Quando, em 1927, Alexei Tolstoy terminou o trabalho em seu novo romance "O hiperbolóide do engenheiro Garin", ele dificilmente pensaria que algum dia seria chamado de o autor da ideia do laser e o visionário que previu o surgimento de uma nova disciplina científica e técnica - a fotônica. Mas, por um lado, sua previsão acabou sendo cem por cento: os "hiperbolóides" vão realmente virar o mundo de cabeça para baixo.
QUANTUM BEAM
Pela primeira vez, raios de "calor", queimando tudo ao redor, foram descritos por H. G. Wells no romance "Guerra dos Mundos", publicado em 1898. A ideia parecia produtiva: escritores de ficção científica, jornalistas e até cientistas conceituados começaram a discutir raios hipotéticos. Por exemplo, o famoso inventor Nikola Tesla afirmava estar trabalhando em “raios da morte” (ele os chamava de Teleforce), que eram um “feixe concentrado de partículas” e deveriam, de acordo com seu plano, acabar com todas as guerras, já que não há defesa contra eles. Infelizmente, os pacificadores "raios da morte" eram, aparentemente, daquelas invenções de Tesla, que ele não conseguiu trazer à vida.
A verdadeira forma de criar raios de alta energia foi apontada por Albert Einstein, que em 1916 apresentou uma hipótese sobre a existência de radiação estimulada. Ele disse que é realmente possível colocar os átomos de qualquer objeto em um estado excitado, após o qual ele começará a emitir fótons ativamente e na faixa de espectro necessária. Mais tarde, Paul Dirac fundamentou a hipótese de Einstein no âmbito da mecânica quântica, e a confirmação experimental da existência da radiação estimulada foi obtida em 1928.
No entanto, o aparecimento dos primeiros dispositivos capazes de emitir um feixe direcionado de alta energia teve que esperar. A prioridade nessa área é do físico americano Theodore Maiman. Em 16 de maio de 1960, ele demonstrou aos colegas o trabalho do primeiro laser - um gerador quântico óptico, que recebeu seu nome da abreviatura LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Como meio ativo (isto é, um objeto em estado excitado), Maiman usou um cristal de rubi artificial, que foi irradiado com uma lâmpada de descarga de gás e emitiu um fluxo de luz estreitamente direcionado. Posteriormente, o físico fundou sua própria empresa, a Corad Corporation, que se tornou uma desenvolvedora líder de lasers de alta potência.
O FUTURO DOS LASERS
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É difícil imaginar o mundo moderno sem lasers. Eles são usados em quase todos os lugares. A capacidade dos lasers de criar um fluxo de energia de alta potência permite que sejam usados na indústria: para corte, soldagem, solda, marcação e gravação. Como o feixe pode ser focado em um ponto do tamanho de um mícron, ele é ideal para fazer placas de circuito impresso e conexões de semicondutores. A direcionalidade precisa do feixe torna possível criar dispositivos de leitura e equipamentos médicos. Etc.
Foram feitas tentativas para construir armas de raio. Por exemplo, engenheiros militares dos Estados Unidos projetaram o sistema SHEL a laser para ser implantado em uma aeronave especial Boeing 747 YAL-1. Foi projetado para derrubar mísseis balísticos inimigos. Mais de US $ 5 bilhões foram gastos no projeto e, durante os testes realizados em fevereiro de 2010, o laser até derrubou três mísseis-alvo. Porém, devido à discrepância entre as características reais e as declaradas, o projeto foi encerrado.
No entanto, os lasers de combate podem ser usados para fins pacíficos. Com base em um complexo automobilístico de combate a mísseis, construído na época soviética, pelos esforços de especialistas do Instituto Troitsk de Inovação e Pesquisa Termonuclear, foi projetada uma instalação de laser de carbono MLTK-50. Ele tem mostrado excelentes resultados na extinção de um incêndio em um poço de gás em Karachaevsk, quebrando uma massa rochosa, descontaminando a superfície de concreto de uma usina nuclear por descascar e queimar uma película de óleo na superfície da área de água. Além disso, está prevista a criação de lasers para a restauração de superfícies de atrito de várias unidades industriais e até mesmo para a destruição de insetos nocivos, como gafanhotos.
