Марио Бертолотти - История лазера

• Название: История лазера
• Автор: Марио Бертолотти
• Издательство: Издательский Дом «Интеллект»
• Жанр: Физика
• Год: 2011
• ISBN: 978-5-91559-097-6

Книга, которую Вы взяли в руки — редкий сплав добротного изложения основ современной физики и ее истории. История науки предстает здесь в неразрывной связи драмы идей в познании природы и судеб конкретных людей. Все эти выдающиеся исследователи были захвачены в круговорот жестокой истории XX века, которой в книге уделено немало страниц.

Автору удалось совместить рассказы о жизненном пути замечательных личностей с пристальным, шаг за шагом, анализом гипотез, теории и эксперимента.

Для широкого круга читателей, интересующихся современной физикой.

---

В 1924 г. Бозе получил поддержку для проведения в течение двух лет исследований в Европе и в сентябре прибыл в Париж. Он почувствовал силу одобрения Эйнштейна, когда германское консульство в Калькутте выдало ему визу, не требуя формальной оплаты. По прибытии в Париж он встретился с Полем Ланжевеном (1872—1946), который предложил ему возможность работы в лаборатории мадам Кюри. Бозе с удовольствием и весело вспоминал встречу с ней. Мадам Кюри (Мария Кюри-Склодовская (1867—1934) все время говорила по-английски и не давала вставить ни одного слова. Она сказала, что один студент из Индии работал с ней и имел серьезные трудности, поскольку не говорил хорошо по-французски. После этого она предложила Бозе заняться языком в течение шести месяцев и только после этого прийти к ней. У Бозе даже не было шанса сообщить ей, что он учил французский в течение 15 лет!

После такого обескураживающего контакта Бозе познакомился братьями де Бройль (Морисом и Луи) и некоторое время был с Морисом (1875—1960). Однако он все еще очень стремился попасть к Эйнштейну, и 26 октября 1924 г. он написал Эйнштейну письмо, которое начиналось словами:

«Дорогой мастер,

Моя самая сердечная благодарность за ваш труд по переводу моей работы и за ее публикацию. Я увидел публикацию как раз накануне отъезда из Индии. Я послал вам в середине июня вторую работу… Я получил грант для исследовательской работы вне моего университета... Я не знаю, возможно ли мне работать под вашим руководством в Германии...»

Эйнштейн перевел и вторую статью и послал ее в Zeitschrift, где она и была опубликована. Однако на этот раз Эйнштейн добавил ремарку, в которой сообщал, что он не может согласиться с заключениями автора и собирается дать свои соображения.

Возможность сотрудничества Бозе с Эйнштейном иссякла уже к январю 1925 г. В июле 1924 г., примерно в то время, когда Бозе, наконец, решил вопрос с начальством университета об отъезде из Дакки для научной работы, Эйнштейн выступил с работой перед Прусской академией, в которой он применил статистический метод Бозе к идеальному газу. Сходство в статистическом поведении между фотонами и частицами газа, которое он обнаружил в этой работе, было в дальнейшем исследовано Эйнштейном в сентябре. Это привело к важным результатом поведения частиц при низких температурах, и в январе 1925 г. Эйнштейн опубликовал вторую работу. В ней он полностью разработал основные идеи и получил статистические законы, которым следуют частицы и фотоны (позднее названные статистикой Бозе—Эйнштейна). После этого он переключил внимание на другие вещи. Эйнштейн обобщил теорию Бозе на газ идентичных частиц, атомов или молекул и предсказал, что при достаточно низких температурах частицы имеют тенденцию соединиться друг с другом в наинизшем квантовом состоянии системы. Это явление сегодня называется конденсацией Бозе—Эйнштейна и обладает многими необычными свойствами. Ее в течение многих лет безуспешно пытались получить экспериментально, вплоть до 1995 г., когда с помощью лазера впервые удалось наблюдать это состояние двумя группами в JILA в Боулдере (штат Колорадо, США) и в MIT (Массачусетский технологический институт, США). В 1997 г. Э. А. Корнелл, К. Е. Виман и В. Кеттерле получили Нобелевскую премию по физике «за получение конденсата Бозе—Эйнштейна в разряженных газах атомов натрия и за ранние фундаментальные исследования свойств этого конденсата».

После своего приезда в Берлин Бозе 8 октября 1925 г. написал Эйнштейну, прося о встрече, но Эйнштейн был в Лейдене и уже потерял интерес к теме. Он возвратился спустя несколько недель. Когда, наконец, они встретились, встреча была не очень удачная. В результате Бозе получил письмо, позволяющее ему пользоваться обычными привилегиями для студентов в Берлине, включая разрешение брать книги из университетской библиотеки.

Вероятно, из-за того, что он не представил формально диссертации и не посетил Англию (которая в то время была Меккой для индийских ученых), после возвращения в университет Дакки Бозе не сделался профессором. Открытка от Эйнштейна проректору университета с одним лишь предложением, в котором говорилось, что многие в Европе получили пользу от присутствия Бозе, позднее обеспечила ему путь к профессорству, и в 1954 г. Бозе возвратился в Калькутту, где он родился, в звании профессора физики. Его неудачная поездка в Европу подавила его творческий талант, и он не внес более вклада в развитие физики.

Эйнштейн в Принстоне

Когда Гитлер пришел к власти в 1933 г., Эйнштейн путешествовал в США. Он решил не возвращаться в Германию. После короткой остановки в Бельгии, в течение которой он аннулировал свое членство в Прусской Академии и в Баварской академии наук в знак протеста против пассивной позиции этих академий в ситуации, когда в Германии подавляются академические свободы и многие ученые и интеллектуалы лишились своих мест по идеологическим причинам. Эйнштейн получил место в новом Институте прогрессивных исследований в Принстоне (США).

