ПРОХОРОВ АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ (1916 г. – 2002 г.)

ПРОХОРОВ АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ

(1916 г. – 2002 г.)

Выдающийся советский физик Александр Михайлович Прохоров родился 11 июля 1916 года в городе Атертон (Австралия) в семье Михаила Ивановича Прохорова и Марии Ивановны Прохоровой (урожденной Михайловой).

Его отец был выходцем из украинской рабочей семьи. По окончании церковноприходской школы он начал работать на производстве модельщиком. В 1902 году вступил в члены РСДРП, где начал вести активную подпольную работу – от распространения листовок до организационных действий. Из-за преследования властей он переехал в Оренбург, где и познакомился со своей будущей женой.

В Оренбурге отец Прохорова был арестован, но все равно не отказался от своих революционных взглядов. В 1910 году Михаил Иванович был арестован во второй раз и после осуждения по 102-й статье за принадлежность к РСДРП(б) был сослан на вечное поселение в Сибирь, в Енисейскую губернию.

Мать будущего ученого имела только начальное образование. После ссылки жениха она достала для будущего мужа новый паспорт и поехала в Енисейскую губернию. В 1912 году родители Прохорова бежали из ссылки на Дальний Восток, а оттуда – в штат Квинсленд в Австралию. Кроме Александра родители имели трех дочерей – Клавдию, Валентину и Евгению.

Смерть старшей дочери Клавдии от воспаления легких болезненно повлияла на Прохоровых. Они решили сменить место жительства и, узнав об Октябрьской революции, начали собираться в Россию, куда и вернулись в 1923 году. Понимая, что после Австралии дети будут тяжело переносить российские зимы, родители решили обосноваться в Ташкенте. Там Саша пошел в школу, где проявил особый дар к физике и математике.

Через некоторое время после переезда от столбняка умерла другая сестра будущего ученого – Валентина.

В 1930 году семья Прохоровых вновь решила сменить место жительства и переехала в Ленинград. В 1934 году Александр успешно окончил семилетку и без экзаменов поступил на рабфак при Ленинградском электротехническом институте имени В. И. Ульянова (Ленина).

После окончания рабфака Прохоров поступил на физический факультет Ленинградского университета. Главным увлечением способного студента стала радиотехника. В эти годы он также окончил Высшие курсы английского языка, что в дополнение к практическим навыкам английского, полученным в Австралии, очень помогло ученому в будущем.

В то время Ленинград был «пилотным» городом страны в обучении физике. Знаменитая экспериментальная школа физики А. Ф. Иоффе, первый Физико-технический институт выпускали прекрасных специалистов. Хорошее образование получил и Прохоров.

В 1939 году он окончил с отличием физический факультет Ленинградского государственного университета и поступил в аспирантуру Физического института им. П. Н. Лебедева АН СССР в Москве (ФИАН). В ФИАНе Прохоров учился и работал в лаборатории колебаний, где занимался исследованием процессов распространения радиоволн над земной поверхностью. Вместе со своим руководителем, физиком В. В. Мигулиным, Прохоров предложил оригинальный метод изучения ионосферы с помощью использования интерференции радиоволн.

Исследовательскую работу Прохорова в аспирантуре прервала Вторая мировая война. Вместе с другими аспирантами ФИАНа Александр записался в народное ополчение. Хотя Прохоров уже имел звание младшего лейтенанта запаса и проходил подготовку в зенитной артиллерии, его направили на курсы разведчиков.

В конце октября 1941 года Прохорова отправили на фронт. Сначала он находился в штабе армии под Тулой, потом воевал в составе 26-й курсантской стрелковой бригады на Северо-Западном фронте. В марте 1942 года будущий ученый был тяжело ранен и отослан в госпиталь. После лечения Александр был откомандирован в штаб Западного фронта, а оттуда в 94-й гвардейский стрелковый полк 30-й стрелковой дивизии Северо-Западного фронта на должность помощника начальника штаба полка по разведке.

18 февраля 1943 года во время участия в разведывательной операции Александр Прохоров был ранен осколком, перенес несколько операций. Медики признали его негодным к дальнейшей службе, и он был демобилизован. За свои мужественные действия лейтенант Прохоров был награжден медалью «За отвагу».

После демобилизации Александр Михайлович возвратился в институт им. П. Н. Лебедева, где решил продолжить свои довоенные исследования. Он был первым аспирантом института, вернувшимся живым с фронта.

