Рассказ о некоторых проблемах современной физики и некоторых изменениях, происшедших в этой области за последнее десятилетие
Макрофизика
Макрофизика в целом покоится на надежном фундаменте классической и квантовой механики, классической и квантовой электродинамики, включая сюда и частную (специальную) теорию относительности. Естественно, что поэтому макрофизика развивается медленнее и менее драматично, чем микрофизика и астрономия (включая космологию). К макрофизике здесь отнесена ядерная физика, тесно соприкасающаяся с микрофизикой. С другой стороны, общая теория относительности, по сути дела, относится к макрофизике, но в полную силу работает лишь в космосе и поэтому обсуждается в разделе «Астрофизика». Но даже с учетом успехов ядерной физики и общей теории относительности за прошедшее десятилетие макрофизика по количеству полученных глубоких и важных новых результатов уступает микрофизике. Впрочем, успехи и результаты в науке на весах не взвесишь, многие из них как-то вообще плохо соизмеримы. Лучше поэтому не делить «места», а перейти к конкретным проблемам.
8. Разеры, газеры и лазеры новых типов
Развитие лазерной техники, а также применение лазеров (включая сюда нелинейную оптику) — это большая физическая и техническая проблема, но здесь хотелось бы коснуться лишь принципиально новых типов лазеров и лазеров, мощность которых на несколько порядков превосходит достигнутую (весьма вероятно, что для получения таких мощностей нужны и новые пути или принципы). Из такого отбора, кстати, видна условность любого списка «особенно важных и интересных» проблем. В каждой практически области физики и астрофизики скачок на несколько порядков, а иногда даже на порядок уже составляет «особенно важную» проблему, хотя и далеко не всегда реальную. Примером (разумеется, одним из многих) может служить физика высоких давлений. Давления вплоть примерно до 1 Мбар, в общем, освоены, но, как уже упоминалось, намного дальше в статическом режиме пойти не удается из-за принципиальных трудностей. Переход к статическим давлениям до 10 Мбар в не слишком малых объемах и при наличии контроля явился бы принципиальным шагом вперед. Но такой проблемы нет в нашем списке (по крайней мере ее нет в явном виде), поскольку реальная физическая проблема не может сводиться к одним пожеланиям и разговорам.
В последние годы много пишут о новом виде квантовых генераторов — лазерах на свободных электронах. Речь идет о развитии довольно старой идеи генерации электромагнитных волн пучком релятивистских электронов, которые проходят черев ондулятор, в простейшем варианте через систему магнитов — они создают вдоль пучка переменное поле, и оно колеблет электроны в пучке. Усмотреть в системах такого типа аналогию с лазером нелегко, и термин «лазер на свободных электронах» представляется малоудачным. Но дело, конечно, не в названии. Вполне возможно, что «лазер на свободных электронах» окажется практически интересным в области микрорадиоволн и в оптике. Что же касается перехода в рентгеновскую область спектра, то здесь эффективность подобной системы с использованием плотных релятивистских электронных пучков остается еще совершенно проблематичной.
Нужно заметить, что задача создания очень мощных источников рентгеновских лучей, в общем, решена в результате использования синхротронов, где суммируется некогерентное излучение большого числа отдельных электронов. Аналог лазера в рентгеновской области — устройство, которое дает когерентное излучение,— можно назвать разером, а в случае гамма-лучей можно использовать термин «газер» [10]. Здесь нужно, видимо, напомнить, что слово «лазер» составлено из первых букв английской фразы «light amplification by stimulated emission of radiation» — «усиление света с помощью индуцированного испускания радиации». Поэтому говорить о «рентгеновском лазере» и «гамма-лазере», конечно, непоследовательно. Между тем термины «разер» и «газер» возникают в результате замены в слове «лазер» буквы «l» (л) на «r»(р — рентген) или «g» (г — гамма).
В системах с электронным пучком когерентность «работает» лишь в достаточно плотных пучках и при ряде других условий, трудно осуществимых в рентгеновском диапазоне. Предлагалось создать разеры на атомных переходах, а газеры — на переходах в атомных ядрах, но в этой области каких-то существенных достижений, судя по всему, не было. Пути, еще ранее освещенные в литературе, представляются, мягко говоря, очень сложными (к их числу можно отнести, например, использование атомных взрывов).
Не все, о чем мечтают, становится реальностью и, тем более, оказывается практически интересным. Вполне возможно поэтому, что разеры и газеры никогда не будут построены или, во всяком случае, не найдут широкого применения. Но кто знает... Какая-либо неожиданная идея, как это не раз бывало в истории физики, способна, в принципе, радикально изменить ситуацию.
