Усиливающая оптическая среда Валентина Фабриканта

Валентин Фабрикант объясняет эффект усиления в среде электромагнитного излучения. 1960-е. Фото из архива Е.В. Фабриканта

В истории науки нередки случаи, когда талантливые ученые настолько опережают своими идеями время, что их мысли не могут понять и оценить даже самые образованные современники. Именно такая яркая и во многих аспектах поучительная история произошла 85 лет тому назад, осенью 1938 года, когда молодым ученым была выдвинута концепция среды, усиливающей проходящее через нее излучение.

Физики ВЭИ

Началось все в 1929 году, когда в Электротехническом институте (ВЭИ) директор Карл Круг создал группу теоретической физики, в которую вошли известные физики: Александр Андронов, Сергей Вавилов, Александр Витт, Григорий Ландсберг, Михаил Леонтович, Леонид Мандельштам, Игорь Тамм. Как раз Г.С. Ландсберг привел в ВЭИ своего дипломника Валентина Фабриканта. Позднее Валентин Александрович об этом времени вспоминал: «Нас, физиков-теоретиков, угнетало то, что мы попали на прикладные дела. Однако Михаил Александрович Леонтович, который с группой физиков в это время тоже работал в ВЭИ, нас отчитал. Он рассказал нам о своей собственной научной карьере. У него был большой период работы на Курской магнитной аномалии, где он занимался простой черновой работой – таскал геодезические приборы, но попутно занимался повышением своей квалификации и приобрел поразительную эрудицию, которая нас удивляла».

Так что Фабриканту было у кого поучиться – не воспринимать с презрением черновую работу, которой всегда много в любой деятельности, но на которой и проверяются способности и характер человека. Способностей молодым специалистам, пришедшим в институт, хватало. Это было поколение, которое шло в трудные послереволюционные годы в институты по призванию, и именно из них впоследствии выросли крупные ученые, прославившие советскую науку. К таким ученым относился и В.А. Фабрикант, занимавшийся теоретическими и прикладными исследованиями вопросов, связанных с разработкой новых светотехнических приборов и оборудования.

Его деятельность, как и других молодых ученых в институте, успешно продвигалась, и в 1931 году по предложению академика С.И. Вавилова он занялся исследованием люминофоров в источниках света. В 1932 году 25-летний В.А. Фабрикант был назначен руководителем лаборатории, а в 1935 году ему и целому ряду молодых сотрудников без защиты было присвоено звание кандидата технических наук.

Это интересный период в истории формирования советской науки. Развитие страны, ее индустриализация требовали слоя научной интеллигенции, способной к развитию и созданию новой техники, но престиж научной и инженерной деятельности был тогда невысок. В начале 1934 года вышло постановление «Об ученых степенях и званиях», позволявшее присвоение ученого звания доцента и профессора без ученой степени и присвоение звания кандидата наук без защиты диссертации. Одновременно была введена доплата за научное звание. Это позволило быстро сформировать научную интеллигенцию из самых талантливых и активных молодых специалистов.

Жизнь показала оправданность таких действий, так как именно эти специалисты и сформировали науку страны. Социальный лифт в науке привлек в нее много талантливой молодежи. Это в итоге выдвинуло страну на передовые позиции в мире, но привело к разрастанию научных институтов и слоя научной интеллигенции, не всегда находящей себе применение.

Работа в институте В.А. Фабриканта увлекла. В то время стране требовались эффективные световые приборы для освещения промышленных объектов, так как Советская Россия строила многочисленные заводы и электростанции. В Москве прокладывали метро, и вопросы освещения станций решал светотехнический сектор ВЭИ.