Новым руководителем Прохорова стал доктор наук Сергей Михайлович Рытов. Именно он помог Александру активно включиться в актуальные исследования.

Будущий ученый начал исследовать нелинейные колебания. Он занимался теоретическими расчетами по теме «Стабилизация частоты лампового генератора в теории малого параметра». Эти работы легли в основу его кандидатской диссертации, посвященной теории нелинейных колебаний, которую он защитил в 1946 году.

В 1947 году Прохоров начал изучать движение частиц в синхротроне. Молодому ученому передали в распоряжение первый бетатрон, построенный в Советском Союзе П. А. Черенковым. Александр Михайлович вместе с сотрудниками перевел его в режим синхротронного ускорения для изучения синхротронного излучения в области сантиметровых радиоволн.

В результате серии тонких экспериментов с синхротронным излучением Прохоров доказал возможность использования его в качестве источника когерентного излучения в сантиметровом диапазоне длин волн. Также ученый определил уровень мощности и основные характеристики источника, предложил метод определения размеров электронных сгустков.

В январе 1948 года Прохорову вместе с другими работниками лаборатории была присуждена премия имени Л. И. Мандельштама. Среди работ, отмеченных АН СССР, были и исследования, которыми серьезно занимался Прохоров, а именно «К теории стабилизации частоты ламповых генераторов», «Стабилизация частоты в теории малого параметра» и «О теории стабилизации частоты».

12 ноября 1951 года Александр Михайлович успешно защитил докторскую диссертацию, в основу которой легли последние исследования ученого по изучению синхротронного излучения, и был удостоен степени доктора физико-математических наук.

Наука в СССР в то время начала развиваться семимильными шагами. Лаборатория, в которой работал Прохоров, занималась уже целым рядом различных научных вопросов, наиболее популярным из которых стала радиоастрономия. Еще в 1948 году Александр Михайлович начал серию первых в СССР исследований в радиоспектроскопии, предполагая точно определить структуры молекул.

В 1950 году молодого ученого назначают заместителем директора лаборатории колебаний. В лаборатории появляются новые ученые с уже известными в науке именами. В это время Прохоров организовывает группу молодых физиков, вместе с которой позже совершит ряд известных открытий. А после ухода в 1954 году руководителя лаборатории академика М. А. Леонтовича в Институт атомной энергии он становится заведующим лабораторией. В это время почти все научные работы Прохорова касались радиоспектроскопии.

В лаборатории Александра Михайловича вели свои научные исследования лучшие физики СССР. Поскольку число направлений все время расширялось, в лабораторию стремились попасть многие молодые перспективные ученые. Используя передовые методики, команда Прохорова провела ряд важных фундаментальных исследований, в результате чего лаборатория колебаний стала «пилотной» лабораторией в СССР в области радиоспектроскопии. С помощью точных приборов Прохоров с сотрудниками изучил вращательные и колебательные спектры молекул, в частности так называемых асимметричных волчков, обладающих тремя различными моментами инерции.

Кроме спектроскопических исследований Александр Михайлович занимался различными теоретическими вопросами, среди которых можно выделить задачу стабилизации частоты источников излучения СВЧ-диапазона. Он исследовал применение микроволновых спектров поглощения для усовершенствования эталонов частоты и времени. В это время ученый начал свое сотрудничество с Николаем Геннадиевичем Басовым.

Можно с уверенностью сказать, что эта работа стала первым шагом в создании новой области физики – квантовой электроники.

Совместное сотрудничество ученые вели в течение десяти лет, совершив одно из самых важных открытий физики XX века – создав лазер. Предыстория этого открытия описана в очерке «Николай Геннадиевич Басов».

Детально проанализировав работы Эйнштейна и других ученых, посвященные исследованию испускания и поглощения излучения молекулами, Прохоров и Басов изобрели метод усиления поступающего излучения. В своих опытах советские физики использовали неоднородные электрические и магнитные поля, с помощью которых выделяли возбужденные молекулы. После этого облучали вещество излучением специальной частоты, фотоны которого имели энергию, равную разности возбужденного и основного состояния молекулы. В итоге возникало индуцированное излучение той же частоты, которое усиливало подающий сигнал.

В начале 1952 года Прохоров вместе с Басовым начал разработку молекулярного генератора, который не только усиливал возбудимость молекул, но и генерировал излучение с частотой, которая точно определялась энергетическими уровнями молекул.