Этот институт возник благодаря значительному пожертвованию от Луи Бамберга и его сестры Каролины Бамберг Фулд. Сначала они просили выдающегося американского эксперта по университетам Абрахама Флекснера (1866—1959), организовать медицинский институт. Но он отговорил их, предложив идею организовать институт нового типа, где преподавание, экзамены и присуждение степеней было бы не формальной обязанностью, но где выдающиеся умы, могли бы посвящать себя чистой науке в мирной и свободной атмосфере, с хорошей оплатой и заботой.

Институт открылся 20 мая 1930 г., хотя официальная церемония открытия прошла тремя годами позже. Вместе с Эйнштейном там были еще три профессора: Джеймс Александер (1888—1971), математик в области топологии, Джо фон Нейман (1903—1957), гений в области теоретической и экспериментальной физики, который построил в Принстоне первый компьютер, и Освальд Веблер (1880—1960), специалист в области топологии и дифференциальной геометрии.

Назначение Эйнштейна последовало после ряда встреч с Флекснером. Зимой он был в Калифорнии, где искал кандидатов на академические должности нового института. Ему посоветовали встретиться с Эйнштейном, который в это время посещал Калифорнийский технологический институт. Эйнштейну сразу же понравилась идея. Ситуация в Германии быстро менялась к худшему. С 1920 г. анти-эйнштейновская ассоциация, группа ученых из так называемых германских натурфилософов, предлагала деньги каждому, кто выступал против физиков евреев, особенно против теории относительности.

Поэтому оба встретились сначала в Оксфорде, в течение второго семестра 1932 г., затем вблизи Берлина, где у Эйнштейна был маленький летний дом (его можно посетить и сегодня). В конце концов, 4 июня 1932 г. Эйнштейн принял приглашения быть первым членом академического штата института.

Во время встречи с Флексером Эйнштейн попросил годовое жалование в три тысячи долларов. «Смогу ли я жить на меньшее?» — спросил он. Соглашение, подписанное в октябре 1932 г., определяло ему содержание в пятнадцать тысяч долларов.

Потом встала проблема помощника. Эйнштейн хотел, чтобы им был В. Майер (1887—1948), австрийский математик, с которым он написал ряд работ. Эйнштейн хотел, чтобы он был назначен профессором. Флексер полагал, что Майер не отвечает нужным требованиям, но Эйнштейн был неумолим. Итак, 17 октября 1933 г. Альберт, его жена Эльза, их секретарь Элен Дюкас (1896—1982) и Вальтер Майер высадились в Нью-Йорке на пути в Принстон.

Здесь он продолжал свои исследования, в основном концентрируясь над созданием того, что он назвал «единая теория» поля, которая, как он надеялся, смогла бы дать глубокое объяснение и гравитации и электромагнетизма, и описать дискретные частицы как стабильные области высокой концентрации полей.

Эйнштейн не преуспел в этих попытках. Кроме этих исследований он иногда снова обращался к теории гравитации 1915 г. и обогатил ее новыми результатами. В 1932 г. он сотрудничал с голландским астрономом В. де Ситтером (1972—1934), занимаясь построением модели расширяющейся Вселенной, которая все еще является возможным кандидатом представления крупномасштабной структуры материального мира.

Эйнштейн, который своими гипотезами световых квантов и удельной теплоемкости внес определяющий вклад в разработку квантовой механики, никогда не принимал ее вероятностную интерпретацию природы. В конце 1927 г. на пятом Сольвеевском Конгрессе разразилась битва с Бором, Борном и Гейзенбергом. Они настаивали, что неопределенность является неизбежной, но Эйнштейн не желал принять это положение и представил серию примеров в поддержку своей точки зрения. Однако Бор и его единомышленники отвечали на все эти возражения. В 1930 г. на шестом Сольвеевском конгрессе, последнем, в котором Эйнштейн принимал участие, вспыхнула полемика и вслед за этим в 1935 г. Эйнштейн со своими двумя коллегами по Институту, Борисом Подольским (1896—1966) и Натаном Розеном (1909—1995) написал работу на четырех страницах, в которой провозглашалась ложность квантовой теории. Эти принципиальные аргументы, известные сегодня, как парадокс Эйнштейна—Подольского—Розена (ЭПР-парадокс), были маленькой бомбой. Бор, глубоко взволнованный, немедленно стал диктовать ответ. Он, однако, понимал, что дело не столь просто. Он начинал с логической линии, затем изменял свой подход и начинал снова. Он не мог точно определить, в чем же была проблема. «Вы понимаете, что мы хотим сказать?» — спрашивал он Леона Розенфельда (1904-1974), американского физика-теоретика, который в то время был его ассистентом. Ричард Фейнман (1918—1988), лауреат Нобелевской премии по физике 1965 г. вместе с Джулианом Швингером (1918—1994) за метод особых расчетов, известный, как диаграммы Фейнмана, сказал в 1982 г. по поводу ЭПР-парадокса: «Когда я не могу охарактеризовать истинную проблему, тогда я считаю, что никакой истинной проблемы не существует». В настоящее время обсуждения этого парадокса проливает свет на определенные особенности квантово-механической интерпретации природы, которые не были достаточно оценены в прошлом и которые были изучены благодаря использованию лазерного света, получив несомненные подтверждения результатов, следующих из квантовой механики.