Город Орландо славится во всём мире своим крупнейшим на планете Диснейлендом и расположенным неподалёку, на мысе Канаверал, Космическим центром имени Кеннеди. Но среди приезжающих сюда миллионов туристов немногие слышали о громком судебном процессе, завершившем многолетнюю борьбу за авторство одного из величайших технических достижений ХХ столетия. Ответчиком в этой тяжбе выступала оптоэлектронная фирма со штаб-квартирой в Орландо. Собственно, поэтому дело и слушалось в местном суде. Истец, немолодой и не слишком известный физик и инженер, утверждал, что тридцать лет назад именно он придумал принципиальную схему квантового генератора, который на обычном языке называют лазером. 29 октября 1987 года шестеро федеральных присяжных вынесли единодушное решение в его пользу.

Под крылом нобелевских лауреатов

Уроженец Нью-Йорка Гордон Гулд (точнее, Ричард Гордон Гулд) появился на свет 17 июля 1920 года. В школе учился хорошо, но не блестяще: по выпускным баллам в своём классе оказался тринадцатым. Мог бы поступить в знаменитый Массачусетский технологический институт, предложивший ему стипендию, но отец не потянул такие расходы.

Пришлось Ричарду протягивать ножки по семейным одёжкам. В результате он окончил не элитный, но почтенный Юнион-колледж в Скенектеди – «столице» корпорации «Дженерал Электрик». Продолжил образование в Йельском университете, где защитил диссертацию по физике. Весной 1945 года получил работу в одной из многочисленных лабораторий Манхэттенского проекта (для тех, кто не помнит, – разработка атомной бомбы). Эта лаборатория находилась как раз на пересечении Бродвея и 137-й улицы. Там Гулд подружился с очаровательной девушкой левых взглядов, которая затащила его в местный коммунистический клуб. В партию Гулд не вступил, но в дискуссиях охотно принимал участие. По наивности он не задумался о Всевидящем Оке спецслужб, а они, разумеется, не теряли его из виду. Сначала за Гулдом наблюдало ФБР, а позже им всерьёз занялась военная контрразведка, настроенная куда более решительно.

Вскоре Гулд получил извещение об увольнении без объяснения причин. Пришлось срочно искать службу, не связанную с государственными программами. Поработав в небольшой оптической фирме и в Городском колледже Нью-Йорка, он решил продолжить образование и в 1949 году поступил в аспирантуру физического факультета Колумбийского университета. К тому времени Гулд уже расстался с коммунистическими симпатиями, однако его имя

по-прежнему оставалось в списках политически неблагонадёжных лиц, о чём он даже и не подозревал.

Для будущего изобретателя лазера не могло быть лучшего места службы, чем колумбийский физфак. Там трудился пришедший из Белловских лабораторий Чарльз Таунс. Таунсу предстояло возглавить группу физиков, весной 1954 года построивших первый в мире квантовый генератор электромагнитного излучения. Именно в разговорах Таунса и его ассистентов родилось на свет элегантное и легко запоминающееся название этого устройства – мазер. Оно представляет собой аббревиатуру англоязычного определения принципа действия нового прибора, microwave amplification by stimulated emission of radiation (усиление микроволн с помощью вынужденного излучения). Чуть позже, но совершенно независимо эту же работу проделали сотрудники Физического института АН СССР Александр Прохоров и Николай Басов. Спустя десять лет все трое – Таунс, Прохоров и Басов – удостоились за неё Нобелевской премии.

Мазер Таунса и аналогичный ему аппарат Прохорова и Басова генерировали отнюдь не видимый свет, а электромагнитные колебания СВЧ-диапазона (их ещё называют микроволновыми). В этих устройствах использовались направленные пучки молекул аммиака, способных находиться в двух различных энергетических состояниях. Когда Гулд стал аспирантом, Таунс ещё не приступал к работе над мазером. Однако на физфаке работал нобелевский лауреат Исидор Раби, прославившийся созданием методов управления атомными и молекулярными пучками с помощью электромагнитных полей. Без таких методов не было бы и первых мазеров. Раби читал также лекции по квантовой механике, из которых Гулд очень многое почерпнул.

