Усиливающая оптическая среда Валентина Фабриканта
13.09.2023
Источник:
НГ, 13.09.2023, Владислав Дмитриев
История еще одной не полученной отечественными учеными
Нобелевской премии
![10 (jpg, 87 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=2c4cbb5a-5a74-4f03-944d-a4d7e1e9a5ad)
Валентин Фабрикант
объясняет эффект усиления в среде электромагнитного излучения
1960-е. В истории
науки нередки случаи, когда талантливые ученые настолько опережают своими
идеями время, что их мысли не могут понять и оценить даже самые образованные
современники. Именно такая яркая и во многих аспектах поучительная история
произошла 85 лет тому назад, осенью 1938 года, когда молодым ученым была
выдвинута концепция среды, усиливающей проходящее через нее излучение.
Физики ВЭИ
Началось все в
1929 году, когда в Электротехническом институте (ВЭИ) директор Карл Круг создал
группу теоретической физики, в которую вошли известные физики: Александр
Андронов, Сергей Вавилов, Александр Витт, Григорий Ландсберг, Михаил Леонтович,
Леонид Мандельштам, Игорь Тамм. Как раз Г.С. Ландсберг привел в ВЭИ своего
дипломника Валентина Фабриканта. Позднее Валентин Александрович об этом времени
вспоминал: «Нас, физиков-теоретиков, угнетало то, что мы попали на прикладные
дела. Однако Михаил Александрович Леонтович, который с группой физиков в это
время тоже работал в ВЭИ, нас отчитал. Он рассказал нам о своей собственной
научной карьере. У него был большой период работы на Курской магнитной
аномалии, где он занимался простой черновой работой – таскал геодезические
приборы, но попутно занимался повышением своей квалификации и приобрел
поразительную эрудицию, которая нас удивляла».
Так что Фабриканту
было у кого поучиться – не воспринимать с презрением черновую работу, которой
всегда много в любой деятельности, но на которой и проверяются способности и
характер человека. Способностей молодым специалистам, пришедшим в институт,
хватало. Это было поколение, которое шло в трудные послереволюционные годы в
институты по призванию, и именно из них впоследствии выросли крупные ученые,
прославившие советскую науку. К таким ученым относился и В.А. Фабрикант, занимавшийся
теоретическими и прикладными исследованиями вопросов, связанных с разработкой новых
светотехнических приборов и оборудования.
Его деятельность,
как и других молодых ученых в институте, успешно продвигалась, и в 1931 году по
предложению академика С.И. Вавилова он занялся исследованием люминофоров в
источниках света. В 1932 году 25-летний В.А. Фабрикант был назначен руководителем
лаборатории, а в 1935 году ему и целому ряду молодых сотрудников без защиты
было присвоено звание кандидата технических наук.
Это интересный
период в истории формирования советской науки. Развитие страны, ее индустриализация
требовали слоя научной интеллигенции, способной к развитию и созданию новой
техники, но престиж научной и инженерной деятельности был тогда невысок. В
начале 1934 года вышло постановление «Об ученых степенях и званиях»,
позволявшее присвоение ученого звания доцента и профессора без ученой степени и
присвоение звания кандидата наук без защиты диссертации. Одновременно была
введена доплата за научное звание. Это позволило быстро сформировать научную интеллигенцию
из самых талантливых и активных молодых специалистов.
Жизнь показала
оправданность таких действий, так как именно эти специалисты и сформировали
науку страны. Социальный лифт в науке привлек в нее много талантливой молодежи.
Это в итоге выдвинуло страну на передовые позиции в мире, но привело к
разрастанию научных институтов и слоя научной интеллигенции, не всегда
находящей себе применение.
Работа в институте
В.А. Фабриканта увлекла. В то время стране требовались эффективные световые
приборы для освещения промышленных объектов, так как Советская Россия строила
многочисленные заводы и электростанции. В Москве прокладывали метро, и вопросы
освещения станций решал светотехнический сектор ВЭИ.
