Микола Басов

Фотографія Микола Басов (photo Nickolay Basov)

Nickolay Basov

  • День народження: 14.12.1922 року
  • Вік: 78 років
  • Місце народження: Усмань, Росія
  • Дата смерті: 01.07.2001 року
  • Громадянство: Росія

Біографія

Закінчив Московський інженерно-фізичний інститут (1950). Праці по напівпровідникових лазерів, теорії потужних імпульсів твердотільних лазерів, квантовим стандартам частоти, взаємодії потужного лазерного випромінювання з речовиною.

Російський фізик Микола Геннадійович Басов народився в селі (нині місті) Усмань, поблизу Воронежа, в родині Геннадія Федоровича Басова та Зінаїди Андріївни Молчанової. Його батько, професор Воронезького лісового інституту, спеціалізувався на вплив лісосмуг на підземні води і поверхневий дренаж. Закінчивши школу в 1941 р., молодий Б. пішов служити в Радянську Армію. Під час другої світової війни він пройшов підготовку на асистента лікаря в Куйбишевській військово-медичної академії і був прикомандирований до Українського фронту.

Після демобілізації в грудні 1945 р. Б. вивчав теоретичну й експериментальну фізику в Московському інженерно-фізичному інституті. У 1948 р., за два роки до закінчення інституту, він став працювати лаборантом у Фізичному інституті ім. П. Н. Лебедєва АН СРСР у Москві. Отримавши диплом, він продовжував навчання під керівництвом М. А. Леонтовича та Олександра Прохорова, захистивши кандидатську дисертацію (аналогічну магістерської дисертації) у 1953 р. Три роки опісля він став доктором фізико-математичних наук, захистивши дисертацію, присвячену теоретичним і експериментальним дослідженням молекулярного генератора, в якому в якості активного середовища використовувався аміак.

Основний принцип, що лежить в основі молекулярного генератора (нині відомого як мазер, по початкових буквах англійського виразу, що означає мікрохвильове посилення з допомогою стимульованого випромінювання), був вперше роз’яснено Альбертом Ейнштейном в 1917 р. Досліджуючи взаємодію між електромагнітним випромінюванням і групою молекул в замкнутому просторі, Ейнштейн вивів рівняння з трьома членами, що містить щось несподіване. Ці члени описували поглинання і випускання випромінювання молекулами. Фахівці з квантової механіки показали, що електромагнітне випромінювання складається з дискретних одиниць енергії, званих фотонами, і що енергія кожного фотона пропорційна частоті випромінювання. Точно так само енергія атомів і молекул, пов’язана з конфігурацією і їх рухом електронів, обмежена деякими дискретними значеннями, або енергетичними рівнями. Безліч енергетичних рівнів індивідуально для конкретного атома або молекули. Фотони, чия енергія дорівнює різниці двох енергетичних рівнів, можуть поглинатися, і тоді атом або молекула переходять з більш низького на більш високий енергетичний рівень. Через деякий час вони спонтанно знову повертаються на більш низький рівень (не обов’язково на той, з якого стартували) і виділяють енергію, що дорівнює різниці між колишнім і новим рівнями, у вигляді фотона випромінювання.

Перші два члена в рівнянні Ейнштейна пов’язані з вже відомими процесами поглинання і спонтанного випромінювання. Третій член, відкритий Ейнштейном, був пов’язаний з невідомим тоді типом випромінювання. Це був перехід з більш високого на більш низький енергетичний рівень, викликаний просто наявністю випромінювання відповідної частоти, чиї фотони володіли енергією, що дорівнює різниці між цими двома рівнями. Оскільки дане випромінювання відбувається не спонтанно, а провокується спеціальними обставинами, воно було названо стимулированным (індукованим) випромінюванням. Хоча це було цікаве явище, його користь була зовсім не очевидною. Фізичний закон, сформульований австрійським фізиком Людвігом Больцманом, показував, що в стані рівноваги більш високі енергетичні рівні зайняті меншим числом електронів, ніж більш низькі. Тому в індукованому випромінюванні бере участь відносно мало атомів.

Б. придумав спосіб, як використовувати індуковане випромінювання, щоб посилити надходить випромінювання і створити молекулярний генератор. Щоб домогтися цього, йому довелося отримати стан речовини з інверсною заселеністю енергетичних рівнів, збільшивши число збуджених молекул відносно числа молекул, що знаходяться в основному стані. Цього вдалося добитися за допомогою виділення збуджених молекул, використовуючи для цієї мети неоднорідні електричні і магнітні поля. Якщо після цього опромінити речовина випромінюванням потрібної частоти, чиї фотони мають енергією, що дорівнює різниці між збудженим і основним станами молекул, то виникає індуковане випромінювання тієї ж частоти, що підсилює подає сигнал. Потім йому вдалося створити генератор, направляючи частину випромінюваної енергії на те, щоб порушити більше молекул і отримати ще більшу активізацію випромінювання. Отриманий прилад був не тільки підсилювачем, але і генератором випромінювання з частотою, точно визначається енергетичними рівнями молекули.

