Но всякий ли луч света годится для этого? Давайте попробуем построить световой телеграф. На передающем конце включим последовательно телеграфный ключ, батарею питания и обычную электрическую лампочку. Чтобы лучи света от нее не рассеивались, установим зеркальный отражатель. Передатчик световой линии готов. Кладите руку на ключ и начинайте телеграфировать — лампочка будет вспыхивать в такт вашим нажатиям на ключ и импульсы света полетят в пространство. Роль приемника поручим выполнять уже знакомому нам фотоэлементу. Под воздействием импульсов света в его цепи будут возникать импульсы тока. Пропуская их через электромагнит, можно получить отпечатки точек и тире на бумажной ленте, как это делается в телеграфе Морзе. Световой телеграф работает!

К сожалению, дальность действия такого телеграфа ограничена расстоянием в несколько метров, в лучшем случае, в считанные десятки метров. Дело в том, что электрическая лампочка излучает свет во все стороны и никакая оптическая система не может собрать его в одну точку. Посмотрите на свет прожектора со стороны. Чем дальше уходит он от прожектора, тем больше расходятся лучи. Пучок света обязательно будет "размазан" в пространстве.

— Как же удалось получить тонкий и в то же время очень мощный луч в гиперболоиде, описанном в романе А.Н. Толстого? — спросит читатель.

Ну что же, вернемся к изобретению инженера Гарина:

«— Вот мой аппарат, — сказал он, ставя на стол два металлических ящика: один — узкий, в виде отрезка трубы, другой плоский, двенадцатигранный — втрое большего диаметра.

…Лучи, собираясь в фокусе зеркала, попадают на поверхность гиперболоида и отражаются от него математически параллельно, — иными словами, гиперболоид концентрирует все лучи в один луч, или в "лучевой шнур", любой толщины… При этом я могу довести его (практически) до толщины иглы… Вся задача — в нахождении компактных и чрезвычайно могучих источников лучевой энергии».

В романе А.Н. Толстого нет прямых сведений об используемых источниках лучевой энергии. Мы знаем только, что Петр Гарин сжигал в гиперболоиде какие-то таинственные угольные пирамидки. Достоверно можно сказать одно: Гарин пытался превратить тепловую энергию в энергию светового луча. Однако современная наука считает такой путь создания генераторов оптических колебаний бесперспективным. И дело не только в трудности фокусировки света, излучаемого нагретым телом. По законам оптики концентрация энергии в фокусе не может быть больше потока света, испускаемого источником с каждой единицы поверхности. Чтобы обычным лучом света пробить, например, пакет из десяти бритвенных лезвий, температура источника должна быть доведена до 10 млрд градусов. А ведь это в полтора миллиона раз горячее Солнца! Гиперболоид сжег бы сам себя. Нет, тепловой источник света, использованный Гариным, явно не годится для прибора, излучающего остронаправленный свет. Но фиаско научного предвидения не умоляет достоинств романа.

Вам не терпится узнать, на каком принципе основана работа лазера? Тогда приглашаем вас в очередное путешествие в необыкновенный и удивительный микромир элементарных частиц. Именно там, в его недрах, и рождается свет.

Атом… Само его имя переводится как "неделимый". Так считали очень долго. Пока в 1911 г. английский физик, член Лондонского королевского общества Эрнест Резерфорд (1871–1937) не перевернул все существовавшие до того времени представления об атоме. По Резерфорду, строение атома подобно Солнечной системе: в центре ядро — Солнце, вокруг по орбитам движутся электроны — планеты. Простейший пример — атом водорода. Вокруг его ядра вращается всего один электрон.

В 1913 г. другой великий ученый, датский физик Нильс Бор (1885–1962), используя модель атома Резерфорда и теорию квантового излучения света Планка, приоткрыл завесу над тайной излучения атомом порций света. Бор предположил, что в атоме электроны могут двигаться только по определенным орбитам, которые называют разрешенными. С орбиты на орбиту электрон переходит только скачком. Чем ближе орбита электрона к ядру, тем меньшей энергией обладает атом. Обычно атом находится в своем основном (или, говорят, невозбужденном) состоянии, когда электроны водорода расположены на своих ближних орбитах.

Представьте, что в атом водорода ударилась с разбега какая-то частица (например, пролетающий мимо свободный электрон). При ударе атому водорода будет сообщена дополнительная энергия, за счет которой электрон будет отброшен на одну из дальних орбит. Физики говорят, что в этом случае атом поглотил квант энергии и перешел в возбужденное состояние. Поскольку каждой из орбит электрона соответствует определенная энергия атома, то можно считать, что возбуждению атома соответствует переход его на новый энергетический уровень.

Атом не может долго находиться в возбужденном состоянии. Подобно тому, как брошенный вверх камень стремится упасть обратно на землю, так и попавший на другую орбиту электрон стремится вернуться на свою орбиту, "домой". И это вполне естественно.

И что будет с той энергией, которой электрон "зарядился" при ударе? Спускаясь обратно, он вынужден будет ее отдать. И он отдает ее — в виде порции света. Эту порцию (квант) света физики и называют фотоном.

Но свет — это электромагнитное колебание, которое характеризуется длиной волны, или частотой. На какой же длине волны будет происходить излучение нашего атома? Какие цвета радуги мы увидим?