Уперше передбачив Ейнштейн: що таке лазер і як він працює

Уперше існування лазерів передбачив понад 100 років тому знаменитий фізик Альберт Ейнштейн, і нині люди щодня взаємодіють із лазерами, адже їх застосовують усюди. Ця технологія, заснована на світлі, допомогла побудувати сучасний світ, у якому ми живемо. Але що таке лазери і як вони працюють? Про це пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Саме слово лазер є акронімом від словосполучення light amplification by stimulated emission of radiation (посилення світла за рахунок вимушеного випромінювання). Лазери працюють, змушуючи енергетичні частинки вібрувати синхронно, тобто максимуми і мінімуми випромінюваних ними хвиль світла збігаються.

За словами Пітера Делфієтта з Університету Центральної Флориди, США, коли електрони в атомах, які мають синхронізовані коливальні рухи, досягають стану з найвищою енергією, вони раптово синхронно переходять до стану з низькою енергією, і випускають особливу форму світла. Потім лазерний пристрій покращує це світло, відбиваючи його між двома дзеркалами, перш ніж його можна використовувати.

Від передбачення Ейнштейна до створення першого лазера

Фізика, яка лежить в основі технології лазера, була вперше передбачена ще Альбертом Ейнштейном 1917 року. Але вченим довелося витратити понад 40 років, щоб втілити теорію в життя.

До того, як з'явилися лазери, вчені створили мазери, які являють собою аналогічну технологію, але замість світла використовуються мікрохвилі. Перший мазер створили у США 1954 року. У цьому пристрої використовувався промінь високоенергетичних молекул аміаку і резонатор, щоб змусити мікрохвилі вібрувати. Але вихідна потужність мазера становила всього 10 нановат. Це приблизно в 1 млрд разів менше енергії, ніж потрібно для увімкнення звичайної лампочки. Для порівняння, найпотужніші лазери у світі мають потужність 10 петаватт, а це приблизно 1/10 потужності Сонця.

Фізики почали вивчати різні частоти електромагнітного спектра для створення більш потужного мазера. У результаті 1960 року в США було створено оптичний мазер, який уже був власне лазером.

Не всі лазери працюють у видимому спектрі світла, але всі вони використовують частоти, вищі за мікрохвильове випромінювання. Лазери мають кілька переваг перед мазерами. Крім того, що лазери вміщують більше енергії у свої промені через коротші довжини електромагнітних хвиль, їх легше створювати і ними легше керувати. Хоча мазери досі іноді використовують у радіотелескопах і засобах зв'язку в далекому космосі, лазери більш поширені.

Використання лазерів

Лазери зараз використовують скрізь: від очної хірургії до гравіювання скла та оптоволоконних кабелів, які забезпечують підключення до інтернету. Лазери відіграли важливу роль у виявленні коливань простору-часу, які відомі як гравітаційні хвилі.

У Лазерно-інтерферометричній гравітаційно-хвильовій обсерваторії (LIGO) використовують два потужні лазери, що перебувають на відстані 3 тисячі км один від одного для дослідження самої тканини простору-часу.

Деякі вчені вважають, що лазери можна використовувати для отримання зображень екзопланет далеко за межами Сонячної системи. Делфієтт вважає, що лазери можуть застосовуватися в таких галузях, про які люди поки що навіть не замислюються, але в майбутньому це стане реальністю.

Як уже писав Фокус, американські інженери почали створення унікальної космічної станції техобслуговування на орбіті. Мета полягає в тому, щоб продовжити життя супутників, у яких закінчилося паливо.

Також Фокус писав про те, що вчені показали, як саме змінюється поведінка вогню в космосі і розповіли, чому пожежі надзвичайно небезпечні для космічних станцій і кораблів.