Laser: Η «δύναμη» του φωτός – Πώς λειτουργεί και ποιος το ανακάλυψε [εικόνες]

Μια ακτίνα φωτός, ικανή να ταξιδέψει με εκπληκτική ευστοχία για πολλά χιλιόμετρα, αλλά και να κόψει με ακρίβεια τα πιο σκληρά υλικά του πλανήτη. Το laser είναι δεδομένα η πιο χρήσιμη επιστημονική ανακάλυψη, είτε σε επιστημονικό είτε σε πρακτικό επίπεδο.

Από τα μηχανήματα σάρωσης του barcode στα supermarket, μέχρι την τεχνολογία της 3D εκτύπωσης. Το συσσωρευμένο φως του laser είναι η επιστημονική «πατέντα» που έχει ωθήσει την τεχνολογία στο επόμενο βήμα. Οι χρήσεις του, περίπου μισό αιώνα μετά την ανακάλυψη του, είναι πραγματικά ατελείωτες, έχοντας προεκτάσεις σε κάθε θετική επιστήμη ανεξαιρέτως.

Χειρουργικές επεμβάσεις στο μάτι, παραγωγή θερμοκρασιών που προσεγγίζουν τους 100.000.000 βαθμούς Κελσίου, εκπομπή σημάτων σε τεράστιες εμβέλειες, τομή υλικών πολύ μεγάλης «σκληρότητας». Μερικά παραδείγματα από όλα όσα έχει χαρίσει η στις σύγχρονες επιστήμες η τεχνική που κάποτε είχε απορριφθεί από την επιστημονική κοινότητα.

Πως λειτουργεί ένα laser – Το «παράδειγμα της μπανιέρας» που εξηγεί την τεράστια ισχύ του

Ενα laser δεν είναι απλώς μια «δυνατή» ακτίνα φωτός. Είναι μια δέσμη από φωτόνια που έχουν ακριβώς ίδια συχνότητα και σταθερή διαφορά φάσης, έτσι ώστε να μπορούν να κατευθύνονται με απόλυτη ακρίβεια και να συσσωρεύουν τεράστια ενέργεια. Ενα καλό παράδειγμα της λειτουργίας του είναι το λεγόμενο... πείραμα της μπανιέρας:

Εστω ότι βρίσκεστε σε μια μπανιέρα. Αν αρχίσετε να κουνάτε τα χέρια σας, τότε κάποια μικρά κύματα ξεκινούν να παράγονται. Αν συνεχίσετε στον ίδιο ρυθμό, τότε τα κύματα ολοένα και μεγαλώνουν. Φανταστείτε τώρα να κάνετε ακριβώς το ίδιο σε έναν απολύτως ήρεμο ωκεανό, για κάποια εκατομμύρια φορές. Τα κύματα που θα δημιουργούσατε θα ήταν τερατώδη.

Οπως τερατώδεις είναι και η ποσότητες ενέργειας που συσσωρεύονται από την εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας σε ένα laser. Η συγχρονισμένη κίνηση του φωτός, είναι αυτή που διαφοροποιεί ένα laser από έναν φακό. Μαζεύει τεράστιες ποσότητες ενέργειας, κάνοντας την ακτίνα laser πανίσχυρη. Ικανή να ταξιδέψει χιλιόμετρα μακριά ή και να κόψει κάθε τι μπροστά της στα δύο.

Η ιδέα του Einstein που προκάλεσε πανικό – Αγώνας δρόμου, αδικίες και... νομικοί πόλεμοι για την πολυπόθητη «πατέντα»

Πρόκειται ουσιαστικά για μια μηχανή παραγωγής «υπερ-συγκεντρωμένων» δεσμών φωτός. Ο πρώτος που σκέφτηκε έναν τέτοιο μηχανισμό ήταν ο Albert Einstein, σε εργασία του με όνομα «Zur Quantentheorie der Strahlung», που δημοσιεύτηκε το 1917. Από εκείνη την στιγμή και έπειτα, παρόλο που υπήρξε μεγάλη αμφισβήτηση προς τον σπουδαίο Γερμανό φυσικό, πολλοί επιστήμονες ξεκίνησαν μια προσπάθεια να «απελευθερώσουν» την δύναμη του φωτός.

1. Ο αδικημένος κ. Maiman: Ο πραγματικός «πατέρας» του laser που δεν αναγνωρίστηκε ποτέ

Σαράντα χρόνια μετά την δημοσίευση του Einstein, η ιδέα του ήταν έτοιμη να πάρει σάρκα και οστά. Οι φυσικοί έκαναν αγώνα δρόμου ώστε να αποκτήσουν την «πατέντα». Από το 1957

Σύμφωνα με τους περισσότερους φυσικούς, ο πραγματικός εφευρέτης του laser είναι ο, σχετικά άσημος, Theodore Maiman. Ο Αμερικανός επιστήμονας, που δούλευε στην Hughes Atomic Physics Department, επεξεργαζόταν την ιδέα μιας ισχυρής δέσμης φωτός από το 1956. Παρόλο που η Hughes όμως δεν στήριξε την ιδέα του όσο θα έπρεπε, ο Maiman κατάφερε να δημιουργήσει το πρώτο αποτελεσματικό laser στον κόσμο.

