Când, în 1927, Alexei Tolstoi a finalizat lucrările la noul său roman „Hiperboloidul inginerului Garin”, cu greu a crezut că va fi numit vreodată autorul ideii laser și vizionarul care a prezis apariția unei noi discipline științifice și tehnice - fotonica. Dar într-un singur lucru, previziunea sa s-a dovedit a fi sută la sută: „hiperboloizii” vor întoarce lumea cu adevărat pe dos.
GRÂNA DE CANTUM
Pentru prima dată, razele „de căldură”, arzând tot ce era în jur, au fost descrise de HG Wells în romanul „Războiul lumilor”, publicat în 1898. Ideea părea productivă: scriitori de ficțiune, jurnaliști și chiar oameni de știință autorizați au început să discute raze ipotetice. De exemplu, celebrul inventator Nikola Tesla a susținut că lucrează la „raze de moarte” (le numea Teleforce), care erau un „fascicul concentrat de particule” și ar trebui, conform planului său, să oprească toate războaiele, deoarece nu există apărare împotriva lor. Din păcate, dar „razele morții” care fac pace, aparent, provin din acele invenții ale lui Tesla, pe care el nu a reușit să le aducă la viață.
Modul real de a crea raze cu energie ridicată a fost subliniat de Albert Einstein, care în 1916 a prezentat o ipoteză despre existența radiațiilor stimulate. El a spus că este cu adevărat posibil să aduci atomii oricărui obiect într-o stare excitată, după care va începe să emită fotoni în mod activ și în intervalul de spectru necesar. Mai târziu, Paul Dirac a susținut ipoteza lui Einstein în cadrul mecanicii cuantice, iar confirmarea experimentală a existenței radiațiilor stimulate a fost obținută în 1928.
Cu toate acestea, apariția primelor dispozitive capabile să emită un fascicul direcțional de mare energie a trebuit să aștepte. Prioritatea în acest domeniu aparține fizicianului american Theodore Maiman. La 16 mai 1960, el le-a demonstrat colegilor munca primului laser - un generator cuantic optic, care și-a primit numele din abrevierea LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Ca mediu activ (adică un obiect într-o stare excitată), Maiman a folosit un cristal de rubin artificial, care a fost iradiat de o lampă cu descărcare de gaz și a emis un flux de lumină direcționat îngust. Ulterior, fizicianul și-a înființat propria companie, Corad Corporation, care a devenit principalul dezvoltator de lasere de mare putere.
VIITORUL LASERILOR
Video promotional:
Este dificil să ne imaginăm lumea modernă fără lasere. Sunt folosite aproape peste tot. Capacitatea laserelor de a crea un flux de energie de mare putere le permite să fie utilizate în industrie: pentru tăiere, sudare, lipire, marcare și gravare. Deoarece fasciculul poate fi focalizat într-un punct micronic, este ideal pentru realizarea de plăci cu circuite imprimate și conexiuni cu semiconductori. Direcționalitatea precisă a fasciculului face posibilă crearea dispozitivelor de citire și a echipamentelor medicale. Etc.
S-au încercat construirea armelor cu fascicul. De exemplu, inginerii militari americani au proiectat sistemul laser SHEL pentru a fi implementat pe un avion special Boeing 747 YAL-1. A fost conceput pentru a doborî rachete balistice inamice. Peste 5 miliarde de dolari au fost cheltuiți pentru proiect, iar în timpul testelor, care au avut loc în februarie 2010, laserul a doborât chiar și trei rachete țintă. Cu toate acestea, din cauza discrepanței dintre caracteristicile reale și cele declarate, proiectul a fost închis.
Cu toate acestea, laserele de luptă pot fi utilizate în scopuri pașnice. Pe baza unui complex auto pentru combaterea rachetelor, construit în epoca sovietică, prin eforturile specialiștilor de la Institutul Troitsk pentru Cercetări Inovatoare și Fuziune, a fost proiectată o instalație cu laser carbon MLTK-50. A arătat rezultate excelente în stingerea unui incendiu la o fântână de gaz din Karachaevsk, spargerea unei mase de roci, decontaminarea suprafeței de beton la o centrală nucleară prin decojire și arderea unei pelicule de ulei pe suprafața zonei de apă. În plus, pe baza sa, se planifică crearea de lasere pentru refacerea suprafețelor de frecare ale diferitelor unități industriale și chiar pentru distrugerea insectelor dăunătoare, cum ar fi lăcustele.
