Впервые предсказал Эйнштейн: что такое лазер и как он работает

Впервые существование лазеров предсказал более 100 лет назад знаменитый физик Альберт Эйнштейн и сейчас люди каждый день взаимодействуют с лазерами, ведь они применяются повсюду. Эта технология, основанная на свете, помогла построить современный мир, в котором мы живем. Но что такое лазеры и как они работают? Об этом пишет Live Science.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Само слово лазер является акронимом от словосочетания light amplification by stimulated emission of radiation (усиление света за счет вынужденного излучения). Лазеры работают, заставляя энергетические частицы вибрировать синхронно, то есть максимумы и минимумы излучаемых ими волн света совпадают.

По словам Питера Делфиетта из Университета Центральной Флориды, США, когда электроны в атомах, которые имеют синхронизированные колебательные движения, достигают состояния с самой высокой энергией, они внезапно синхронно переходят в состояние с низкой энергией, и выпускают особую форму света. Затем лазерное устройство улучшает этот свет, отражая его между двумя зеркалами, прежде чем его можно использовать.

От предсказания Эйнштейна до создания первого лазера

Физика, которая лежит в основе технологии лазера, была впервые предсказана еще Альбертом Эйнштейном в 1917 году. Но ученым пришлось потратить более 40 лет, чтобы воплотить теорию в жизнь.

До того, как появились лазеры, ученые создали мазеры, которые представляют собой аналогичную технологию, но вместо света используются микроволны. Первый мазер создали в США в 1954 году. В этом устройстве использовался луч высокоэнергетических молекул аммиака и резонатор, чтобы заставить микроволны вибрировать. Но выходная мощность мазера составляла всего 10 нановатт. Это примерно в 1 млрд раз меньше энергии, чем требуется для включения обычной лампочки. Для сравнения, самые мощные лазеры в мире имеет мощность 10 петаватт, а это примерно 1/10 мощности Солнца.

Физики начали изучать разные частоты электромагнитного спектра для создания более мощного мазера. В результате в 1960 году в США был создан оптический мазер, который уже был собственно лазером.

Не все лазеры работают в видимом спектре света, но все они используют частоты выше микроволнового излучения. Лазеры имеют несколько преимуществ перед мазерами. Кроме того, что лазеры вмещают больше энергии в свои лучи из-за более коротких длин электромагнитных волн, их легче создавать и ими легче управлять. Хотя мазеры до сих пор иногда используют в радиотелескопах и средствах связи в дальнем космосе, лазеры более распространены.

Использование лазеров

Лазеры сейчас используют везде: от глазной хирургии до гравировки стекла и оптоволоконных кабелей, которые обеспечивают подключение к Интернету. Лазеры сыграли важную роль в обнаружении колебаний пространства-времени, которые известны как гравитационные волны.

В Лазерно-интерферометрической гравитационно-волной обсерватории (LIGO) используют два мощных лазера, которые находятся на расстоянии 3 тысячи км друг от друга для исследования самой ткани пространства-времени.

Некоторые ученые считают, что лазеры можно использовать для получения изображений экзопланет далеко за пределами Солнечной системы. Делфиетт считает, что лазеры могут применяться в таких отраслях, о которых люди пока еще даже не задумываются, но в будущем это станет реальностью.

Как уже писал Фокус, американские инженеры начали создание уникальной космической станции техобслуживания на орбите. Цель состоит в том, чтобы продлить жизнь спутников, у которых закончилось топливо.

Также Фокус писал о том, что ученые показали, как именно меняется поведение огня в космосе и рассказали, почему пожары чрезвычайно опасны для космических станций и кораблей.