Известные люди

»

Артур Шавлов

Выросший в Торонто, Ш. посещал Винчестерскую начальную школу. Нормальную образцовую школу при учительском колледже и Воган-Роуд-колледж среднее учебное заведение, которое окончил в 1937 г. Он надеялся продолжить близкое образование и в соответствии с проявившимся ещё в детские годы интересом к естественным наукам избрал профессия радиоинженера в Университете Торонто, но из-за трудностей, вызванных депрессией, родители не смогли оказать ему должной материальной поддержки. Мечте о профессии радиоинженера не суждено было сбыться, но Ш. завоевал почетную стипендию по математике и физике. По его собственным воспоминаниям, физика казалась мне крайне близкой к радиоделу, вследствие этого я решил заняться изучением физики.

К тому времени, когда Ш. получил уровень бакалавра (1941), Канада вступила в войну, и он преподавал на курсах для военного персонала при Университете Торонто до 1944 г., вслед за тем чего принял участие в работе над проектом создания микроволновой антенны на заводе, занимавшемся изготовлением радарного оборудования. В 1945 г. он возвращается в Университет Торонто, где выполняет диссертационную работу по оптической спектроскопии под руководством Мал-кольма Ф. Кроуфорда, о котором он отзывался в дальнейшем как о необычайно творческой личности. Степень доктора по физике Ш. получает в 1949 г.

Стипендия для постдокторантов компании Карбайд энд карбон кемиклс позволяет ему провести два года в Колумбийском университете, работая с Чарлзом Х. Таунсом над проблемами микроволновой спектроскопии.

В 1951 г. Ш. становится сотрудником лаборатории компании Белл в Мюррей-Хилле (штат Нью-Джерси). Основной областью его исследований становится сверхпроводимость явление, открытое в 1911 г. нидерландским физиком Хейке Камерлинг-Оннесом и состоящее в полном исчезновении электрического сопротивления в некоторых веществах при охлаждении их до температур, близких к абсолютному нулю (273С). Ш. не порывал связи с Таунсом. Они встречались в конце недели и работали над завершением книги Микроволновая спектроскопия ("Microwave Spectroscopy"), начатой ещё в бытность Ш. в Колумбийском университете. Книга была опубликована в 1955 г.

За два года до этого Таунсу и двум его коллегам удалось разработать устройство, которое они назвали мазером по первым буквам английских слов: микроволновое усиление с помощью индуцированного (стимулированного) излучения. Индуцированное излучение было предсказано Альбертом Эйнштейном в 1917 г. Опираясь на переворачивающую привычные представления новую квантовую теорию, ученые показали, что атом состоит из электронов, обращающихся около плотного центрального ядра (модель Нильса Бора). Движение электронов ограничивается только разрешенными дискретными орбитами, т.е. сурово определенными значениями энергии. В таких случаях принято гутарить, что атом существует в определенных энергетических состояниях (или на определенных энергетических уровнях), обусловленных связью электрона и ядра. Самый нижний порядок называется основным состоянием. Поглощая или испуская излучение, электроны могут возбуждаться и перебегать на больше высокие уровни. Так как Макс Планк показал, что излучение состоит из отдельных порций, которые Эйнштейн назвал квантами (ныне они называются фотонами), разности энергий между уровнями соответствуют определенным квантам, или фотонам Планк показал ещё, что частота излучения пропорциональна энергии фотона. Возбужденный электрон вскоре переходит на больше невысокий энергетический порядок, испуская фотон, энергия которого равна разности энергий этих уровней, и порождая характерные спектры излучения, жестко коррелированные с разностями энергий между уровнями, образующими единственную для каждого атома систему.

