I stało się światło

Archiwum

Moje najwiÄksze skarby i opowieĹci prosto z mojego

Kiedy 50 lat temu zaświecił pierwszy laser, jedni dziennikarze pisali o stworzeniu "promieni śmierci", inni zadawali dość naiwne dzisiaj pytanie: "Do czego się to może przydać?"

Laser jest znakomitą ilustracją tego, że to, co wymyśla literatura science fiction, zwykle prędzej czy później staje się częścią rzeczywistości. W roku 1898 Herbert George Wells w powieści "Wojna światów" daje marsjańskim najeźdźcom tajemniczą broń - snop gorąca, tj. bezgłośne i niewidzialne promienie śmierci, którymi dziesiątkują ziemian. Blisko pół wieku później amerykański fizyk Charles Townes z Columbia University buduje ziemską wersję takiego urządzenia, która emituje snop niewidzialnych mikrofal. Był to maser.

Droga do lasera stanęła otworem. Światło tak jak mikrofale jest promieniowaniem elektromagnetycznym, a więc - podejrzewali fizycy - można je w podobny sposób wzmocnić i wypuścić w postaci wąskiego snopa. W grudniu 1958 r. w "Physical Review" ukazała się praca Townesa i jego szwagra Arthura Schawlowa, w której po raz pierwszy opisali oni koncepcję "optycznego masera", jak początkowo zwano laser.

Czarny koń z różowym rubinem

Kluczem był dobór materiału, który będzie świecił. Jego molekuły powinny na tyle długo być w stanie wzbudzonym, zanim wyświecą swą energię, by można było je "rozkołysać", czyli sprawić, by zaświeciły w zgodnej fazie i kierunku. W maserze do emitowania mikrofal użyto amoniaku. Z czego zbudować laser?

Najlepsze światowe laboratoria stanęły do wyścigu. Townes z Columbia University próbował gorących par potasu, Schawlow - wtedy w słynnych Bell Labs - syntetycznego rubinu. Inni eksperymentowali z kryształami fluorku wapnia, helem i neonem. Do konstrukcji lasera przystąpiono w General Electric, IBM, MIT, RCA, Westinghouse. Potężne zastrzyki pieniędzy dawała związana z departamentem obrony Advanced Research Projects Agency.

Czarnym koniem tego wyścigu okazał się bliżej nieznany 32-letni inżynier Theodore Harold Maiman pracujący w laboratorium producenta myśliwców Hughes Aircraft Company.

Maiman przystąpił do konkurencji późno, kiedy inni już niemal zwątpili w to, że laser w końcu zaświeci. W dodatku najpierw musiał przełamać biurokratyczny opór w swojej firmie, która nie bardzo widziała korzyści, jakie mogłyby płynąć ze snopu laserowego światła. Maser to co innego - w zakresie mikrofal pracowały m.in. wojskowe radary.

Maiman zawarł więc z firmą kontrakt. Najpierw zbuduje bardziej praktyczny maser, a w zamian dostanie dziewięć miesięcy i 50 tys. dol. na konstrukcję lasera. Z pierwszym zadaniem poradził sobie koncertowo - z maserów ważących wtedy czasem tony zrobił ledwie kilogramowe cacko.

Z laserem poszło mu równie szybko, mimo że zdecydował się na ryzykowny krok. Postanowił zmusić do świecenia syntetyczny rubin, który mienił się różowym fluorescencyjnym blaskiem, choć mniej więcej w tym czasie Schawlow publicznie powiedział, że jego próby zakończyły się niepowodzeniem.

Gorzki smak zwycięstwa

Historyczny dzień nadszedł 16 maja 1960 r. Maiman zaobserwował pierwszy ślad emisji laserowej. Nie było fajerwerków, wąskiej smugi światła ani małej plamki na ścianie, po których dziś rozpoznajemy laserowe światło. Przyrządy zanotowały nagły spadek czasu fluorescencji, z czego można było wnosić, że rubin wyświeca energię w inny sposób. Maiman pospiesznie spisał wnioski i wysłał pracę do "Physical Review Letters", ale została odrzucona. Dopiero "Nature" zaakceptowało jej skróconą wersję.

Pracodawcy Maimana w Hughes nie chcieli czekać, aż zostaną opublikowane wyniki eksperymentu. Firma zwołała konferencję prasową. Wcześniej w laboratorium pojawił się fotograf, by uwiecznić naukowca i jego epokowe urządzenie na zdjęciu. Prawdziwy laser - ledwie dwucentymetrowy - nie zrobił na nim wrażenia, ale rozglądając się po kątach, dojrzał dużo większą i grubszą szklaną spiralę lampy stroboskopowej, a także solidniejszy kawałek rubinu, przygotowane do kolejnych eksperymentów. Dlatego na pierwszych prasowych zdjęciach, które ukazały się po konferencji, Maiman pozuje skryty za ochronną maską, mając przed sobą pokaźne urządzenie, które mogło pobudzać wyobraźnię i zrodzić sensacyjne nagłówki w gazetach.