Не менее
грандиозной задачей было решение вопросов освещения планировавшегося к
постройке Дворца Советов на месте снесенного храма Христа Спасителя. В процессе
работы светотехнического сектора для дворца была создана так называемая белая
лампа, дающая равномерный белый свет. В.А. Фабрикант вспоминал: «Создание белой
лампы не было предусмотрено планом. Мы предполагали ограничиться построением
только комбинированного источника белого света, состоящего из трех ламп:
красной, зеленой и синей. Такой план был намечен ввиду трудности задачи. Эта работа
велась бригадой в составе научного работника Ф.А. Бутаевой, инженера В.И. Долгополова
и техника Э. Лепинь. Наиболее трудная часть работы состояла в создании
люминофора. Эта часть работы выполнялась т. Долгополовым, проявившим большую
настойчивость и инициативу…»
Позднее, в 1951
году, за разработку люминесцентных ламп Валентин Фабрикант был удостоен звания
лауреата Государственной премии (Сталинской премии 2-й степени) совместно с
С.И. Вавиловым, В.Л. Левшиным, М.А. Константиновой-Шлезингер, Ф.А. Бутаевой,
В.И. Долгополовым. Наличие в группе награжденных выдающегося физика Сергея
Ивановича Вавилова, президента Академии наук СССР, не случайно. В.А. Фабрикант
еще студентом МГУ слушал его лекции и впоследствии, работая в ВЭИ под его руководством,
проводил исследования по квантовому выходу флуоресценции. Свою дипломную работу
по экспериментальной проверке квантовой теории комбинационного рассеяния света
он выполнил в 1929 году под руководством выдающегося физика Г.С. Ландсберга.
![11 (jpg, 141 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=1bff1e6a-367a-4607-8f75-374f2d7c4f59)
ВЭИ.
Электровакуумная лаборатория. 1939 г. Сидят (слева направо): Долгополов В.И., Бутаева
Ф.А., Архангельский В.И., Вульфсон К.С., Фабрикант В.А., Тимофеев П.В. Стоят:?;
Шемаев А.М.;? Дураков В.Н.; Клярфельд Б.Н.
Принципиальный параграф
Научная судьба
В.А. Фабриканта – характерный пример эффективности использования теории и
возможностей фундаментальных исследований для конкретной реализации инновационных
разработок. Глубокое понимание физики исследуемых процессов, постановка
экспериментальных исследований, углубление понимания и формулирование новых
представлений дают тот инновационный эффект, который и оставляет след в мировой
науке. Таким следом у В.А. Фабриканта было понимание, а в дальнейшем формулирование
принципа создания среды, не ослабляющей, а усиливающей проходящее через нее
электромагнитное излучение, эффект которой он назвал «отрицательной абсорбцией».
В 1938 году им был
предложен метод прямого экспериментального доказательства существования
вынужденного излучения. О том, как это произошло, он вспоминает так: «Весной
1938 года Мойжес (начальник отдела информации ВЭИ. – В.Д.) вызвал меня к себе и
сказал: «Валентин Александрович, я ознакомился со списком ваших трудов и считаю,
что к осени вы можете представить докторскую диссертацию к защите». Я буквально
взорвался. Наговорил кучу грубостей: «Что вы понимаете?» Я и не думал тогда о
докторской. Кандидатские степени нам дали, когда вообще ввели степени без
защит. Пришел домой возмущенный, пожаловался жене. Жена так задумчиво на меня
посмотрела и говорит: «Знаешь, мы снимем дачу. Там на веранде тебе будет очень
удобно работать». Я понял, что попал. Таким образом, к осени 1938 года я
закончил свою докторскую диссертацию. В ней, кроме того, что я «настриг» из
своих публикаций, один параграф только был написан заново. Этот параграф
содержал принцип, как теперь выражаются, лазерного усиления. Это была первая
такая формулировка этого принципа. В начале 1939 года я защищал в Физическом
институте АН свою докторскую диссертацию. Диссертация прошла успешно. Меня
хвалили. Но никто особого внимания на этот параграф не обратил. Хотя в совете
были такие физики: председатель совета был Вавилов, члены совета Мандельштам,
Ландсберг – был одним из моих оппонентов; Власов (из Ленинграда), Фриш и
другие. Потом диссертация была опубликована в трудах ВЭИ. Притом тут также не
обошлось без странностей: на первой странице указан 1940 год, на переплете
указан 1941 год. Вот этот параграф очень такой важный, действительно имеет
широкие ссылки и за рубежом, и у нас».
Это очень
интересный момент. На принципиально революционный параграф, открывший в
конечном итоге новое направление в технике и технологиях, двинувший науку и
развитие многих технических направлений вперед, никто не обратил внимания. А
ведь это были выдающиеся физики, которых невозможно обвинить в недопонимании.