Впрочем, для него всё было впереди. Первые два года аспирантуры он только учился, осваивал тонкости новейшей физики. После первой серии экзаменов, в 1951 году, он обрёл научного руководителя, профессора Поликарпа Куша. В сороковые годы Куш, как и Раби, много работал с атомными пучками и с их помощью точно измерил магнитный момент электрона, за что в 1955 году получил Нобелевскую премию (вместе с Уиллисом Лэмбом). Его аспирантам, и Гулду в том числе, было положено осваивать эти методы. Но Куш всерьёз занимался и оптикой, преимущественно спектроскопией. В конце 1952 года Гулд получил от него диссертационную тему, работа над которой и привела к изобретению лазера. Но до этого было ещё далеко.

Озарение

Поступив в аспирантуру, Гулд по-прежнему преподавал в Городском колледже, поскольку стипендии в университете не имел. Поначалу всё складывалось хорошо, и ему даже повысили зарплату. Однако весной 1953 года законодатели штата Нью-Йорк постановили изгнать членов компартии не только из муниципальных средних школ (это уже было сделано), но и из вузов. Ректорат Городского колледжа тут же учредил комиссию по искоренению подрывных элементов, и в мае 1954 года её руки дотянулись до преподавателя физики Гордона Гулда.

Гулд повёл себя достойно: признал, что в середине 1940-х годов посещал собрания коммунистической ячейки и читал марксистскую литературу, и дал слово, что давно прервал эти связи. Но снисхождение давали лишь тем, кто «полностью и совершенно честно» (официальная формулировка) делился информацией обо всём, хоть как-то связанном с былым членством в компартии или близостью к ней. Естественно, дознаватели требовали назвать имена бывших товарищей. Гулд к тому времени давно расстался с верой в победу пролетариата, но доносчиком быть не пожелал. Он заявил, что готов говорить о себе, но никак не о других. За что и поплатился: перед началом нового учебного года получил извещение о расторжении контракта с колледжем.

Ситуация сложилась отчаянная – Гулд лишился единственного заработка. Он решил поискать место в частной фирме и бросить аспирантуру, однако ценивший его Куш через несколько месяцев выхлопотал ему должность ассистента. Зарплата всего 200 долларов в месяц, но это всё же были деньги, позволившие полностью переключиться на диссертационное исследование.

К тому времени он понял, что научный руководитель поставил перед ним нелёгкую задачу. Куш поручил Гулду измерить частоты спектральных линий метастабильного атома таллия. Этим термином обозначают возбуждённые состояния, когда атомы крайне неохотно теряют энергию и поэтому живут по своим меркам очень долго – скажем, не стомиллионную долю секунды, а сотую. Прежде всего Гулд должен был изготовить немалое количество таких атомов. Тут ему опять помогло провидение. Раби побывал на физической конференции во Франции, где узнал о совершенно новом методе энергетической подпитки атомов, разработанном группой парижских физиков. Суть его в том, что некоторые фотоны, попав в окрестности атома, отдают свою энергию электронам, и те перескакивают с низшего энергетического уровня на более высокий. По возвращении из Европы Раби порекомендовал Гулду испробовать этот метод, получивший название оптической накачки, в своём эксперименте. Совет оказался удачным, но трудно выполнимым. Лишь в конце 1956 года Гулд наконец-то осуществил вожделенное измерение спектров.

И тут его озарило: оптическую накачку можно использовать для запуска мазера. Гулд первым осознал, что возбуждённые молекулы и атомы (не только аммиака, а чего угодно) можно изготовлять с помощью фотонного облучения. Он поделился своей идеей с Чарльзом Таунсом. Тот настолько заинтересовался, что попросил Гулда рассказать об этом на семинаре в его лаборатории. После успешного доклада в декабре Таунс порекомендовал Гулду изложить свои предложения, сопроводить их расчётами и попросить кого-нибудь понимающего суть дела письменно заверить записи. Гулд не просто последовал этому совету, но отдал свои заметки на подпись Таунсу и его аспиранту. Это произошло в январе 1957 года.