Не менее грандиозной задачей было решение вопросов освещения планировавшегося к постройке Дворца Советов на месте снесенного храма Христа Спасителя. В процессе работы светотехнического сектора для дворца была создана так называемая белая лампа, дающая равномерный белый свет. В.А. Фабрикант вспоминал: «Создание белой лампы не было предусмотрено планом. Мы предполагали ограничиться построением только комбинированного источника белого света, состоящего из трех ламп: красной, зеленой и синей. Такой план был намечен ввиду трудности задачи. Эта работа велась бригадой в составе научного работника Ф.А. Бутаевой, инженера В.И. Долгополова и техника Э. Лепинь. Наиболее трудная часть работы состояла в создании люминофора. Эта часть работы выполнялась т. Долгополовым, проявившим большую настойчивость и инициативу…»

Позднее, в 1951 году, за разработку люминесцентных ламп Валентин Фабрикант был удостоен звания лауреата Государственной премии (Сталинской премии 2-й степени) совместно с С.И. Вавиловым, В.Л. Левшиным, М.А. Константиновой-Шлезингер, Ф.А. Бутаевой, В.И. Долгополовым. Наличие в группе награжденных выдающегося физика Сергея Ивановича Вавилова, президента Академии наук СССР, не случайно. В.А. Фабрикант еще студентом МГУ слушал его лекции и впоследствии, работая в ВЭИ под его руководством, проводил исследования по квантовому выходу флуоресценции. Свою дипломную работу по экспериментальной проверке квантовой теории комбинационного рассеяния света он выполнил в 1929 году под руководством выдающегося физика Г.С. Ландсберга.

ВЭИ. Электровакуумная лаборатория. 1939 г. Сидят (слева направо): Долгополов В.И., Бутаева Ф.А., Архангельский В.И., Вульфсон К.С., Фабрикант В.А., Тимофеев П.В. Стоят:?; Шемаев А.М.;? Дураков В.Н.; Клярфельд Б.Н.  Фото из архива автора

Научная судьба В.А. Фабриканта – характерный пример эффективности использования теории и возможностей фундаментальных исследований для конкретной реализации инновационных разработок. Глубокое понимание физики исследуемых процессов, постановка экспериментальных исследований, углубление понимания и формулирование новых представлений дают тот инновационный эффект, который и оставляет след в мировой науке. Таким следом у В.А. Фабриканта было понимание, а в дальнейшем формулирование принципа создания среды, не ослабляющей, а усиливающей проходящее через нее электромагнитное излучение, эффект которой он назвал «отрицательной абсорбцией».

В 1938 году им был предложен метод прямого экспериментального доказательства существования вынужденного излучения. О том, как это произошло, он вспоминает так: «Весной 1938 года Мойжес (начальник отдела информации ВЭИ. – В.Д.) вызвал меня к себе и сказал: «Валентин Александрович, я ознакомился со списком ваших трудов и считаю, что к осени вы можете представить докторскую диссертацию к защите». Я буквально взорвался. Наговорил кучу грубостей: «Что вы понимаете?» Я и не думал тогда о докторской. Кандидатские степени нам дали, когда вообще ввели степени без защит. Пришел домой возмущенный, пожаловался жене. Жена так задумчиво на меня посмотрела и говорит: «Знаешь, мы снимем дачу. Там на веранде тебе будет очень удобно работать». Я понял, что попал. Таким образом, к осени 1938 года я закончил свою докторскую диссертацию. В ней, кроме того, что я «настриг» из своих публикаций, один параграф только был написан заново. Этот параграф содержал принцип, как теперь выражаются, лазерного усиления. Это была первая такая формулировка этого принципа. В начале 1939 года я защищал в Физическом институте АН свою докторскую диссертацию. Диссертация прошла успешно. Меня хвалили. Но никто особого внимания на этот параграф не обратил. Хотя в совете были такие физики: председатель совета был Вавилов, члены совета Мандельштам, Ландсберг – был одним из моих оппонентов; Власов (из Ленинграда), Фриш и другие. Потом диссертация была опубликована в трудах ВЭИ. Притом тут также не обошлось без странностей: на первой странице указан 1940 год, на переплете указан 1941 год. Вот этот параграф очень такой важный, действительно имеет широкие ссылки и за рубежом, и у нас».

Это очень интересный момент. На принципиально революционный параграф, открывший в конечном итоге новое направление в технике и технологиях, двинувший науку и развитие многих технических направлений вперед, никто не обратил внимания. А ведь это были выдающиеся физики, которых невозможно обвинить в недопонимании. Есть только одно объяснение – формальный подход к диссертации и диссертанту, которого воспринимали как бывшего студента, а не как ученого, сделавшего эпохальное открытие.

