Лазерный мир

Е=mc2. Энергия равна массе, умноженной на скорость света в квадрате. Довольно простая формула. Она прочно заседает в памяти в старших классах школы, и мы помним её, даже если забываем все остальные, в том числе теорему Пифагора.

Её правильность была весьма эффектно продемонстрирована взрывами ядерных бомб, когда небольшая масса конвертировалась просто в гигантское количество энергии. Однако никогда ранее нам не удавалось совершить обратную трансформацию — энергии в массу. Обратите внимание на слово «ранее». Оно здесь ключевое.

Что вам приходит на ум, когда вы слышите «высокая энергия»? Не правда ли, лазеры на одном из первых мест в вашем списке? Это совершенно правильная догадка. Они в последнее время становятся всё более мощными. Рекордсмен по этому показателю в данный момент времени находится в Китае.

Это Шанхайская экспериментальная высокоинтенсивная сверхбыстрая лазерная установка (SULF, Superintense Ultrafast Lasers Facility). В 2016 году она установили планку на значении 5,3 петаватт или, в более понятных числах, 5,3 миллионов миллиардов ватт. Это невообразимая, гигантская энергия, но достигается она на очень короткое время.

Мощность равна энергии, поделённой на время.

Эту формулу мы тоже изучаем в школе. В применении к созданию лазеров она даёт инженерам два возможных подхода к проектированию этих устройств. Можно наращивать количество энергии, но в этом случае отдельные компоненты, например, усилители, должны будут иметь совсем уж гротескные размеры. В США имеется лазер, который использует 1,8 мегаджоулей и выдаёт мощность, равную 1 петаватту, но поместить его удалось лишь в строение высотой с десятиэтажный жилой дом…

Ещё один подход заключается в том, чтобы уместить пиковое значение мощности в очень короткий промежуток времени. Шанхайский лазер подаёт импульс продолжительностью всего лишь в несколько квадриллионных секунды. В этот неуловимый отрезок мощность лазера в 500 раз превосходит мощность всех электростанций мира, вместе взятых.

При этом данный аппарат достаточно компактен — он умещается на обычном столе.

Но и этого китайцам недостаточно.

Они продолжают совершенствовать свою чудо-машину, и ставят своей целью достичь мощности в 10 петаватт к концу этого года. Мало того, к 2023 году они надеются построить лазер, способный выдавать 100 петаватт. Но это произойдёт только в том случае, если китайское правительство одобрит грант в размере 100 миллионов долларов США.

И вполне возможно, что эти деньги будут выделены. У Поднебесной есть веские причины, чтобы оплатить этот счёт и закрепить свой статус как одной из передовых научных мировых держав — при этом уровне мощности учёные смогут достичь результатов, потрясающих воображение, ранее немыслимых, в какой-то степени даже фантастических. Например, научиться выдёргивать электроны из абсолютного вакуума.

Который, как выясняется, только считается абсолютным. По крайней мере, согласно теории квантовой электродинамики. Если верить основным её положениям, мир квантов — это в высшей степени странное место, в котором в течение кратчайших промежутков времени электроны возникают ниоткуда, встречаются со своими антиподами-позитронами, также возникающими ниоткуда и состоящими из антиматерии. Затем противоположные заряды притягивают их друг к другу, и происходит взаимоуничтожение этих частиц.

Но лазерный луч мощностью 100 петаватт, сфокусированный на участке шириной всего 3 микрометра, должен создать такое интенсивное электрическое поле, которое предотвратит самоуничтожение электронов и позитронов, не давая им сблизиться. Энергия лазера также будет «встряхивать» упомянутые элементарные частицы, заставляя их испускать гамма-излучение, генерирующее новые электронно-позитронные пары.

И мы сможем засечь это излучение. Это будет цепная реакция, которая создаёт материю из энергии.

Естественно, всё это пока не будет иметь масштаба, позволяющего задуматься об использовании этой технологии в практических целях. Однако, преодолев барьеры технического плана, мы, возможно, сможем в обозримом будущем попытаться использовать известную со школьной скамьи формулу Е=mc2 для созидания, а не для уничтожения.

Источник: http://innovanews.ru/info/news/energy/16158/