Гулд предполагал вплотную приступить к новому исследованию сразу после получения докторской степени. Спектральные эксперименты были завершены, а в феврале он сдал и последние экзамены. Однако Куш неожиданно попросил дополнить работу измерением магнитного момента атома таллия на метастабильном уровне. Эта задача требовала времени, и Гулд справился с ней только к концу лета. Для написания и защиты диссертации больше не было никаких препятствий. Перед 37-летним аспирантом забрезжила академическая карьера, которая при его квалификации и таланте обещала скорую профессуру. Но судьба распорядилась иначе. Гулд внезапно догадался, что с помощью оптической накачки можно генерировать не только микроволны, но и обычный свет. С этого момента его жизнь круто изменилась.

От мазера к лазеру

О том, как превратить мазер в источник когерентного (то есть такого, где все волны являются точными копиями друг друга) видимого света, задумывался не только Гулд. В 1957 году над этой проблемой бились во многих лабораториях мира. Размышлял над ней и Таунс. В сентябре он придумал и набросал в дневнике схему, казалось, подходящего устройства, окрестив его оптическим мазером. Название явно нелепое (мазер, по определению, производит не свет, а невидимые микроволны), но Таунсу было не до лингвистических изысков. Схема оказалась неудачной, о чём Таунс тогда не догадывался. О практическом применении «оптического мазера» он тоже не беспокоился, поскольку видел в нём исключительно прибор для спектроскопических исследований. Поскольку Таунс подумывал об использовании в качестве излучающей среды атомов таллия, он попросил Гулда подробно рассказать об их спектрах. Таких бесед было две – 25 и 28 октября.

Сейчас трудно сказать, насколько разговоры с Таунсом привели Гулда к собственной великой идее. Той осенью он много размышлял, как добиться генерации вынужденного светового излучения. К концу первой декады ноября он внезапно понял, что для получения видимого когерентного света нужно подвергнуть оптической накачке атомарный или молекулярный газ, помещённый в трубку с зеркалами на концах. Гулд сообразил также, что для вывода излучения одно зеркало должно отражать лишь часть света, а часть – пропускать наружу.

Эту идею следовало переложить на бумагу, чем Гулд и занялся. 13 ноября он закончил последнюю из девяти страниц с объяснениями, эскизами и вычислениями. Первая страница открывалась заголовком: «Некоторые приблизительные расчёты осуществимости ЛАЗЕРА: усиление света с помощью вынужденного излучения». Так, без всякой шумихи, родилось это слово, которому предстояло войти во все языки. Гулд придумал его, просто заменив первую букву в слове «мазер», ведь по-английски «свет» – это light. В общем, на этих страницах была приведена первая в мире работоспособная схема того лазера, который впоследствии получил название газового.

Но Гулд не ограничился одной лишь физикой. На последних трёх страницах он перечислил целый ряд потенциальных применений лазера в практических целях и продемонстрировал при этом чудеса предвидения. Он предсказал лазерную связь, лазерную локацию, использование лазерных лучей для катализа химических реакций, лазерное кино и лазерное телевидение. Он даже угадал, что с помощью концентрированных лазерных лучей можно получать сверхвысокие температуры, необходимые для пуска термоядерной реакции! Стоит напомнить, что в наши дни лазерный нагрев считается чрезвычайно перспективным направлением таких исследований. Просто поразительно, что Гулд с самого начала счёл лазер не ещё одним физическим прибором, а устройством с огромным практическим потенциалом, обещающим революционный переворот в целом ряде технологий. В этом плане Гулд оказался настоящим пионером, другие физики о подобном не задумывались ещё несколько лет. Короче говоря, мыслил как изобретатель.