На Всесоюзной конференции по радиоспектроскопии в мае 1952 года ученые представили первые результаты своих теоретических исследований и разработанную на их основе конструкцию оптического квантового генератора (ОКГ).

В своей первой научной статье на эту тему в октябре 1954 года Прохоров и Басов предложили эффективный и универсальный метод перевода вещества в состояние, необходимое для усиления излучения. Они разработали трехуровневую схему перевода атомов из основного состояния на наиболее высокий из трех энергетических уровней, при котором на промежуточном уровне размещалось больше молекул, чем на нижнем. В результате можно было получить индуцированное излучение с частотой, которая соответствовала разности энергий между двумя более низкими уровнями.

Но еще в 1953 году, за десять месяцев до известной статьи Прохорова и Басова по молекулярным генераторам, американский физик Чарлз Таунс создал работающий молекулярный осциллятор, который назвал мазером (по начальным буквам английского выражения «microwave amplification by stimulated emisson of radiation» – микроволновое усиление с помощью стимулированного излучения). В результате своих экспериментов он достиг огромного усиления микроволн с частотой в 24 000 мегагерц.

Позже, в период с 1955 по 1956 год, советским физикам удалось создать принципиально новые малошумные квантовые усилители и генераторы радиочастотного диапазона (мазеры), первым из которых стал мазер на основе молекул аммиака.

После успешного завершения цикла работ по созданию мазеров ученые начали интересоваться вопросами создания лазеров оптического диапазона. Основной проблемой при распространении принципов и методов радиофизики и квантовой электроники на оптический диапазон частот была резко возрастающая вероятность спонтанных переходов. Еще в 1955 году ученые предложили использовать так называемый метод трех уровней, который сейчас лежит в основе работы всех лазеров с оптической накачкой. Этот метод подходил для любых многоуровневых систем, независимо от величины энергии кванта.

В 1958 году Прохорову удалось решить вторую проблему, стоящую на пути создания лазера. Ученые никак не могли подобрать подходящий резонатор для оптического диапазона, так как его размеры должны были быть соизмеримы с длиной волны генерируемого им излучения. Александр Михайлович решил проблему следующим способом: он предложил использовать так называемый открытый резонатор – пару плоских параллельных пластин-зеркал.

Сегодня открытый генератор используется во всех лазерных системах. Ученым оставалось сделать всего один шаг, но и тут их опередил американец. В 1960 году американский физик Теодор Меймен сконструировал прибор для усиления и генерирования красного света, работавший на трехуровневом принципе. В качестве резонансной камеры ученый использовал длинный кристалл синтетического рубина, на который была навита спиральная трубка с газом ксеноном. Свой прибор американец назвал лазером, от начальных букв английского выражения «light amplification by stimulated emission of radiation» – световое усиление с помощью индуцированного излучения.

За исследования по созданию молекулярных осцилляторов и парамагнитных усилителей Александр Михайлович Прохоров и Николай Геннадиевич Басов были награждены в 1959 году Ленинской премией.

В 1964 году «за фундаментальную работу в области квантовой электроники, которая привела к созданию генераторов и усилителей, основанных на лазерно-мазерном принципе» Прохоров и Басов были удостоены Нобелевской премии по физике. Каждый из них получил по четверти денежного приза. Другая половина приза была присуждена Чарлзу Таунсу, представителю Массачусетсского технологического института (США).

В своей Презентационной речи профессор Шведской академии наук Бенгт Эдлен подробно представил историю и содержание работ лауреатов. Он обратил также внимание на огромное значение открытия лазера и возможности его применения в различных социальных сферах, в частности при микрохирургических операциях.

11 декабря 1964 года Прохоров прочитал нобелевскую лекцию «Квантовая электроника». В ней знаменитый ученый перечислил основные препятствия на пути создания лазера оптического диапазона и назвал способы, которые были применены для их устранения.

После получения Нобелевской премии Алексвндр Михайлович продолжил свои успешные исследования. Благодаря революционным работам по изобретению мазеров и лазеров гениальный ученый значительно обогатил такие области науки, как микроэлектроника, физика поверхностей, нелинейная оптика, волоконная и интегральная оптика, физика магнитных явлений, субмиллиметровая спектроскопия.