Η εταιρία του, του έδωσε 50.000 δολάρια, έναν βοηθό και εννιά μήνες προθεσμία ώστε να ολοκληρώσει το έργο του. Την ίδια στιγμή, οι «ανταγωνιστές» του λάμβαναν επιχορηγήσεις εκατομμυρίων ώστε να προλάβουν την «πατέντα». Το 1959, ο Maiman είχε ολοκληρώσει την εργασία του γύρω από το laser, ενώ ένα χρόνο αργότερα, τον Μάιο του 1960, το παρουσιάζει σε όλη την εταιρία, η οποία είχε επισκεφτεί το εργαστήριο του στο Μαλιμπού.

(Ενα πρόχειρο σκίτσο της μηχανής του Maiman)

Ενα μήνα αργότερα, ο Maiman στέλνει την εργασία του στο Physical Review Letters, όμως το σπουδαίο επιστημονικό περιοδικό την απορρίπτει. Από την άλλη, το Nature φιλοξενεί στις σελίδες του ένα μικρό κομμάτι της, χωρίς όμως να δίνει την απαραίτητη έμφαση. Ο Αμερικανός φυσικός δεν κατάφερε να κάνει δική του την «πατέντα» του laser, ενώ επίσης ποτέ δεν βραβεύτηκε με Νόμπελ. Μεγάλο μέρος της επιστημονικής κοινότητας θεωρεί πως αυτό είναι ένα από τα μεγαλύτερα... αδικήματα στον τομέα της φυσικής. Παράλληλα, αυτό το γεγονός καθιστά το laser, την πρώτη ανακάλυψη που δημοσιεύεται για χάριν κάποιας εταιρίας και όχι σε επιστημονικά περιοδικά.

2. Από συνεργάτες... εχθροί: Οι 3 φυσικοί που πάλεψαν για το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας – Τι «κέρδισε» ο καθένας;

Την ώρα που ο Maiman είχε απορριφθεί, ο πόλεμος για το laser εντεινόταν. Από το 1957 ένας συμπατριώτης του, ο Charles Townes, ξεκίνησε να μιλάει για την δημιουργία μιας μηχανής laser. Την ίδια εποχή, ένας μεταπτυχιακός φοιτητής επεξεργαζόταν την ίδια ακριβώς ιδέα. Ο λόγος για τον Gordon Gould, τον 27χρονο τότε φυσικό που κατέγραψε την μέθοδο του ώστε να διασφαλίσει τα δικαιώματα της εφεύρεσης του.

(Η πρώτη σελίδα της εργασίας του Gordon, στην οποία αναγράφεται η λέξη «laser»)

Ο Gould ανέπτυξε ένα πολύ μεγαλύτερο φάσμα ιδεών γύρω από την τεχνολογία και την χρήση του laser, σε σχέση με τον Townes. Τον Απρίλιο του 1959, με την δημοσίευση της εργασίας του διεκδίκησε τον τίτλο του... πατέρα του laser. Εννιά μήνες νωρίτερα, ο Townes σε συνεργασία με τον Leonard Schawlow είχαν παρουσιάσει την δική τους, πιο συνοπτική μελέτη, γύρω από την τεχνολογία laser, σε συνέδριο της εταιρίας Bell Laboratories.

(Η πατέντα του Gordon, σύμφωνα με δημοσίευση του 1979)

(Το laser των Townes και Schawlow, όπως παρουσιάστηκε από τους δύο φυσικούς το 1960)

Μάλιστα, μεταξύ των 3 επιστημόνων είχε υπάρξει μια μερική συνεργασία, με την πλευρά των Townes και Schawlow να δίνουν χρήσιμες πληροφορίες στον μεταπτυχιακό φοιτητή. Το επίσημο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας όμως, παρά την προσπάθεια του Gould, απονεμήθηκε στην εταιρία Bell, των δύο «ανταγωνιστών» του. Ο Gould μήνυσε την εταιρία, διεκδικώντας την πατέντα.

Οι νομικές μάχες κράτησαν 30 ολόκληρα χρόνια, ενώ όσο η πατέντα παρέμενε «ορφανή», τόσο αποκτούσε τεράστια αξία. Η τεχνολογία laser είχε αναπτυχθεί, οι εταιρίες την χρησιμοποιούσαν κατά κόρον, χρωστώντας μεγάλα ποσά στον... αέρα. Το 1987, μετά από έναν νομικό πόλεμο επικών διαστάσεων, τα δικαιώματα κατέληξαν στον Gordon Gould.

Από την άλλη, οι Townes και Schawlow , το 1964 και το 1981 αντίστοιχα, σε αντίθεση με τον δικαιούχο. Αυτό, μπορεί να πει κανείς, ισομοιράζει τις δάφνες της επιτυχίας στους τρεις επιστήμονες, που έτσι και αλλιώς έκαναν μεγάλο μέρος της εργασίας σχεδόν... από κοινού.