Исследования окончены— исследовании продолжаются

Говорят физики:

Достижения всех отраслей физики невозможны без разви­тия химии.

Альберт Эйнштейн

Лауреаты Нобелевских премий

Эти премии учреждены в конце прошлого века крупнейшим шведским промышленником и талантли­вым инженером Альфредом Нобелем, составившим гигантское состояние. Нобелевскими премиями отме­чаются ежегодно выдающиеся научные достижения в области физики, химии, медицины и физиологии, а также произведения художественной литературы «идеалистического направления» и деятельность, на­правленная на упрочение мира.

Премии по физике и химии присуждаются комис­сиями Шведской академии наук, по медицине или фи­зиологии — Каролинским медико-хирургическим ин­ститутом (Стокгольм), по литературе — Шведской академией литературы. Нобелевская премия мира присуждается комиссией из пяти человек, избираемой норвежским стортингом (парламентом). Премии и медали вручает лауреатам король Швеции.

Присуждение Нобелевской премии по химии, фи­зике, медицине и физиологии служит в наши дни ак­том международного признания научных заслуг, важ­ности открытий и исследований. Оно воспринимает­ся мировой научной общественностью как знак осо­бого уважения к ученому и стране, которую он пред­ставляет.

Лауреатами Нобелевской премии были выдаю­щиеся ученые прошлого — Рентген, Вант-Гофф, Пав­лов, Эйнштейн, Мечников. Нобелевской премии удо­стоены крупные советские ученые — академик Н. Н. Семенов в 1956 г., академик И. Е. Тамм и члены-корреспонденты Академии наук СССР И. М. Франк и П. А. Черенков в 1959 г., академик Л. Д. Ландау в 1962 г.

Мы публикуем короткие очерки, посвященные ра­ботам лауреатов Нобелевских премий 1964 года.

Лауреаты Нобелевской премии 1964

Пути науки круты и тернисты. Немногим удается преодолеть трудности первооткрывания. Но если у уче­ного хватает таланта и упорства, дорога к познанию окружающего нас мира становится на какой-то отрезок короче.

Открытия — это верстовые столбы на путях науки; по ним ориентируются новобранцы, по ним бредут историки.

Нобелевская премия 1964 года ло физике присуж­дена советским ученым А. М. Прохорову, Н. Г. Басову и американскому ученому Ч. Таунсу.

За 10 лет после опубликования Басовым и Прохоро­вым первых результатов исследований мы успели по­знакомиться с идеей создания оптических квантовых ге­нераторов, поразиться этому открытию, восхититься его перспективами, порадоваться присуждению ученым Ле­нинской премии. Мы даже успели привыкнуть к сравне­нию луча лазера с фантастическим гиперболоидом ин­женера Гарина. Поэтому весть о том, что наши физики стали обладателями Нобелевской премии, не была не­ожиданной — она стала логическим венцом победного шествия оптических квантовых генераторов по различ­ным областям современной науки и техники во всем мире.

Уже много писалось о том, как острый луч руби­нового лазера в мгновение, испепеляя вещество, свер­лит отверстия в алмазах; мы читали, как длинная рука лазера «пощупала» поверхность Луны, мы знаем, что ослепительная вспышка лазера уже заменяет скальпель в руках хирурга при глазных операциях. Но мы почти ничего не знаем о применении лазеров в химии.

Связь новых оптических генераторов с древней наукой химией двусторонняя. Ученые говорят о гене­рации светового излучения с помощью химической реакции, и они же обсуждают влияние когерентного пучка света на химическую реакцию. Мы не случайно подчеркиваем: «говорят», «обсуждают». Все эти работы еще не имеют практического «выхода», пока идут поиски.

Присмотримся к ним.

Принцип образования направленного светового пуч­ка теперь хорошо известен. Если электроны атомов ка- кого-то вещества возбуждаются каким-то источником энергии, они, обогатившись энергией, переходят со своей основной орбиты на более высокую, соответствующую их новому энергетическому состоянию. Но их новое положение очень неустойчиво, и электроны «свали­ваются» обратно, испуская кванты энергии. «Наверху» атомов больше, чем «внизу», и «сваливаются» они вниз все вместе, как по команде. Команду подает сам свет. Происходит вспышка … Так как все атомы данного вещества одинаковы, частота излучаемого ими света будет тоже одинаковой. Пучок получится когерентным, монохроматическим.

Рубиновые лазеры возбуждаются подсветкой. Одна­ко и в химии хорошо известны реакции, в ходе кото­рых образуются промежуточные возбужденные части­цы. И в принципе их энергию можно реализовать в ла­зере. Тогда генератором будет простая химическая реакция. Скажем, натрий, соединяясь с хлором, станет давать поваренную соль плюс пучок желтого света.

Тогда почему физики сидят спокойно в своих лабо­раториях и не бегут, сломя голову, к химикам и не рвут у них из рук натрий с хлором?

Потому, что на самом деле все обстоит гораздо сложнее. Одно из основных препятствий, стоящих на пути физического использования химической реакции,— «нежелание» натрия находиться в реакции в виде Na2. В переходном состоянии натрий существует в атомар­ном виде. И это мешает получению монохроматического света.

Что можно сделать с атомарным натрием? Он име­ет магнитный момент, следовательно, можно попытать­ся выбросить его из зоны реакции магнитным полем.