Роль Прохорова в революционных открытиях XX века трудно переоценить. Ученый первым понял значение лазерной физики и все время был лидером в этой области, указывая путь другим физикам. За короткое время СССР наряду с США стал одной из двух лазерных супердержав, в стране открылось множество новых специализированных институтов, лабораторий, производств, начали готовиться специалисты-лазерщики.

После совершения своих важных открытий ученый стал постоянным участником различных международных конференций по вопросам квантовой электроники – он побывал в США, Пуэрто-Рико, Канаде, Омане, Греции и т. д.

Под руководством Прохорова были проведены различные исследования. Научные работы в лаборатории колебаний ФИАНа, а позже и в ИОФАНе, были отмечены 4-мя Ленинскими и 13-ю Государственными премиями СССР.

С 1969 по 1990 год знаменитый ученый был главным редактором Большой Советской Энциклопедии, с 1969 года состоял председателем научно-редакционного совета издательства «Большая Российская Энциклопедия». Кроме того, ученый являлся главным редактором энциклопедического словаря «Физика», членом редколлегии журнала «Радиотехника и электроника» (1956–1988), «Журнала экспериментальной и теоретической физики» (1967–1987), «Журнала технической физики» (1973–1989).

С 1954 года Прохоров занимал пост директора лаборатории колебаний ФИАНа. Используя свое служебное положение, он создал еще две новые лаборатории – радиоастрономии и квантовой радиофизики. В 1959 году ученый стал профессором Московского государственного университета. Он организовал лабораторию радиоспектроскопии в научно-исследовательском институте ядерных исследований при МГУ, с 1979 по 1992 год был заведующим кафедрой оптики МГУ.

В 1960 году Прохоров был избран членом-корреспондентом АН СССР, в 1966-м – действительным членом АН СССР, в 1970-м – членом президиума АН СССР. С 1991 года Александр Михайлович был академиком РАН и президентом Академии инженерных наук РФ.

С 1973 года Прохоров являлся академиком-секретарем Отделения общей физики и астрономии АН СССР. В 1999 году Международный астрономический союз в знак признания выдающихся заслуг ученого перед мировой наукой присвоил одной из малых планет имя Александра Михайловича Прохорова.

С 1983 года Прохоров возглавлял Институт общей физики (ИОФАН) Академии наук СССР (ныне РАН), идеологом и основателем которого был он сам. В 1996 году ИОФАН был реорганизован, и ученый стал создателем и директором Центра естественно-научных исследований.

Нобелевский лауреат является создателем целой научной школы, хорошо известной не только в СССР, а позже в России, но и за рубежом.

В свободное от работы время Прохоров любил заниматься альпинизмом, увлекался велосипедом, в зимнее время катался на лыжах. В одной из таких лыжных поездок будущий академик и нобелевский лауреат Виталий Лазаревич Гинзбург познакомил Прохорова с Галиной Алексеевной Шелепиной, которая в скором времени стала женой Александра Михайловича. Жена Прохорова была по специальности географом, выпускницей МГУ. В 1945 году у супругов родился сын Кирилл.

Кроме Нобелевской премии ученый был награжден различными премиями и медалями, среди которых можно выделить болгарский орден Кирилла и Мефодия II степени (1979), медаль им. Гельмгольца Академии наук ГДР (1987), медаль Фредерика Айвеса – высшую награду Американского оптического общества (2000), золотую медаль им. Ломоносова АН СССР (1988).

Также Прохоров был удостоен Ленинской премии (1959), Государственной премии СССР (1980), Государственной премии России (1998), Демидовской премии (2001).

Знаменитый ученый был дважды Героем Социалистического Труда, кавалером пяти орденов Ленина, ордена Отечественной войны I степени, ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени, многих других наград.

Прохоров состоял в различных научных обществах, среди которых Европейское физическое общество (1970), Американская академия наук и искусств в Бостоне (1972), Венгерская академия наук (1972), Академия наук ГДР (1976), Национальная академия наук Украины (2000), был почетным членом ряда престижных университетов – в Дели (1967), Бухаресте (1971), Праге (1980), американском штате Флорида (1988).

Знаменитый ученый умер в возрасте 86 лет в результате острого двустороннего воспаления легких 8 января 2002 года в Москве.

После смерти великого ученого Институт общей физики Российской академии наук был переименован в Институт общей физики Российской академии наук им. А. М. Прохорова.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.