Jego dokonanie tchnęło nowego ducha w zespoły naukowców na świecie. Już po kilku tygodniach rubinowy laser zaświecił - już gołym okiem widoczną czerwoną smugą - w Bell Labs. A wkrótce badacze z tego renomowanego laboratorium, jakby zawstydzeni, że wyprzedził ich młody inżynier, skonstruowali całą paletę różnych laserów, w których świeciły również inne materiały, np. hel i neon, dwutlenek węgla. Innym też zaświeciło. Całe lata także będzie trwał spór o to, kto się bardziej zasłużył przy wynalezieniu lasera - spór o prestiż oraz pieniądze (patenty). W świecie fizyki nie ma w tej sprawie zgody do dziś.

Kiedy w 1964 r. Komitet Noblowski uhonorował Nagrodą Nobla "fundamentalne prace, które doprowadziły do skonstruowania lasera-masera", podzielili się nią Charles Townes i dwaj Rosjanie - Nikołaj Basow i Aleksander Prochorow. Konstruktor pierwszego lasera - Maiman - został pominięty. Nie było go też wśród kolejnych kilkunastu laureatów, których w późniejszych latach doceniano za osiągnięcia bezpośrednio związane z laserami. I już nie będzie, bo umarł trzy lata temu (z pozostałych bohaterów tej historii żyje Townes - w wieku 94 lat wciąż pracuje naukowo).

Maiman za życia żalił się, że jego rola w odkryciu lasera była pomniejszana, choć z czasem zaczęto go doceniać - np. w latach 80. dostał prestiżową Nagrodę Wolfa i trafił do amerykańskiego panteonu wynalazców National Inventors Hall of Fame (co okazało się dla niego podwójnie owocne - wracając z uroczystości, poznał w samolocie drugą żonę, z którą spędził resztę życia).

Promienie życia

A lasery zrobiły zawrotną karierę. Każdego roku sprzedaje się ich blisko... miliard sztuk na całym świecie. Są dosłownie wszędzie - założę się, że w każdym domu znajdzie się ich co najmniej kilka. Laserowe diody odczytują płyty w odtwarzaczach CD i DVD, świecą w latarkach, wskaźnikach, samochodowych wyświetlaczach, galeriach sztuki i na dyskotekach. Znajdują się w dalmierzach oraz czytnikach kodów kreskowych w kasach sklepowych. Tną blachę i spawają w fabrykach samochodów. Przesyłają pakiety danych w światłowodach, dzięki którym stała się możliwa internetowa i telekomunikacyjna rewolucja ostatnich lat. Biorą udział w wielu standardowych zabiegach medycznych - laserowe skalpele m.in. korygują wzrok, wypalają znamiona i nowotworowe zmiany (w przeciwieństwie do metalowych ostrzy mają tę zaletę, że przecinając naczynia krwionośne, jednocześnie je "przypiekają", zasklepiając ich światło i tamując krew).

Wreszcie, są nieocenionym narzędziem do badania świata. Wyświetlają "sztuczne gwiazdy" nad powierzchnią Ziemi, co umożliwia ziemskim teleskopom branie poprawek na nieprzejrzystość i drgania atmosfery (dzięki czemu mają one ostatnio ostrzejszy wzrok niż kosmiczny teleskop Hubble'a). Pomogły w uzyskaniu rekordowo niskich temperatur (tzw. laserowe chłodzenie) i otrzymaniu nowego stanu materii - tzw. kondensatu Bosego-Einsteina. Służą do oglądania molekuł DNA i przebiegu reakcji chemicznych w żywych komórkach. Jeśli kiedyś uda się ujarzmić energię Słońca (fuzję termojądrową), to zapewne właśnie przy udziale laserów.

I tylko w jednym się nie sprawdziły - jako promienie śmierci, choć z początku właśnie tak je przedstawiano. Oczywiście, wojskowi wciąż marzą o laserze do zestrzeliwania samolotów czy rakiet. Na taką broń wydali miliardy, ale na razie z marnym skutkiem. Lasery dużej mocy (megawatowe) to wciąż wielkie, mało mobilne urządzenia. Poza tym atmosfera mocno pochłania i osłabia ich promieniowanie. W lutym tego roku w USA przeprowadzono test lasera ABL, którego maszyneria wypełnia wnętrze boeinga jumbo jet. Test się udał, pocisk balistyczny został zestrzelony w powietrzu, ale realny zasięg tej broni - ledwie 140 km - bardzo rozczarował wojskowych.

Laser na cyjanku

Kiedy Charles Townes otrzymał w 1964 r. Nagrodę Nobla za zasługi w budowie lasera rubinowego, ofiarował żonie na pamiątkę kosztowny rubin. Gdy w roku 1981 laureatem nagrody został Nicolaas Bloembergen, odkrywca masera trójpoziomowego, jego żona przypomniała mu o uczynku Townesa. - Moja droga, jeśli chcesz, to jestem skłonny pójść w ślady Townesa. Muszę cię jednak ostrzec, że mój laser pracuje na cyjanku - odparł Bloembergen.

Gazeta Wyborcza

I stało się światło

Archiwum

Moje najwiÄksze skarby i opowieĹci prosto z mojego

Moje najwiÄksze skarby i opowieĹci prosto z mojego