Увы, такой подход получил распространение и породил вал формальных диссертаций, с одной стороны, и неиспользование в практике интересных результатов – с другой. Однако и сам Фабрикант не до конца верил в свои выводы, тем более что доказать экспериментально это ему никак не удавалось, и под этим были основания.

В статье академика РАН И.А. Щербакова «К истории создания лазера» об этом написано так: «Речь о необходимости инверсной населенности для получения эффекта усиления оптического излучения шла задолго до реализации идеи лазерного эффекта. Однако инверсная населенность – необходимое, но недостаточное условие получения генерации. Оптикам было непривычно понятие положительной обратной связи в оптическом диапазоне».

Действительно, этого шага сделано не было и, что особенно интересно, – именно в институте, в котором проводились многочисленные работы в области радиотехники, телевидения, управления электрическими сетями, то есть во всех тех областях, где понятие положительной обратной связи и генерации имеет большое значение. Более того, совместно с Фабрикантом в светотехническом секторе работал профессор К.С. Вульфсон, хорошо разбиравшийся в этих вопросах, но так и не подсказавший необходимые действия.

В то время В.А. Фабрикант делал попытку получить усиление на парах цезия. Тем не менее имеется свидетельство ученика Фабриканта профессора Г.Н. Рохлина, который в радиопередаче в 1987 году отметил, что был удивлен тем, «почему Валентин Александрович не воспользовался помощью близкого ему физика-экспериментатора профессора Вульфсона. И эта важнейшая работа с самого начала не была даже ни разу включена в план института. Весьма возможно, что будущие авторы открытия в то время не могли оценить практическую значимость этих исследований, подобно тому, как ведущие ученые физической оптики не обратили внимания в 1939 году на важнейшую часть диссертации Фабриканта, в которой теоретически был предсказан механизм лазерного излучения».

Сам Константин Семенович Вульфсон объяснял это тем, что у Фабриканта не было веры в это дело и он не имел энергичных помощников для экспериментального подтверждения эффекта усиления, а ему неудобно было навязывать свое мнение в части теории и физики использования зеркал и ожидаемого эффекта генерации (обратной связи). Как было на самом деле, трудно сказать, все же это говорилось в 1982 году.

Понятно, что в предвоенных условиях 1939 года Фабриканту было не до экспериментальных исследований своих теоретических выводов об «отрицательной адсорбции». Страна готовилась к большой войне. В 1941-м ВЭИ был эвакуирован из Москвы в Свердловск. Реэвакуация в столицу была разрешена в 1943 году. Это были годы напряженных работ по восстановлению разрушенной экономики страны, и было не до научных исследований, оторванных от требований момента.

Тем не менее Фабрикант проводил исследования совместно с Ф.А. Бутаевой и пришедшим на работу в институт в 1943 году ленинградским ученым М.М. Вудынским. Именно Вудынский настоял в 1951 году на оформлении заявки на изобретение нового метода усиления света. В ней было показано, что прохождение света сквозь среду с инверсной заселенностью приводит к экспоненциальному возрастанию его интенсивности. Тогда впервые в мире была дана формулировка квантового способа усиления электромагнитных волн в средах, находящихся в неравновесном состоянии. Принцип усиления был распространен на ультрафиолетовый, инфракрасный и радиодиапазон.

Однако эксперт, проводивший анализ заявки на изобретение, не смог понять и оценить заявку, и дебаты по изобретению продолжались долгих восемь лет, прежде чем в 1959 году было выдано авторское свидетельство «на способ усиления электромагнитного излучения (ультрафиолетового, видимого, инфракрасного и радиодиапазонов волн), основанный на использовании явления индуцированного испускания». Однако попытка СССР защитить приоритет с помощью регистрации открытия – диплом №12 был выдан авторам в 1964 году с приоритетом от 1951 года – ни к чему не привела.

Приоритет науки

Ситуация с открытием, сделанным Фабрикантом, ставит вопрос к формам регистрации научно-технических приоритетов. В патентном праве основной документ – это патент. Задача патента не столько защита научного результата и приоритета ученого, сколько защита прибыли, получаемой в результате выпуска на рынок товара, произведенного с использованием данного патента. То есть превращение изобретения в товар, что, конечно, неплохо, но не учитывает все нюансы.

