Конечно, запустить для обследования далекого предмета можно и обычный свет — если только его удастся каким-то образом сжать в плотный луч, обладающий достаточной энергией, чтобы преодолеть большое расстояние и вернуться обратно отраженным без значительных потерь. Но обычный свет состоит из фотонов столь широкого спектра частот, что в нем невозможно будет заметить те малые изменения частот, о которых идет речь. Представим себе толпу людей, где все куда-то спешат по своим делам. Если каждый в такой толпе сделает шажок влево, скорее всего, на фоне общего мельтешения это пройдет незамеченным. Если же колонна марширующих солдат сдвинется на тот же шаг влево, то это невозможно будет упустить. Думаю, аналогия достаточно наглядна.
Так что вполне вероятно, что к тому моменту, когда космическая эра достигнет своей зрелости, все коммуникации, которые неизбежно при этом возрастут до невероятных объемов, будут осуществляться с помощью лазерных лучей. Лучи эти будут непрестанно сновать в пространстве от одного форпоста человечества к другому. Скорее всего, без использования лазера полноценное освоение космоса попросту не состоится.
Но давайте спустимся с небес на землю. Область применения лазера, лежащая в самой ближайшей перспективе, — фотография. При обычном фотографировании свет записывается на пластинку или пленку благодаря оказываемому им воздействию на соответствующие химикаты. Чем ярче свет, тем сильнее его воздействие. Значит, на химических веществах образуется рисунок, соответствующий тому шаблону света и теней, который отображают световые волны, испускаемые или отражаемые предметом. Этот рисунок и есть фотография.
Теперь предположим, что лазерный луч попадает на зеркало, а с зеркала отражается без искажений на фотографическую пластинку. Одновременно с этим другой лазерный луч отражается от некоего фотографируемого предмета и тоже попадает на фотопластинку, но уже в искаженном виде. Искажение объясняется тем, что поверхность предмета неровна и отражается только часть луча, а другая часть — поглощается при попадании на предмет. Кроме того, отраженная часть луча еще и рассеивается, отражаясь в различных направлениях.
На фотографической пластинке оба луча, сохранившийся и искаженный, встречаются. При этом записывается, как и при обычной фотографии, общая яркость света. При пересечении и наложении друг на друга волн обоих лучей тоже вырисовываются точные подробности фотографируемого предмета. Такое наложение называется «интерференцией». На пластинке в таком случае запишется не только яркость света, но и шаблон интерференции.
Физики теоретически предполагали такую возможность уже много лет назад, но обычный свет не подходит для таких целей. Многочисленные разночастотные фотоны обычного света, двигаясь в различных направлениях, произвели бы такую мешанину интерференции, что извлечь из нее полезную информацию оказалось бы просто невозможно.
Но вот с помощью лазерного луча уже можно воспроизвести четкий рисунок интерференции, зависящий только от природы фотографируемого предмета. На пластинке сохраняется информация и о яркости света, и об интерференции — и такой фотографический процесс получил название «голография», где «голо-» означает «целостный».
Но при взгляде на саму пластинку мы ничего пока не поймем. Рисунок интерференции — микроскопичен.
Если теперь через эту пластинку, именуемую голограммой, пропустить лазерный луч, то образуется изображение, соответствующее первоначально сфотографированному предмету. Оно может быть частично трехмерным, если сфотографировать его под разными углами. Впервые это было осуществлено в 1964 году, а к 1966-му уже отпала необходимость в лазерном луче для создания изображения — теперь это можно делать и с помощью обычного света, так что весь процесс стал дешевле и практичнее. Однако в целом лазерный луч все же остается необходимым — для воспроизведения самой голограммы.
Теперь можно сфотографировать голографическим образом быстро движущийся предмет или, скажем, короткоживущий предмет, чтобы потом не торопясь изучить его голограмму (предоставляющую, понятно, гораздо более подробную информацию, чем просто фотография). Да и подробности на голограмме просматриваются гораздо четче, так что ученые ждут не дождутся появления микроскопической голографии, чтобы с небывалой прежде ясностью изучить микромир.
А может быть, придет день, когда голография будет настолько хорошо разработана, что полноценное трехмерное изображение можно будет транслировать по телевидению. Тогда на смену плоскому черно-белому изображению придет полностью правдоподобное трехмерное цветное представление.
