Научно-эзотерические основы мироздания. Жить, чтобы знать. Книга 1 - [74]

Дорогие друзья!

Прежде всего выясним, что такое синергетика. «Википедия» дает следующее толкование: «Синергетика – это междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем) [1].

Можно сказать более подробно, что синергетика – это наука:

• о самоорганизации самых различных процессов;

• о термодинамике открытых систем вдали от равновесия;

• о катастрофах;

• об универсальных законах эволюции в природе и обществе [2].

Иными словами, синергетика изучает и объясняет те процессы, которые оказались не по силам равновесной технической термодинамике. При этом синергетика рассматривает мир в его целостности как единую систему; в этой системе присутствуют идеи общего закона и общего пути развития, которому следует весь мир в целом (и человек в том числе). Поэтому главные принципы эволюции, выработанные синергетикой, справедливы для косной, живой и социальной природы. Ни одна наука до синергетики (если не считать научной эзотерики Пифагора, которая была забыта) не сумела сформулировать общие универсальные законы эволюции, справедливые для всех ее уровней. Это оказалось под силу только синергетике.

В развитие синергетики огромный вклад внесли немецкий ученый Герман Хакен и бельгийско-американский ученый русского происхождения, лауреат Нобелевской премии 1977 года Илья Романович Пригожин.

Именно Г. Хакен, изучая процессы самоорганизации в лазере, назвал новое направление синергетикой, что в переводе с греческого означает совместное действие, или взаимодействие. Кстати, слово «лазер» – это аббревиатура, составленная из первых букв фразы на английском языке, которая переводится так «усиление света в результате вынужденного излучения». Лазеры обычно называют квантовыми генераторами, поскольку в основе их работы лежат процессы, подчиняющиеся законам квантовой механики [3].

Лазер как пример самоорганизации

Лазеры генерируют излучения в диапазоне световых электромагнитных волн. Свет имеет двойственную природу: с одной стороны это волна, характеризующаяся определенной частотой, амплитудой и фазой колебаний, с другой стороны – поток элементарных частиц, называемых фотонами. Каждый фотон представляет собой квант световой энергии.

Чтобы разобраться в сути работы лазера, необходимо вспомнить о строении атома. Согласно постулатам Бора, в атоме существует набор стационарных состояний (или уровней энергии), при которых атом не испускает электромагнитных волн. Стационарным состояниям соответствуют стационарные орбиты, по которым ускоренно движутся электроны, но излучение света при этом не происходит.

При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается один фотон. При поглощении фотона атом переходит на более высокий энергетический уровень, то есть возбуждается, а излучая энергию, возвращается в основное состояние. При этом процесс поглощения квантов является вынужденным, а излучение – самопроизвольным. Но самопроизвольные (спонтанные) переходы атомов с более высокого энергетического уровня на более низкий носят случайный характер.

Однако еще в 1917 году Альберт Эйнштейн предположил, что можно заставить (вынудить) атом перейти с высокого на более низкий уровень энергии. Это предположение оказалось пророческим. Действительно, если на возбужденный атом воздействовать фотоном, обладающим такой же энергией, что и атом, то атом перейдет в невозбужденное состояние. При этом он излучит новый фотон с точно такими же характеристиками, как у воздействующего на него фотона. Именно эта особенность реализована в принципе работы лазеров.

Квант световой энергии, воздействуя на возбужденный атом рабочей среды, заставляет его излучить такой же квант энергии, что приводит к усилению светового потока. Лазер включает в себя активную (рабочую) среду, которая может быть твердой, жидкой, газообразной и даже плазмой. Например, твердотельный рубиновый лазер или газовый гелий-неоновый лазер и т. д.

Для усиления потока света необходимо, чтобы возбужденных атомов, излучающих фотоны, было как можно больше. Однако в состоянии термодинамического равновесия это условие не выполняется, поэтому активную среду выводят из состояния равновесия с помощью источника энергии, который называется системой накачки.

Системы накачки выбираются в зависимости от типа активной среды; они могут быть оптические, электрические, химические. Например, для гелий-неоновой активной среды в качестве системы накачки используют электрический разряд.

С целью повышения воздействий на возбужденные атомы активная среда лазера помещается в оптический резонатор. В простейшем случае он представляет собой два зеркала, одно из которых полупрозрачное – через него луч лазера частично выходит из резонатора. Отражаясь от зеркал, пучок излучения многократно проходит по резонатору, воздействует на возбужденные атомы и заставляет излучать фотоны.

Схема лазера: 1 – активная среда; 2 – энергия накачки лазера; 3 – непрозрачное зеркало; 4 – полупрозрачное зеркало; 5 – лазерный луч