Возбужденные атомы просто испускают фотоны случайным образом и различных длин волн. Эйнштейн теоретически показал, что если достаточное цифра атомов разрешено было бы зажечь до определенного энергетического уровня, то излучение, фотоны которого обладают энергией, равной разности энергий между этим и каким-либо другим больше низким атомным уровнем, могло бы побудить единый каскад переходов. Возбужденные атомы, населяющие верхний порядок, вынужденно переходили бы на нижний порядок с одновременным испусканием большого числа фотонов одной и той же частоты и в одной и той же фазе (в одной и той же точке частотного цикла). Таунс экспериментально подтвердил это теоретическое предсказание, используя микроволны, фотоны которых обладали энергией, равной разности энергий двух уровней атомов аммиака вещества, с которым работал Таунс. (Молекулы кроме того обладают энергетическими уровнями, связанными с состояниями атомов, входящих в состав молекул, и обусловленными взаимодействием атомов.) Поскольку относительно несильный микроволновый знак индуцирует относительно немалый выход фотонов с одной и той же частотой, итог разрешено интерпретировать как усиление сигнала. Некоторые из высвободившихся фотонов возбуждают атомы, вынуждая их заново перескакивать на верхний энергетический порядок, в результате чего усилитель превращается в генератор, способный помогать непрерывные колебания, а не только одиночный всплеск.

Микроволны имеют больше низкие частоты (меньшие энергии фотонов) и, стало быть, большие длины волн (от 1 до 50 мм), чем явный свет (от 0,0004 до 0,0007 мм). В 1957...1958 гг. Таунс и Ш. занимались поисками способа получения мазерного эффекта на видимом свете и в декабре 1958 г. опубликовали в журнале Физикал ревью ("Physical Review") статью Инфракрасные и оптические мазеры ("Infrared and Optical Masers"), в которой объяснили, как это не возбраняется изготовить. В 1960 г. америкосский физик из компании Хьюз эйркрафт Теодор Меймен продемонстрировал первостепеннный функционирующий лазер сокращение, образованное из начальных букв английских слов: световое усиление с помощью индуцированного (стимулированного) излучения. В том же году Ш. и другим физикам кроме того удалось создать лазеры. В тот самый же отрезок времени мазеры и лазеры были построены независимо от американских физиков Николаем Басовым и Александром Прохоровым.

В 1960 г. Ш. возвращается в Колумбийский вуз, на тот самый раз в качестве приглашенного профессора. На следующий год он становится профессором физики в Станфордском университете, где и остается, пробыв в течение пяти лет деканом физического факультета. Он продолжает совершенствовать лазерную технологию, стремясь достигнуть выхода на все сто монохроматического (одночастотного) излучения с регулируемой частотой (лазеры с перестраиваемой частотой). Однако в большинстве своих работ Ш. использует лазеры для исследования атомов и молекул, с начала 60-х гг. он становится одной из ведущих фигур в скоро развивающейся области лазерной спектроскопии.

В основе лазерной спектроскопии лежит тот фундаментальный факт, что атомы и молекулы поглощают и испускают электромагнитное излучение на характеристических частотах (энергиях фотонов), соответствующих разностям энергий между их различными энергетическими уровнями. Спектр частот излучения, испускаемых затем возбуждения и перехода в больше высокие энергетические состояния или предпочтительно поглощаемых из падающего излучения, помогает идентифицировать элементы, устанавливать структуру атомов и молекул и обследовать выводы фундаментальной теории вещества и излучения. Создание лазера с перестраиваемой частотой явилось важным достижением, потому как излучение такого лазера на практике монохроматично (что позволяет метко измерять частоту), обладает высокой интенсивностью (что позволяет снимать спектры при сравнительно малом числе атомов или молекул) и облегчает настройку лазера на желательную частоту.

Во многих типах спектроскопии спектральные линии (узкие полосы частот) подвержены эффекту Доплера. Под эффектом Доплера мы понимаем модифицирование наблюдаемой частоты при движении источника излучения сравнительно наблюдателя. Частота возрастает, когда излучатель приближается к наблюдателю, и убывает при удалении от наблюдателя, причем габаритность повышения или понижения частоты зависит от того, как скоро приближается или удаляется источник. В случае звуковых волн результат Доплера вызывает ладно известное повышение или понижение звучания свистка паровоза или гудка автомашины, движущихся мимо наблюдателя. В спектроскопии частоты, испускаемые атомами или молекулами, которые завсегда находятся в движении, зависящем от их температуры, сдвигаются в сторону повышения или понижения в зависимости от направления их движения. Поскольку атомы и молекулы движутся в различных направлениях, спектральная граница уширяется.