NOÇÕES BÁSICAS DA FOTÔNICA
É claro que as tecnologias de laser irão se desenvolver mais. As áreas mais promissoras de seu uso são telas holográficas, engenharia de energia termonuclear, sistemas de pesquisa de veículos interplanetários. Mas, recentemente, surgiu uma direção na ciência aplicada que pode revolucionar toda a base eletrônica moderna. Estamos falando de fotônica, que se dedica à pesquisa fundamental e prática no campo do uso de sinais ópticos. Na verdade, é análogo à eletrônica, apenas fótons emitidos por lasers são usados em vez de elétrons.
É interessante que a fotônica "nasceu" na Universidade Estadual de Leningrado: em 1970, um departamento correspondente foi estabelecido lá, e o acadêmico soviético Alexander Nikolaevich Terenin tornou-se seu fundador. A partir desse momento, a escola científica começou a se desenvolver, o que tornou nosso país líder em fotônica. O dispositivo mais famoso desenvolvido com base em seus princípios são os cabos de fibra óptica, que aumentaram drasticamente a taxa de transferência dos canais de informação.
Hoje, o principal trabalho sobre fotônica é realizado em universidades russas e na Fundação de Pesquisa Avançada; no total, mais de 850 organizações estão empregadas. Por exemplo, um projeto foi lançado para modernizar as instalações de radar disponíveis para nosso exército. A transição de uma base eletrônica para uma base de fótons reduzirá o tamanho das estações de radar (um prédio de vários andares se transformará em uma pequena van) e aumentará sua eficiência (a resolução e a resistência à interferência eletromagnética aumentarão). Vale ressaltar que os desenvolvedores imediatamente pensam na aplicação civil dessa tecnologia: radares compactos podem ser usados em trens e carros de alta velocidade para detecção instantânea de obstáculos. Além disso, a tecnologia será usada para criar uma pele de aeronave "inteligente", graças à qual toda a fuselagem se transformará em um poderoso radar,permitindo que os pilotos vejam tudo o que acontece ao seu "lado" durante o vôo.
PHOTON WORLD
A fotônica está se desenvolvendo em várias direções. Os mais novos são optoinformática e radiofotônica. Sua finalidade decorre do nome: destinam-se a substituir as tecnologias existentes de computador e rede. Para mostrar as vantagens que a fotônica oferece nesta área, é suficiente mencionar que o switch fotônico ultrarrápido criado na Universidade Estadual de Moscou torna possível aumentar a taxa de transferência de dados sobre o cabo de fibra óptica para centenas de terabits por segundo (o limite para cabos modernos é de cem terabits por segundo). O surgimento das comunicações fotônicas, que substituirão as clássicas, também permite reduzir pela metade o consumo de energia e, consequentemente, o custo dos sistemas de armazenamento e armazenamento de dados. Por exemplo, nos EUA, os data centers já consomem 2% de toda a energia produzida,e a economia na transição para fótons será muito significativa.
O desafio para o futuro próximo é a criação de um computador fotônico, que se acredita que supere significativamente os sistemas semicondutores em desempenho. Sua conexão com comunicações ópticas de alta velocidade e superfícies sensíveis à luz abre caminho para o surgimento de dispositivos inteligentes de um tipo fundamentalmente novo - miniatura e móvel, mas ao mesmo tempo possuindo a capacidade de processar informações não codificadas e de autoaprendizagem. É altamente provável que seja da fotônica que um dia nasça uma inteligência artificial.
Nos romances de escritores de ficção científica modernos, pode-se encontrar super-seres "tecidos" de campos de luz e força, poderosos e benevolentes. Talvez esta imagem acabe sendo uma visão profética - assim como as imagens de "raios de calor" e "hiperbolóide" se revelaram proféticas.
Anton Pervushin
