Как-то странно себя чувствуешь, когда вот тут, рядом с тобой, расположены такие сказочно низкие температуры. А представьте себе, что этот холод вдруг выскочит из своего помещения, из криостата, и ринется в комнату. Даже страшно подумать! Мигом все бы обледенело. Ни одного живого существа не осталось бы вокруг!
Когда-то давно ученые стремились получить очень низкие температуры, добраться до них. Теперь это не проблема. Теперь они хорошо умеют это делать. И уже используют сверххолод для того, чтобы получше изучить строение вещества. Ведь в сверххолоде и разыгрываются странные процессы и некоторые свойства веществ проявляются особенно ярко.
Скорости движения молекул малы, и самые сокровенные действия их становятся открытиями. Тут изучают и электрические свойства вещества, и магнитные. Добираются даже до атомных ядер. С ними тоже происходят различные интересные превращения, когда вещество попадает в непосредственную близость к абсолютному нулю. И каждый раз ученые обнаруживают еще что-то интересное, что-то полезное. Сверххолод уже принес людям очень много добра. В его присутствии осуществляются порой самые смелые фантазии. Взять хотя бы эту.
Сверххолод и тепловой луч
Сверххолод и сверхжара. Температура, при которой замерзает все живое и почти все неживое. И вдруг из этих чертогов Снежной Королевы летит тонкий луч, для которого нет никаких преград, луч, сжигающий все на своем пути.
Помните, в замечательной повести Алексея Толстого два человека рассматривают металлическую доску, на которой прожжены слова: «Инженер Гарин… проба»…
Гиперболоид инженера Гарина? Да, это сделал инженер Гарин — изобретатель, решивший стать Владыкой Мира.
Прибор, о котором мы расскажем, в принципе другой. Но внешне они похожи. Гиперболоид, придуманный писателем Алексеем Толстым, и лазер, рожденный советскими учеными Басовым и Прохоровым, получившими недавно за эту работу звание лауреатов Ленинской премии. Скоро подобные «гиперболоиды» пойдут на заводы, займут место на космических кораблях и далеких маяках межпланетных и межзвездных трасс. Многие из них наденут на себя чехол из сверххолода.
Десять лет тому назад ученым стало ясно, что этот аппарат совсем не выдумка досужего ума. Его можно и нужно сделать. Только, разумеется, совсем не для того, чтобы уничтожать, сжигать, душить. Созидательный труд — вот чем займутся световые лучи. Луч лазера уже сейчас обрабатывает металлы и самые твердые материалы: режет, сваривает, сверлит тончайшие отверстия. В будущем световой луч, собранный в тонкий пучок, полетит на миллиарды километров не ослабевая, придет к месту назначения таким же, каким и вышел. Космическая связь, связь на Земле, может быть, передача на расстоянии энергии — без проводов, без потерь!
Как же это все происходит? И при чем здесь абсолютный нуль?
С первых страниц этой книги мы уже не раз говорили, что Природа наполнила все тела энергией. Но сделала это весьма осторожно. Запасов энергии у тела хоть отбавляй. А вот отдать ее оно может далеко не всегда. Кладовых вокруг нас много. Но вот попробуйте открыть их. Замки — невероятно хитрые, ключи потеряны, у дверей поставлены могучие часовые.
Но человек и умнее и сильнее этих стражей. Так постепенно открываются заветные двери, освобождается веками скрытая энергия.
Сначала люди научились получать энергию, сжигая горючие вещества. При этом мы пользуемся лишь крошечной частицей энергии, скрытой в них. Затем добрались до энергии атомной, термоядерной. А на очереди еще много других «отсеков» кладовой энергии, заполненных еще богаче, еще больше.
И молекулы и атомы обмениваются энергией, передают ее только определенными порциями — квантами. Мы помним, что это один из главных законов «странного» микромира — мира мельчайших частичек. Молекулы как бы напоминают сосуд с черточками на стенках. Можно доливать сосуд только до определенной черты. Мало нальешь — он запросит еще, много нальешь — как только представится возможность, сосуд избавится от лишнего. «Содержимое» сосуда — это энергия. Ученые говорят так: каждой черточке соответствует определенный запас энергии молекулы. Молекула может переходить из одного состояния в другое. В этом случае она или отдает энергию или получает ее. Иногда эта энергия может излучаться в виде квантов, например, всем известного тепла. Именно так Солнце обогревает Землю. А иногда молекулы могут отдавать энергию радиоволнами.
Это все было известно давно. Но советские ученые Басов и Прохоров и американец Таунс доказали, что можно собрать всю энергию, которую излучают миллиарды молекул какого-нибудь тела, в один узкий пучок. Каждая молекула выдает совсем крошечную порцию энергии. Какая-нибудь мельчайшая букашка и то наработает больше. Но когда все эти лучи сольются в один тонкий луч, то такому лучу позавидовал бы инженер Гарин!
Помните зажигательное стекло? Поймали мы солнечные лучи и направили их в одну точку. Температура в этой точке разом подскочит. Дерево можно прожечь насквозь. Но собираются лучи только в точку. Устройство советских физиков преобразует излучение молекул в тончайший луч. Его можно забросить как угодно далеко. Хоть за сто километров, хоть за миллиард! И заполнить энергией до отказа.
С помощью зажигательного стекла мы собираем световую энергию, которая падает на него.
Если все эти лучи соберутся в одну точку, температура там поднимется очень сильно. То же самое происходит и с лучом, который несет излучение молекул.
Разница заключается еще в одном.
Сами по себе молекулы не хотят излучать. Им надо все время подбрасывать энергию. Лишь тогда излучение будет непрерывным. Стоит только перестать «кормить» молекулярный излучатель, и разом потухнет чудесный луч. Так и зажигательное стекло перестанет действовать, стоит лишь солнцу зайти за тучу.
Вот при этом и не обойтись без сверххолода.
В современных «гиперболоидах» работают газы. Для холода не нужно. А вот для кристаллов и особенно полупроводников подавай самые низкие температуры, какие только возможны. Чем ближе к абсолютному нулю, тем лучше работают такие установки.
Конечно, не любое твердое тело можно выбрать излучателем. Годятся кристаллы, у которых есть слабые магнитные свойства. Железо, например, очень активно реагирует на магнитное поле. Стоит только затронуть кусок железа магнитным полем, сразу же он сам становится сильным магнитом. А вот кристаллы красивого изумруда или рубина во много раз слабее железа. Но все-таки магнитное поле усиливают.
И чем больше энергии сумели мы передать молекулам, тем больше ее будет в пучке. Он может стать страшным, прорезать толщу стали, пробивать самую крепкую броню, какая и не снилась инженеру Гарину. Но не стоит думать об этом. Лазеры должны служить делу мира. Так это и будет!
Вот мы и у цели
Спускались мы к абсолютному нулю довольно долго. Зато пробыли в гостях у него порядочно. Но это только экскурсия. Мы узнали лишь небольшую долю тех чудес, что все время происходят в этом оригинальном, не похожем ни на что мире.
Правда, за последние годы со сверххолода слетела пелена таинственности. Уже не только ученые, а рабочие на заводах уверенно и спокойно пользуются температурами, о которых еще недавно с таким почтением писали научные журналы.
Не только жидкий воздух, кислород и азот, к которым все уже давно привыкли, но и жидкий гелий становится постоянным и трудолюбивым помощником человека.
Когда настанет ваша очередь сменить отцов и старших братьев, вы в этом убедитесь. Поэтому стоит не прощаться с абсолютным нулем, а сказать ему — до свидания!
