Оптическое устройство, позволяющее получить когерентный монохроматический луч света и известное под названием лазер, было изобретено более 60 лет назад. И, казалось бы, что за столь долгое время, в течение которого лазеры нашли очень широкое применение в самых различных областях науки и техники, ученые должны были досконально разобраться в принципах работы этого устройства, которое, согласно современным учебникам физики работает на границе между классической физикой и квантовой механикой.
Но не так давно ученые из университета Суррея, Великобритания, Технологического института Карлсруэ и института IOSB Фраунгофера, Германия, опубликовали в журнале "Progress in Quantum Electronics" работу, в которой они поставили под большое сомнение ортодоксальную теорию о принципах работы лазера.
То, что дало ученым возможность поставить под сомнение существующую теорию, является шириной спектральной линии лазерного света. По всем канонам физики идеальный лазер должен производить свет строго определенной длины волны, т.е. ширина его спектральной линии должна стремиться к бесконечно малому значению. На практике же лазеры производят фотоны света, имеющие очень малые отклонения длины волны от базового значения, и эти отклонения делают так, что ширина спектральной линии лазерного света имеет определенное ненулевое значение, и чем выше класс (качество) лазера, тем тоньше ширина этой линии.
В ортодоксальной теории это объясняется влиянием некоторых эффектов из области квантовой механики. Но такое объяснение, при тщательном рассмотрении, не выдерживает критики. Оно не раз становилось причиной затруднительного положения, в которое попадали некоторые преподаватели физики, которым наиболее умные из студентов задавали на лекциях весьма "неудобные" вопросы.
Проведя свои эксперименты, ученые обнаружили, что основной принцип работы лазера, определяющий, что усиление света в теле лазера полностью компенсирует потери, является весьма приближенным к действительности. Ученые измерили количественные значения энергетических потерь в лазере и выяснили, что существует еще один вид крошечных избыточных потерь, которые никак не компенсируются усилением света, и они, эти потери, прямо влияют на расширение спектральной линии лазерного света. Другими словами, во всем этом не наблюдается никакого влияния квантовой механики, а работают обычные классические физические явления.
"Как нам удалось выяснить, существует достаточно простое и легкое объяснение факту существования ненулевой толщины спектральной линии лазерного света" - рассказывает Маркус Полно (Markus Pollnau), профессор из университета Суррея, - "В этом объяснении фигурируют лишь законы и базовые принципы классической физики, все попытки объяснить это с точки зрения квантовой механики являются безнадежно неправильными. И данный факт должен заставить нас полностью пересмотреть некоторые из аспектов "взаимоотношений" между классической физикой и квантовой механикой".