Диалоги (август 2003 г.) - Александр Гордон

И, пожалуйста, покажите ещё рисунок 6. Рисунок 6 представляет собой те кривые, которые наблюдаются в эксперименте, когда исследуется это усиление обратного рассеяния. То есть наблюдение идёт в направлении назад, в узком конусе, здесь это где-то от нуля до десяти микрорадиан, одна сотая радиана. И в направлении рассеяния назад, в самом пике происходит это усиление обратного рассеяния. То есть пьедестал, который по краям расположен, это то, что обычно наблюдается согласно феноменологической теории переноса. А этот пик, это как раз вклад петель повторного рассеяния.

Кстати говоря, в 73 году, когда мы обнаружили такой эффект, мы обращались к экспериментаторам, которые у нас занимались теорией переноса, и они говорили: «Ну, что это за эффект, вот сколько мы экспериментов не делали, ничего подобного нет». Понятно, почему нет. Потому что здесь требовались, во-первых, специальные среды с хорошо контролируемыми параметрами. А во-вторых, нужна была очень высокая разрешающая способность, нужно было разрешать углы, в сотые доли радиана.

Как же дальше, начиная с 85 года, шло развитие всей этой области, связанной с многократным рассеянием, с переносом излучения. Этот пичок когерентного усиления обратного рассеяния оказался очень интересным, и исследовался на протяжении многих лет многими лабораториями мира. Самый пик, самое остриё, оказалось связанным с диффузионными путями, которые идут в глубине рассеивающей среды. А крылья связаны с путями, которые идут неглубоко и связаны с небольшим числом актов рассеяния. Значит, с помощью пика можно исследовать, как распространяется излучение в среде. Если, например, в среду ввести поглощение, то пик скругляется, потому что длинные диффузионные пути уничтожаются поглощением. Или, допустим, можно рассматривать конечный слой рассеивающей среды – если его толщина невелика, то длинные диффузионные пути тоже обрезаются границами среды и опять пик этот сглаживается. Исследовалось влияние магнитного поля на величину этого пика, исследовалось влияние броуновского движения частиц на величину этого пика. В общем, он оказался очень информативным, и поэтому тщательно исследовался.

Дальше. Это явление слабой локализации было исследовано и внутри среды. Вот этот пик связан с усилением обратного рассеяния. То есть нужно рассматривать волну, падающую на среду, и смотреть, какая волна рассеивается в обратном направлении. А можно поставить другой эксперимент, по крайней мере, мысленный. Взять источник в неограниченной среде и смотреть, как там эти эффекты повторного рассеяния излучения на одном и том же рассевателе влияют на диффузию излучения от этого источника. Я сейчас прошу показать картинку 7.

А.Г. Учтите только, что у вас остаётся на самом деле мало времени.

Ю.Б. Тогда я буду сокращаться.

В таком эксперименте, когда источник располагается внутри рассеивающей среды, речь идёт о коэффициенте диффузии излучения. И из-за вклада такого рода эффектов повторного рассеяния на одном и том же рассеивателе коэффициент диффузии уменьшается, диффузия замедляется. И исследователи этим интересовались по той причине, что можно найти такой режим в среде, когда коэффициент диффузии обращается в ноль и наступает настоящая локализация Андерсона. Были сделаны многочисленные попытки такой малый коэффициент диффузии обнаружить, и публикации были об этом. Но в конечном итоге выяснилось, что коэффициент диффузии может становиться малым не только вследствие эффекта повторного рассеяния, но и вследствие так называемого эффекта пленения, когда излучение влетает в отдельный рассеиватель, и задерживается в этом рассеивателе на некоторое время, если речь идёт об импульсном излучении. Такое импульсное излучение может на некоторое время задержаться в диэлектрической частице, если её диэлектрическая проницаемость достаточно высокая, это тоже приводит к замедлению процесса диффузии.

В общем, на пути, который идёт от феноменологических представлений, от представлений о длине свободного пробега, то есть, по сути дела, от представлений, заимствованных из кинетической теории газов, до сих пор, насколько мне известно, не удалось достаточно определённо подойти к тому, чтобы обнаружить и экспериментально и понятно объяснить явление локализации излучения в рассеивающих средах. Поэтому, где-то с начала 90-х годов, согласно предложению канадского физика Джона, стали идти с другого конца, со стороны плотных сред в попытке объяснить и обнаружить явление локализации в трехмерных рассеивающих средах. Ещё давно было замечено, что если среда, скажем, из сферических частиц, плотно упакована, то в этой среде просматривается некоторый порядок. Поэтому можно пойти по следующему пути. В качестве нулевого приближения взять систему, скажем, диэлектрических сфер и расположить их в узлах кубической решётки, сделать такой искусственный кристалл – их так и называют фотонные кристаллы. Вместо атомов поместить диэлектрические сферы, а вместо электронов запустить или свет, или СВЧ электромагнитное излучение, то есть фотоны, и смотреть, что здесь будет происходить. Известно, что когда электрон движется в периодическом потенциале, то его энергетический спектр имеет зонную структуру, то есть имеются такие интервалы энергии электрона, когда он не проходит через кусок такой среды.