Есть только одно объяснение – формальный подход к диссертации и диссертанту,
которого воспринимали как бывшего студента, а не как ученого, сделавшего
эпохальное открытие.
Увы, такой подход
получил распространение и породил вал формальных диссертаций, с одной стороны,
и неиспользование в практике интересных результатов – с другой. Однако и сам
Фабрикант не до конца верил в свои выводы, тем более что доказать
экспериментально это ему никак не удавалось, и под этим были основания.
В статье академика
РАН И.А. Щербакова «К истории создания лазера» об этом написано так: «Речь о
необходимости инверсной населенности для получения эффекта усиления оптического
излучения шла задолго до реализации идеи лазерного эффекта. Однако инверсная
населенность – необходимое, но недостаточное условие получения генерации.
Оптикам было непривычно понятие положительной обратной связи в оптическом диапазоне».
Действительно,
этого шага сделано не было и, что особенно интересно, – именно в институте, в
котором проводились многочисленные работы в области радиотехники, телевидения,
управления электрическими сетями, то есть во всех тех областях, где понятие
положительной обратной связи и генерации имеет большое значение. Более того,
совместно с Фабрикантом в светотехническом секторе работал профессор К.С.
Вульфсон, хорошо разбиравшийся в этих вопросах, но так и не подсказавший
необходимые действия.
В то время В.А.
Фабрикант делал попытку получить усиление на парах цезия. Тем не менее имеется
свидетельство ученика Фабриканта профессора Г.Н. Рохлина, который в
радиопередаче в 1987 году отметил, что был удивлен тем, «почему Валентин
Александрович не воспользовался помощью близкого ему физика-экспериментатора
профессора Вульфсона. И эта важнейшая работа с самого начала не была даже ни
разу включена в план института. Весьма возможно, что будущие авторы открытия в
то время не могли оценить практическую значимость этих исследований, подобно
тому, как ведущие ученые физической оптики не обратили внимания в 1939 году на
важнейшую часть диссертации Фабриканта, в которой теоретически был предсказан
механизм лазерного излучения».
Сам Константин
Семенович Вульфсон объяснял это тем, что у Фабриканта не было веры в это дело и
он не имел энергичных помощников для экспериментального подтверждения эффекта
усиления, а ему неудобно было навязывать свое мнение в части теории и физики
использования зеркал и ожидаемого эффекта генерации (обратной связи). Как было
на самом деле, трудно сказать, все же это говорилось в 1982 году.
Понятно, что в
предвоенных условиях 1939 года Фабриканту было не до экспериментальных исследований
своих теоретических выводов об «отрицательной адсорбции». Страна готовилась к
большой войне. В 1941-м ВЭИ был эвакуирован из Москвы в Свердловск. Реэвакуация
в столицу была разрешена в 1943 году. Это были годы напряженных работ по
восстановлению разрушенной экономики страны, и было не до научных исследований,
оторванных от требований момента.
Тем не менее
Фабрикант проводил исследования совместно с Ф.А. Бутаевой и пришедшим на работу
в институт в 1943 году ленинградским ученым М.М. Вудынским. Именно Вудынский
настоял в 1951 году на оформлении заявки на изобретение нового метода усиления
света. В ней было показано, что прохождение света сквозь среду с инверсной
заселенностью приводит к экспоненциальному возрастанию его интенсивности. Тогда
впервые в мире была дана формулировка квантового способа усиления электромагнитных
волн в средах, находящихся в неравновесном состоянии. Принцип усиления был
распространен на ультрафиолетовый, инфракрасный и радиодиапазон.
Однако эксперт,
проводивший анализ заявки на изобретение, не смог понять и оценить заявку, и
дебаты по изобретению продолжались долгих восемь лет, прежде чем в 1959 году
было выдано авторское свидетельство «на способ усиления электромагнитного
излучения (ультрафиолетового, видимого, инфракрасного и радиодиапазонов волн),
основанный на использовании явления индуцированного испускания». Однако попытка
СССР защитить приоритет с помощью регистрации открытия – диплом №12 был выдан
авторам в 1964 году с приоритетом от 1951 года – ни к чему не привела.