Дождемся ли мы, чтобы при очередном конкурсе на звание «мисс Америка» красотки дефилировали из одного угла нашей собственной комнаты в другой? Даже если не забывать о том, что это лишь бестелесные изображения, бесплотные порождения лучей света, — все равно было бы неплохо!
Глава 12
ОКЕАН-ШАХТА
Наши шахты истощаются. При этом население растет скачкообразными темпами, а промышленность — еще большими, так что полезных ископаемых Соединенных Штатов хватит ненадолго. Самые богатые наши месторождения меди исчерпаны. Приходится искать способы довольствоваться более бедными рудами.
Но все не так уж плохо. Что касается некоторых видов полезных ископаемых, то их самое богатое и обширное месторождение находится прямо у наших дверей и к его разработке никто еще даже не приступал.
Речь идет об океане.
Площадь Мирового океана — более 360 000 000 квадратных километров, он занимает около семи десятых всей земной поверхности. Его средняя глубина — 3,7 километра, так что приблизительно можно сказать, что общий запас морской воды на Земле — 1 332 000 000 кубических километров.
Месторождением полезных ископаемых океан можно считать благодаря тому факту, что все эти миллионы кубических километров состоят не из одной лишь воды. Каждый, кто хоть раз в жизни купался в океане, знает, что океан — это не только вода. У «просто воды» вкус совершенно не такой.
На самом деле собственно вода составляет 96,75 процента состава океанской воды, а в этих 96,75 процента растворено 3,25 процента твердых веществ. Это очень много в абсолютном исчислении, — чтобы осознать, насколько много, нам не нужно даже рассматривать весь океан. Обойдемся и бассейном морской воды.
Итак, представим себе бассейн 15 метров в длину и 9 метров в ширину средней глубиной 1 метр 80 сантиметров. Если наполнить его морской водой, то в него поместится 285 тонн жидкости и девять с четвертью тонн из них будут составлять растворенные в воде твердые вещества. Если теперь всю воду из бассейна выпарить, то на дне останется девять с четвертью тонн осадка. Немало для скромного бассейна, верно?
Как явствует из вкуса морской воды, большую часть растворенных в ней твердых веществ составляет обычная поваренная соль — хлорид натрия. Так что одной поваренной соли на дне нашего бассейна останется 7,75 тонны; кроме этого, еще три четверти тонны будут весить соединения хлора с другими веществами, не с натрием.
Но даже если отбросить хлористые соединения, в нашем высушенном бассейне все еще останется три четверти тонны веществ, не имеющих отношения ни к натрию, ни к хлору. После соответствующей обработки из этого остатка мы извлечем 340 килограммов магния, 225 килограммов серы, 105 килограммов кальция, 100 килограммов калия, 16 килограммов брома и около 12 килограммов прочих веществ, среди которых — практически все элементы таблицы Менделеева: медь, серебро, золото, уран и даже радий.
Разумеется, не все так просто. Чтобы извлечь минералы из океана, необходимо собрать отдельные рассеянные атомы, а для этого требуется затратить энергию. Чем меньше концентрация искомого вещества в растворе, тем больше необходимо энергии затратить на его извлечение. От этого никуда не деться.
К счастью, во многих случаях само Солнце уже выполнило за нас часть работы. Периодически в результате геологических процессов получается так, что неглубокое море оказывается отрезанным от океана вздыбившейся косой суши. Если климатические условия способствуют тому, чтобы вода в получившемся внутреннем море испарялась быстрее, чем реки способны восполнять ее запасы, то оно постепенно высыхает и содержащаяся в нем соль становится все более сконцентрированной. В конечном итоге море может пересохнуть полностью, оставив после себя на поверхности все когда-то растворенные в ней твердые вещества.
Соляные копи — это остатки высохших когда-то морей. А нам известно, как велико значение соли. Ее не только кладут в пищу (что, впрочем, уже само по себе необходимо). Для нее существуют сотни способов промышленного применения. Именно поваренная соль является главным сырьем для производства таких важных химических веществ, как газообразный хлор, соляная кислота, гидроксид натрия, карбонат натрия, и многих других, каждое из которых, в свою очередь, тоже имеет множество применений.