В случае спектров поглощения наблюдателем является атом или молекула, на которые падает излучение Полученная частота выше или ниже, чем частота внешнего источника, в зависимости от того, движется ли атом или молекула к источнику или от источника. Спектральные линии в реальности представляют собой пики со спадающими краями. Из-за уширения линий два рядом расположенных пика могут перекрываться, и невеликий пик может угодить трудноразличимым на фоне больше крупного соседа и вследствие этого остаться незамеченным.

Работая вкупе с Теодором В. Хеншем в Станфорде, Ш. разрабатывает немного способов, позволяющих осилить трудности, связанные с доплеровским уширением, путем выделения спектров поглощения, испущенных атомами, прыть которых не содержит компоненты, параллельной лазерному пучку. Поскольку такие атомы не приближаются к источнику излучения и не удаляются от него, результат Доплера на все сто исключается. В 1972 г. Ш. и его сотрудники получили первые оптические спектры атомарного водорода, на которых не сказывался результат Доплера, что позволило измерить с недостижимой раньше точностью постоянную Ридберга одну из наиболее важных констант в физике.

Спектры молекул, вообще говоря, значительно сложнее, чем спектры атомов, и Ш. воспользовался лазерами для упрощения молекулярных спектров с помощью так называемых лазерных меток. Молекулы накачиваются в определенное энергетическое состояние с помощью лазерного излучения, настроенного на нужную частоту (энергию фотона), потом чего экспериментатор держит под наблюдением за возвращением их на больше низкие энергетические уровни. Поскольку это верхнее состояние выделено из всех возможных соседних состояний, оно называется меченым. Ш. разработал ещё алгоритм лазерной спектроскопии, позволяющий предуготовлять следы элементов в окружающем материале.

В 1981 г. Ш. совместно с Николасом Бломбергеном был удостоен половины Нобелевской премии за вклад в формирование лазерной спектроскопии. Другая половинка премии была присуждена Каю Сигбану за близкую по тематике работу в области электронной спектроскопии. На церемонии презентации лауреатов агент Шведской королевской академии наук Ингвар Линдгрен сказал:

Эти методы позволили исследовать внутреннюю структуру атомов, молекул и твердых тел значительно подробнее, чем это было может быть прежде.

В 1951 г. Ш. женился на младшей сестре Чарлза X. Таунса Аурелии. У супругов единственный наследник и две дочери. Кларнетист-любитель, Ш. любит обычный джаз и собрал большую коллекцию записей. Он пользуется известностью как лектор, участвовал в создании учебно-образовательных фильмов и телевизионных научных программ.

Кроме Нобелевской премии, Ш. удостоен медали и премии Стюарта Баллантайна Франклиновского института (1952), медали Томаса Юнга Лондонского физического института (1963), медали Фредерика Айвса Американского оптического общества (1976). Он состоит членом американской Национальной академии наук. Американской ассоциации фундаментальных наук, Американского физического общества, Американского оптического общества и Института инженеров по электротехнике и электронике. Среди почетных ученых званий Шавлова уровень почетного доктора Государственного университета в Генте, Брэдфордского университета и Университета Торонто.

Так же читайте биографии известных людей:

Артур Гарден Artur Harden

Английский химик Артур Гарден родился в Манчестере и был третьим из девяти детей и единственным сыном Альберта Тайеса Гардена, бизнесмена, и Эльзы..
читать далее →

Артур Корнберг Artur Kornberg

Артур Корнберг - американский ученый, биохимик. Родился 3 марта 1918 года.В 1959 году Артур Корнберг был удостоенный Нобелевской премии по..
читать далее →

Артур Циммерман Artur Cimmerman

Артур Циммерман, глава германского МИД, развернул активную деятельность, чтобы до 1 февраля заключить военный союз с Мексикой, обещая помощь в..
читать далее →

Артур Усенков Artur Usenkov

В 1984 году генерал-майору А.В. Усенкову поступает новое предложение - перейти на службу в Министерство общего машиностроения. После собеседования в..
читать далее →

Ваши комментарии

добавить комментарий