Приоритет науки
Ситуация с
открытием, сделанным Фабрикантом, ставит вопрос к формам регистрации
научно-технических приоритетов. В патентном праве основной документ – это
патент. Задача патента не столько защита научного результата и приоритета
ученого, сколько защита прибыли, получаемой в результате выпуска на рынок
товара, произведенного с использованием данного патента. То есть превращение
изобретения в товар, что, конечно, неплохо, но не учитывает все нюансы.
Сотни тысяч
патентов по всему миру служат капиталу, а иногда и задерживают развитие
техники, когда патенты выкупаются, чтобы не было конкуренции, или тормозят
развитие производства в странах, когда нет возможности договориться с
патентообладателем. Система авторских свидетельств СССР, фиксировавшая приоритеты,
и суть конкретного технического решения с выплатой небольших авторских
вознаграждений имела в этом плане свои преимущества. Наверное, в каком-то виде
ее надо бы вернуть, как и практику регистрации открытий в науке, которых в
отличие от патентов намного меньше, но которые фиксируют достижения
по-настоящему талантливых ученых и оставляют в истории след.
К вопросам
приоритета ВЭИ пришлось вернуться в 1982 году в связи с запросом канадского
адвоката Айлена по публикации в трудах ВЭИ статьи В.А. Фабриканта. Причем
запрос был не на диссертацию, а именно на публикацию, что показывает именно ее
ценность для приоритета. Ответ В.А. Фабриканта на запрос ВЭИ, в частности,
гласил: «Труды ВЭИ, вып. 41, 1940 г., были подписаны к печати 14.10.1940 г. и
изданы в количестве 1000 экз., при этом до начала войны с Германией они были
выпущены в продажу и, вероятно, попали в зарубежные страны, т.к. труды ВЭИ
высоко ценились и использовались зарубежными учеными начиная с середины 20-х
годов...»
В трудах
«Электронные и ионные приборы» выступили ведущие ученые ВЭИ, в том числе П.В.
Тимофеев по фотоэффекту и фотоэлементам; В.Л. Грановский по деионизации
разреженного газа; Б.Н. Клярфельд с работой по свечению столба газового
разряда; В.А. Фабрикант со своей выдающейся работой «Механизм излучения
газового разряда»; А.М. Шемаев по газоразрядным источникам света; К.С. Вульфсон
– о пределе чувствительности тепловых радиометров…
Запрос В.А.
Фабриканту был послан потому, что с 1950 года он не работал в ВЭИ, уйдя на
преподавательскую деятельность, которую начал в Московском энергетическом институте
(МЭИ) сразу после окончания МГУ в 1930 году. Уже в 1934-м, как заместитель
декана, организовывал в МЭИ кафедру теоретической физики, а в 1940 году стал
заведующим кафедрой теоретической физики в Московском областном педагогическом
институте (МОПИ). В 1944-м Фабрикант становится заведующим кафедрой физики в
МЭИ.
Преподавательская
деятельность требовала много времени, и с 1948 года Фабрикант в ВЭИ работал на
полставки. Эта очень распространенная форма деятельности, позволяющая
талантливым ученым совмещать работу и преподавание. И, кстати, теоретическая
группа академиков в ВЭИ в начале 30-х годов была именно такая. В 1950-м, когда
вышло постановление, запрещающее совместительство, Фабрикант выбрал преподавание.
Время, как и
приоритет страны были упущены, информация, опубликованная Фабрикантом в 1940
году, была изучена, понята и использована в другой стране.
Конечно, печально,
что В.А. Фабрикант, заложивший теоретические и практические предпосылки к созданию
источника когерентного излучения, не был отмечен Нобелевской премией, но его
приоритет в этой области останется навсегда. Заявку В.А. Фабриканта и его
сотрудников об «оптическом усилителе» никто не оспаривает. Этот факт признан
всеми специалистами, зарубежными в том числе.
Ситуация вокруг
открытия и создания так широко сегодня используемого лазера показала не только
то, насколько важно исследователю верить в себя и свое дело, но и то, что
необходимо обсуждать свои идеи со специалистами, прислушиваться к их мнению и
советам и, главное, публиковать свои результаты. Она также показала, как важна
в научной деятельности доброжелательная, дружеская атмосфера, которая
способствует свободному обмену мнениями, и то, что талантливому теоретику
необходимы не менее талантливые экспериментаторы для проверки и развития идей.
Такая поучительная
история сопутствовала процессу создания лазера, идея которого была
сформулирована 85 лет назад.