Сотни тысяч патентов по всему миру служат капиталу, а иногда и задерживают развитие техники, когда патенты выкупаются, чтобы не было конкуренции, или тормозят развитие производства в странах, когда нет возможности договориться с патентообладателем. Система авторских свидетельств СССР, фиксировавшая приоритеты, и суть конкретного технического решения с выплатой небольших авторских вознаграждений имела в этом плане свои преимущества. Наверное, в каком-то виде ее надо бы вернуть, как и практику регистрации открытий в науке, которых в отличие от патентов намного меньше, но которые фиксируют достижения по-настоящему талантливых ученых и оставляют в истории след.

К вопросам приоритета ВЭИ пришлось вернуться в 1982 году в связи с запросом канадского адвоката Айлена по публикации в трудах ВЭИ статьи В.А. Фабриканта. Причем запрос был не на диссертацию, а именно на публикацию, что показывает именно ее ценность для приоритета. Ответ В.А. Фабриканта на запрос ВЭИ, в частности, гласил: «Труды ВЭИ, вып. 41, 1940 г., были подписаны к печати 14.10.1940 г. и изданы в количестве 1000 экз., при этом до начала войны с Германией они были выпущены в продажу и, вероятно, попали в зарубежные страны, т.к. труды ВЭИ высоко ценились и использовались зарубежными учеными начиная с середины 20-х годов...»

В трудах «Электронные и ионные приборы» выступили ведущие ученые ВЭИ, в том числе П.В. Тимофеев по фотоэффекту и фотоэлементам; В.Л. Грановский по деионизации разреженного газа; Б.Н. Клярфельд с работой по свечению столба газового разряда; В.А. Фабрикант со своей выдающейся работой «Механизм излучения газового разряда»; А.М. Шемаев по газоразрядным источникам света; К.С. Вульфсон – о пределе чувствительности тепловых радиометров…

Запрос В.А. Фабриканту был послан потому, что с 1950 года он не работал в ВЭИ, уйдя на преподавательскую деятельность, которую начал в Московском энергетическом институте (МЭИ) сразу после окончания МГУ в 1930 году. Уже в 1934-м, как заместитель декана, организовывал в МЭИ кафедру теоретической физики, а в 1940 году стал заведующим кафедрой теоретической физики в Московском областном педагогическом институте (МОПИ). В 1944-м Фабрикант становится заведующим кафедрой физики в МЭИ.

Преподавательская деятельность требовала много времени, и с 1948 года Фабрикант в ВЭИ работал на полставки. Эта очень распространенная форма деятельности, позволяющая талантливым ученым совмещать работу и преподавание. И, кстати, теоретическая группа академиков в ВЭИ в начале 30-х годов была именно такая. В 1950-м, когда вышло постановление, запрещающее совместительство, Фабрикант выбрал преподавание.

Время, как и приоритет страны были упущены, информация, опубликованная Фабрикантом в 1940 году, была изучена, понята и использована в другой стране.

Конечно, печально, что В.А. Фабрикант, заложивший теоретические и практические предпосылки к созданию источника когерентного излучения, не был отмечен Нобелевской премией, но его приоритет в этой области останется навсегда. Заявку В.А. Фабриканта и его сотрудников об «оптическом усилителе» никто не оспаривает. Этот факт признан всеми специалистами, зарубежными в том числе.

Ситуация вокруг открытия и создания так широко сегодня используемого лазера показала не только то, насколько важно исследователю верить в себя и свое дело, но и то, что необходимо обсуждать свои идеи со специалистами, прислушиваться к их мнению и советам и, главное, публиковать свои результаты. Она также показала, как важна в научной деятельности доброжелательная, дружеская атмосфера, которая способствует свободному обмену мнениями, и то, что талантливому теоретику необходимы не менее талантливые экспериментаторы для проверки и развития идей.

Такая поучительная история сопутствовала процессу создания лазера, идея которого была сформулирована 85 лет назад.