Именно поэтому он решил сразу закрепить за собой авторские права. В тот же день, 13 ноября, он зашёл в соседнюю лавочку, владелец которой, по совпадению, его однофамилец, имел лицензию нотариуса. Этот самый Джек Гулд проштамповал все предъявленные страницы, поставил дату и заверил своей подписью. Теперь в руках Ричарда Гордона Гулда оказался юридический документ, который, как ему представлялось, полностью обеспечил его права на изобретение. А вот в этом он сильно ошибся.

Без права допуска

Действительно, заметки Гулда были первым в мире научно обоснованным проектом лазера. Наброски Чарльза Таунса до такого уровня не дотягивали. Лишь годом позже, в 1958-м, Таунс и Артур Шавлов в Америке и Александр Прохоров и Басов в СССР опубликовали статьи с научным обоснованием лазерного эффекта.

Первый в мире лазер с оптической накачкой (и вообще первый лазер) изготовил сотрудник исследовательского отдела американской корпорации «Хьюз Эйр-крафт» Теодор Мейман, приступивший к его испытаниям в мае 1960 года. Этот лазер был не газовым, а твёрдотельным, излучающим веществом в нём работал кристалл искусственного рубина, однако для усиления света использовались боковые плоские зеркала, которые предложил Гулд. А первый газовый лазер дал свет в Белловских лабораториях ещё через семь месяцев, в декабре. Он в точности соответствовал схеме Гулда, отличаясь лишь тем, что накачка производилась не световыми квантами, а с помощью неупругих столкновений атомов, разогретых электрическими разрядами (для газовых сред этот способ эффективней). Но и к этой идее Гулд пришёл раньше прочих, в мае 1958 года. Он записал её в рабочем блокноте, который дал на подпись профессору физики Городского колледжа Лоуренсу Уиллсу. Тем самым Гулд документально закрепил свой приоритет и в этом отношении.

Ждать признания ему пришлось долго.

Вскоре после своего звёздного часа Гулд уверовал, что его будущее целиком и полностью связано с практическими применениями лазера. Чтобы высвободить время, весной 1958 года он ушёл из аспирантуры, хотя ничто не мешало ему защитить диссертацию всего через несколько месяцев. Он даже не захотел переделать свои заметки в статью, годную для публикации в серьёзном научном журнале (скорее всего, опасался подражателей). Отказавшись от научной карьеры и научной репутации, Гулд практически закрыл себе путь к Нобелевской премии, на которую втайне рассчитывал.

Была и ещё одна ошибка. Коль скоро Гулд захотел уйти из науки в промышленность, ему следовало как можно быстрее подать патентную заявку на своё изобретение. Для этого всего лишь требовалось описать его в соответствии с правилами Бюро патентов и торговых марок США. Но он почему-то решил, что сначала должен построить работающий лазер. Откуда взялась столь странная идея, сказать трудно, возможно, он просто неверно понял патентного адвоката, с которым консультировался в январе 1958 года. Как бы то ни было, оформлением патента в том году Гулд так и не занялся.

А вот другие действовали быстрее. Артур Шавлов пришёл к идее зеркального резонатора в феврале. Вместе с Таунсом он не замедлил с оформлением патентной заявки на новый прибор (к слову, они продолжали его называть оптическим мазером). Заявку зарегистрировали 30 июля 1958 года. В марте 1960-го она была удовлетворена. Звёзды чистой науки вели себя много практичней «прикладника» Гулда. Правда, через три десятка лет их торопливость обернулась к его выгоде.

А пока Гулд нашёл новую работу. Его наняла небольшая исследовательская фирма Technical Research Group (TRG), владельцы которой заинтересовались лазером, особенно после объяснения, что его в принципе можно использовать для наведения ракет (Гулд и это угадал!). TRG обратилась в Пентагон с просьбой выделить на разработку лазера 300 тысяч долларов. Военное руководство не стало мелочиться и отвалило миллион (точнее, 999 008 долларов). Приблизительно тогда же, в апреле 1959 года, Гулд наконец зарегистрировал в Бюро патентов две заявки на свои изобретения.