На Всесоюзній конференції з радіоспектроскопії у травні 1952 р. Б. і Прохоров запропонували конструкцію молекулярного генератора, заснованого на інверсної заселеності, ідею якого вони, однак, не публікували до жовтня 1954 р. У наступному році Б. і Прохоров опублікували замітку про «трирівневому методі». Згідно з цією схемою, якщо атоми перевести з основного стану на найбільш високий з трьох енергетичних рівнів, на проміжному рівні виявиться більша кількість молекул, ніж на нижній, і можна отримати індуковане випромінювання з частотою, що відповідає різниці енергій між двома нижчими рівнями.

Американський фізик Чарлз Х. Таунс, працюючи незалежно в тому ж напрямку в Колумбійському університеті, створив працює мазер (він з колегами і придумав цей термін) у 1953 р., як раз за десять місяців до того, як Б. і Прохоров опублікували свою першу роботу з молекулярних генераторів. Таунс використовував резонансну порожнину, заповнену збудженими молекулами аміаку і досяг неймовірного посилення мікрохвиль з частотою в 24000 мегагерц. У 1960 р. американський фізик Теодор Меймен, працюючи в компанії «Хьюз ейркрафт», побудував прилад, заснований на трирівневому принципі, для посилення і генерування червоного світла. Резонансна порожнину Меймена являла собою довгий кристал синтетичного рубіна з дзеркальними кінцями; збуджуюче випромінювання виходило при спалахах навколишнього рубін спіральної трубки, заповненої ксеноном (аналогічної неонової трубки). Прилад Меймена став відомий як лазер – назва, утворена від початкових літер англійського виразу, що означає світлове посилення з допомогою індукованого випромінювання.

«За фундаментальну роботу в галузі квантової електроніки, яка привела до створення генераторів і підсилювачів, заснованих на лазерно-мазерном принципі», Б. розділив у 1964 р. Нобелівську премію з фізики з Прохоровим і Таунсом. Два радянських фізика вже отримали до того часу за свою роботу Ленінську премію в 1959 р.

Б. написав один і в співавторстві кілька сотень статей з мазерам і лазерів. Його роботи по лазерам сходять до 1957 р., коли він з колегами почав їх розробку і конструювання. Вони послідовно розробили безліч типів лазерів, заснованих на кристалах, напівпровідниках, газах, різних комбінаціях хімічних елементів, а також лазерів багатоканальних і потужних короткоімпульсних. Б., крім того, першим продемонстрував дію лазера в ультрафіолетовій області електромагнітного спектру. На додаток до своїх фундаментальним дослідженням з інверсної заселеності в напівпровідниках і перехідних процесів у різних молекулярних системах він приділяв значну увагу практичним додатком лазера, особливо можливості його використання в термоядерному синтезі.

З 1958 по 1972 р. Б. був заступником директора в інституті їм. П. Н. Лебедєва, а з 1973 по 1989 р. – його директором. В цьому ж інституті він очолює лабораторію радіофізики з моменту її створення в 1963 р. З цього року він також професор Московського інженерно-фізичного інституту.

У 1950 р. Б. одружився на Ксенії Тихонівні Назарової, фізики з МІФІ. У них два сини.

Крім Нобелівської премії, Б. отримав звання двічі Героя Соціалістичної Праці (1969, 1982), нагороджений золотою медаллю Чехословацької академії наук (1975). Він був обраний членом-кореспондентом АН СРСР (1962), дійсним членом (1966) і членом Президії АН (1967). Він є членом багатьох інших академій наук, включаючи академії Польщі, Чехословаччини, Болгарії і Франції; він також є членом Німецької академії природознавців «Леопольдіна», Шведської королівської академії інженерних наук, Американського оптичного товариства. Басів є віце-головою виконавчої ради Всесвітньої федерації науковців і президентом Всесоюзного товариства «Знання». Він є членом Радянського комітету захисту миру і Всесвітньої Ради Миру, а також головним редактором науково-популярних журналів «Природа» і «Квант». Був обраний у Верховну Раду в 1974 р., був членом його Президії у 1982 р.