лавина квантов! Электроника имела дело с лавинами электронов, ядерная энергетика — с лавинами нейтронов, некая техника, уже брезжущая в грядущем, будет обращаться с лавинами квантов излучения — лавинами фотонов.

Наукой уже открыта эта возможность. В ряду твердых веществ, где можно накопить запас одинаково возбужденных атомов, находится старый знакомый человека — кристалл рубина. Надо только подсветить похожей на «фотовспышку» лампой правильно отшлифованный и посеребренный рубин. Тогда кванты равных энергий, фотоны равных частот будут «выстрелены» залпом. Из кристалла, как рубиновая молния, брызнет почти не расходящийся луч ошеломительной силы. Мне запомнилось по цветным фотографиям из журнальных научных отчетов это алое лучевое копье, на пути пронзившее какой-то светлый кристалл. Над кристаллом вьется голубоватый дымок. Красный слаборасходящийся луч, вырвавшийся из рубина, испарил алмаз. Подобное устройство называют квантовым генератором или «лазером».