И тут его достала рука из прошлого. Лазерный проект считался секретным, для участия в нём требовался допуск, в котором Гулду было отказано – он всё ещё проходил по разряду неблагонадёжных. Несколько лет он добивался исключения из «чёрного списка», но спецслужбы упёрлись. В мае 1962 года Гулд отказался от борьбы, которая обошлась фирме TRG, великодушно взявшей на себя оплату адвокатов, в 50 тысяч долларов. В результате Гулд лишь консультировал коллег-экспериментаторов, не имея возможности даже зайти в лабораторию. Ничего хорошего из этого не вышло. Он обладал поразительной интуицией, но как теоретик не тянул. Работа над лазером в TRG шла ни шатко ни валко, свет в конце туннеля появился лишь в том же, 1962 году, когда в других лабораториях (не только американских) добились много большего. Гонки за разработку лазеров быстро набирали темп, однако Гулд из них выбыл.

Ещё четыре года он без всякого энтузиазма прослужил в TRG, а потом ушёл преподавать физику в Бруклинский политехнический институт. Лектором он был хорошим, студенты его любили. Правда, профессорствовал только до 1973 года, а потом принял пост вице-президента небольшой фирмы, занятой созданием световодов, где и проработал до выхода на пенсию.

Миллионер задним числом

Покончив с лазерным изобретательством, Гулд полностью отдался борьбе за утверждение своих патентов. Патентное бюро его сильно невзлюбило (почему – до сих пор не вполне понятно), так что поначалу он неизменно проигрывал. Эти баталии привлекли внимание большой прессы, и Гулд постепенно приобрёл известность, правда, больше как скандалист, а не изобретатель. Но, главное, у него появились хорошие и настырные адвокаты, много лет работавшие исключительно «на перспективу». Гулд не мог оплачивать их труд, но в письменном соглашении уступал немалую долю будущих гонораров.

В конце концов упорство Гулда и изобретательность его юристов принесли плоды. В 1977 году Патентное управление частично удовлетворило одну заявку, за ней последовали и другие. В 1986 году Гулд получил патент на метод оптической накачки лазеров, который он считал своим главным достижением. А в конце октября 1987 года его адвокаты выиграли принципиально важный иск к орландской фирме Control Lasers. Последняя производила лазеры, защищённые гулдовскими патентами, но упорно отказывалась выплачивать ему лицензионные отчисления. Свидетелем фирмы-ответчика выступал сам Таунс. Он упорно оспаривал авторство Гулда, однако не смог убедить в этом присяжных. Всего через несколько дней Патентное управление утвердило права Гулда на изобретение газоразрядного лазера, а весной 1988 года одобрило и все оставшиеся заявки.

Эта победа сразу превратила Гулда в мультимиллионера. В конце 80-х годовой объём производства лазеров дошёл до 500 миллионов долларов и продолжал быстро расти. Доходы Гулда вскоре достигли двух с половиной миллионов в год. Кстати, если бы он получил свои патенты без задержек, они принесли бы ему гораздо меньше денег. Объём лазерного рынка сначала был невелик, а к концу 1970-х срок действия патентов истёк. Именно так случилось с патентом Таунса и Шавлова. Судьба отказала Гулду в чисто научной славе, но сполна вознаградила его огромными деньгами.

Гулд не получил Нобелевской премии, но в 1991 году был занесён в реестр Национального Холла славы изобретателей. Действие его последнего патента закончилось в мае 2005 года. Гулд всегда мечтал пережить свои патенты, и в этом судьба снова пошла ему навстречу. Он скончался 16 сентября 2005 года, через два месяца после своего 85-летия.

Николай Басов (слева) и Александр Прохоров независимо от американцев создали квантовый генератор электромагнитного излучения