Для таких фотонных кристаллов такое свойство тоже было обнаружено, покажите, пожалуйста, картинку 11. Было довольно простым расчётом показано, что происходит при прохождении через такой фотонный кристалл. Он здесь состоит из цилиндров, перпендикулярных экрану, и центр этих цилиндров расположен в углах квадратной решётки. Здесь есть определённые зоны, они обозначены чёрным цветом и провалами в кривых – это коэффициент прохождения через такой фотонный кристалл. Если взять небольшое количество слоёв, здесь 18, а можем взять и 4 таких слоя. Излучение через такой фотонный кристалл уже не проходит, и могут быть случаи экспоненциального спада. То есть здесь, в таком нулевом приближении, в такой конструкции наблюдается уже непрозрачность такой структуры по прохождению.

А далее, для того чтобы приблизиться к явлению локализации, надо в такой кристалл ввести беспорядок, как это Андерсон делал в своей работе 58 года. Допустим, пошевелить эти цилиндрики около их центров. И, согласно работам китайских исследователей, при этом запрещённые зоны для прохождения излучения несколько деформируются, но всё-таки сохраняются.

Собственно, на этом я могу закончить.

А.Г. Спасибо большое.

Дно океана

Участник:

Александр Петрович Лисицын – академик РАН

Александр Лисицын: …они перевернули наше представление не только о мировом океане (а мировой океан включает также и все морские водоёмы), но и представления, которые господствовали сотни лет в области наук о земле в целом.

Но прежде всего, что это за наука – океанология, представителем которой я являюсь и которой занимаюсь уже больше 50 лет? Это наука о физике, химии, геологии и биологии океана. Сейчас она стала совершенно другой, по сравнению с тем, что было, скажем, 50 лет тому назад. Я постараюсь о главных открытиях рассказать. И то, что было сделано за эти годы, привело к революции в наших представлениях о Земле в целом, о взаимодействии между основными сферами, хотя это звучит несколько, может быть, казённо. Но если говорить популярным языком, то это взаимодействие всей системы геосфер Земли в целом.

За последние 50 лет, начиная с первого рейса «Витязя»… Это был крупнейший в России и в мире исследовательский корабль, который начал свои работы на Дальнем Востоке в 49-ом году, и который провёл 25 рейсов в дальневосточных морях. Что значит 25 рейсов? Это тоже надо как-то объяснить. Каждый рейс, это участие в работах на корабле в 50-60, иногда 90 учёных. И они находятся в море на протяжении 2-3 месяцев. То есть это научный коллектив, плавучий научно-исследовательский институт, в котором вначале было порядка 10-12 лабораторий с приборами, а сейчас на наших новых кораблях их больше 20-ти.

И надо сказать, что с самого начала наша советская и российская океанология стала лидирующей во всём мире. И это лидерство сохранялось вплоть до перестройки. Сейчас мы, конечно, всё это потеряли, и об этом приходится с сожалением вспоминать. Но представьте себе, что вы находитесь на этом корабле, водоизмещением в 6 тысяч тонн (это как большой пассажирский корабль), где в лабораториях идут эксперименты – всё необходимое для того, чтобы эта научная идея, задача, которая ставится перед экспедицией, могла бы быть выполнена непосредственно в ходе работ.

Зарубежная экспедиция работала совершенно не так. И многие другие работают также не так. Это маленькие корабли, которые собирают материал. А у нас получается, что каждый корабль – это плавучий научно-исследовательский институт. И начиналось это в 49-м году с одного «Витязя», а потом в 60-70-е годы в Институте океанологии, который я представляю, было 6 таких больших кораблей. Итак, одновременно работает 6 кораблей, на каждом, скажем, по 60 учёных, – значит, одновременно в разных частях океана находится порядка 300-400 учёных, которые круглосуточно ведут исследования, обрабатывают их результаты и немедленно на основе этой обработки можно принимать оперативные решения – что делать дальше?