Лауреаты Нобелевской премии 1964 года, Н. Г. Басов, Д. Кроуфут-Хотчкин, Ч. Таунс, А. М. Прохоров, Т. Линен

Лауреаты Нобелевской премии 1964 года на приеме в Стокгольме. На переднем плане слева направо: Т. Линен (ФРГ, медицина и физиология), Н. Г. Басов (СССР, физика), Д. Кроуфут-Хотчкин (Англия, химия), Ч. Таунс (США, физика), А. М. Прохоров (СССР, физика), К. Блох (США, медицина и физиология).

Попытаться можно… Но на это надо время. И не­малое. Вот почему физики не бегут, сломя голову, к хи­микам.

Реакция натрия с хлором,— очевидно, далеко не динсгвенная, которая может помочь рождению хими­ческого лазера. Ученые полагают, что, быть может, удастся использовать фотодиссоциацию и тепловую дис­социацию молекул. Приходится оговариваться — оче­видно, возможно,— потому что исследования в этом направлении только-только начинаются. Библиографы еще даже не завели каталогов на химические лазеры… В советской научной литературе известны пока только две публикации на эту тему.

Но исследования ширятся. В 1963 году в США уже состоялась научная конференция по этой проблеме. Осенью 1964 года в Швейцарии на конференции по ла­зерам были зачитаны два доклада, где обсуждались идеи создания химических лазеров.

Существует еще одна научная идея, связывающая химию с открытием Басова, Прохорова и Таунса. За бесстрастной записью уравнения химической реакции стоит крушение одних молекул, рождение других. Рвут­ся и возникают химические связи. Если новая связь термодинамически выгодна, если молекулы получают больше энергии, чем тратят, реакция идет. Но если для того, чтобы порвать старые связи, надо затратить боль­ше, чем даст возникновение новых связей, реакция сама не пойдет, ее надо подстегивать температурой, давлением, катализатором. А при таких «грубых» сред­ствах воздействия часто рвутся не те связи, какие надо, разрушается много лишнего. В результате образуются побочные продукты реакции, снижается выход. А неко­торые вещества вообще невозможно заставить реагиро­вать «на прямую», и приходится вести реакцию обходным путем: замещать одни атомы другими и только по­том соединять их в молекулы.

Луч лазера может избавить химиков от всех этих сложностей.

Каждая химическая связь имеет собственную, при­сущую только ей частоту колебания. Если направить на нее пучок света такой же частоты, произойдет явление, сходное с тем, какое может случиться, если по мосту прошагает в ногу колонна людей. Если частота колеба­ний, вызванная строевым шагом, совпадет с частотой собственных колебаний конструкции, амплитуда послед­них резко увеличится. Настолько, что мост может раз­рушиться. И в нашем гипотетическом случае произой­дет аналогичное явление: вследствие резонанса связь разрушится. И только одна единственная. Та, которая нужна.

Эта возможность уводит нас из сегодняшней химии в химию совершенно новую, открывающую невиданные до сих пор возможности синтеза, синтеза остро направ­ленного, ювелирного. Лучом лазера, как скальпелем, химики смогут оперировать молекулу — такого еще не было.

Тогда почему химики сидят спокойно в своих лабо­раториях, а не бегут, сломя голову, к физикам и не рвут у них из рук новые приборы?

Потому, что этих приборов нет. У существующих лазеров частота светового пучка совершенно опреде­ленна. В принципе такой лазер может подойти для раз­рушения только одной какой-то химической связи. И все. Ни о каком выборе не может быть и речи. А хи­микам нужен большой набор частот. И не просто на­бор — сто лззеров с разной частотой в лаборатории не поставишь,— нужен лазер с переменной частотой, кото­рую можно регулировать, как силу тока.

Возможно это? В принципе да. Но до претворения этого принципа в реальность еще очень далеко.

…Наступит время, когда физики — хозяева лазе­ров — возьмут на вооружение химические реакции, а химики — созданные физиками лазеры. Когда это произойдет? Точную дату назвать трудно. Можно толь­ко гадать. Первая публикация А. М. Прохорова и Н. Г. Басова и незагисимо от них публикация Ч. Таунса по лазерам появились в 1954 году. Неофи­циальные доклады делались в 1951—1952 гг. В 1956— 1957 гг. физики переходят на оптический диапазон, В 1958 г. появляются первые предложения о создании полупроводниковых лазеров. В 1960 году создается первый лазер на твердом -теле. И в этом же году — первый лазер на газе. Таким образом, от идеи до прибора прошло 8—9 лет, а от научной публикации до прибора — 6 лет. Если даже остановиться на более уте­шительной второй цифре, то, считая от первых публи­каций по химическим лазерам, у ученых «в запасе» есть еще 4—5 лет.

Открытие рентгеновских лучей, удостоенное на ру­беже нашего века первой Нобелевской премии по фи­зике, породило немало новых открытий, также принес­ших их авторам высшую международную научную на­граду. И, кто знает, быть может список Нобелевских лауреатов, принявших эстафету от первооткрывателей лазеров — Н. Г. Басова, А. М. Прохорова, Ч. Таунса, будет вскоре продолжен.

В. З. АЗЕРНИКОВ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>