BAZELE FOTONICII
Este clar că tehnologiile laser se vor dezvolta în continuare. Cele mai promițătoare domenii de utilizare a acestora sunt ecranele holografice, ingineria energiei termonucleare, sistemele de cercetare a vehiculelor interplanetare. Dar relativ recent, în știința aplicată a apărut o direcție care poate revoluționa întreaga bază electronică modernă. Vorbim despre fotonică, care se angajează în cercetări fundamentale și practice în domeniul utilizării semnalelor optice. De fapt, este analog cu electronica, în locul electronilor se folosesc doar fotonii emiși de lasere.
Este interesant faptul că fotonica s-a „născut” la Universitatea de Stat din Leningrad: în 1970, chiar a fost înființat un departament corespunzător acolo, iar academicianul sovietic Alexander Nikolaevich Terenin a devenit fondatorul său. Din acel moment a început să se dezvolte școala științifică, care a adus țara noastră la liderii fotonicii. Cel mai faimos dispozitiv dezvoltat pe principiile sale sunt cablurile din fibră optică, care au crescut dramatic fluxul de canale de informații.
Astăzi, lucrările principale despre fotonică se desfășoară în universitățile rusești și în Fundația de cercetare avansată; în total sunt angajate peste 850 de organizații. De exemplu, a fost lansat un proiect de modernizare a instalațiilor radar disponibile armatei noastre. Trecerea de la o bază electronică la o bază de fotoni va reduce dimensiunea stațiilor radar (o clădire cu mai multe etaje se va transforma într-o mică autoutilitară) și va spori eficiența acestora (rezoluția și rezistența la interferențele electromagnetice vor crește). Este demn de remarcat faptul că dezvoltatorii se gândesc imediat la aplicația civilă a acestei tehnologii: radarele compacte pot fi utilizate în trenurile și mașinile de mare viteză pentru a detecta instantaneu obstacolele. Mai mult, tehnologia va fi utilizată pentru a crea o piele de aeronavă „inteligentă”, datorită căreia întregul fuselaj se va transforma într-un radar puternic,permițând piloților să vadă tot ce se întâmplă în jurul „părții” lor în timpul zborului.
LUMEA FOTONICĂ
Fotonica se dezvoltă în mai multe direcții. Cei mai tineri dintre ei sunt optoinformatica și radiofotonica. Scopul lor rezultă din denumire: sunt destinate să înlocuiască tehnologiile de computer și de rețea existente. Pentru a arăta avantajele pe care le oferă fotonica în acest domeniu, este suficient să menționăm că comutatorul fotonic ultrarapid creat la Universitatea de Stat din Moscova face posibilă creșterea ratei de transfer a datelor prin cablu de fibră optică la sute de terabiți pe secundă (limita pentru cablurile moderne este de o sută de terabiți pe secundă). Apariția comunicațiilor fotonice, care le va înlocui pe cele clasice, face posibilă, de asemenea, reducerea la jumătate a consumului de energie și, în consecință, a costului stocării datelor și a sistemelor de stocare. De exemplu, în SUA, centrele de date consumă deja 2% din toată energia produsă,iar economiile în tranziția la fotoni vor fi foarte semnificative.
Provocarea pentru viitorul apropiat este crearea unui computer fotonic, despre care se crede că depășește semnificativ sistemele semiconductoare în performanța sa. Conexiunea sa cu comunicații optice de mare viteză și suprafețe sensibile la lumină deschide calea către apariția dispozitivelor inteligente de un tip fundamental nou - miniatură și mobilă, dar în același timp având capacitatea de a procesa informații necodificate și auto-învăța. Este foarte probabil ca din fotonică să se nască o zi o inteligență artificială.
În romanele scriitorilor moderni de știință-ficțiune, se pot găsi super-ființe „țesute” din câmpuri de lumină și forță, puternice și binevoitoare. Poate că această imagine se va dovedi a fi o viziune profetică - la fel cum imaginile „razelor de căldură” și „hiperboloidului” s-au dovedit a fi profetice.
Anton Pervushin
