شعله‌‌های پنجاه‌ساله

Larry Greenemeier
برگردان: احسان سنایی

در ششم آگوست ۱۹۶۰، دانشمند آزمایشگاه تحقیقاتی هیوز، دکتر «تئودور مایمن» پژوهشی را در نشریه‌ی علمی نیچر به چاپ رسانید که در آن به توصیف آزمایشات‌اش با «تشعشع نوری تحریک‌شده در یاقوت» پرداخته بود. با این پژوهش او «لیزر» – که در اصل مخفف عبارت «تقویت نور، با تشعشع تحریک‌شده» است – را از قید و بند تخیلات علمی خارج نمود و دست به ساخت ابزاری زد که جهان را به راه‌هایی که شمار اندکی از مردم زمان بدان واقف بودند؛ رهنمون ساخت.

لیزر پرقدرت یاقوتی در گذر از دو منشور – ۱۹۶۵ / Betmann

احتمالات مطرح‌گشته پیرامون آینده‌ی درخشان این نور مرموز، شرکت‌های متعددی از جمله «جنرال‌موتورز»، «بوئینگ» و «رایتئون» را که هر کدام‌شان طی چندین دهه‌ی اخیر، تملک بخشی از آزمایشگاه پژوهشی هیوز را عهده‌دار بودند؛ امیدوار ساخت. این آزمایشگاه که در دهه‌ی چهل میلادی توسط «هاوارد هیوز» و به‌منظور بسط و توسعه‌ی شرکت هواپیمایی هیوز ایجاد شد، امروزه تحت عنوان آزمایشگاه HRL شناخته می‌شود که همچنان اشتراکاً در اختیار جنرال‌موتورز و بوئینگ است (شرکت رایتئون سهم خود را در سال ۲۰۰۷ به فروش رساند).

در سال ۱۹۷۹، دکتر «دنیل نیوزما» و بعدتر در همان سال دکتر «باب بایرن» با امید به بسط انواع جدیدی از لیزر و نیز راه‌های کاربرد این فناوری نوین، به بخش مهندسی لیزر شرکت هواپیمایی هیوز پیوستند. از آنجایی‌که آزمایشگاه هیوز، بازوی پژوهشی شرکت به‌شمار می‌رفت؛ هر پیشنهادی که به کاربرد عملی‌اش اذعان شده بود، در نهایت هم نصیب کمپانی هواپیمایی هیوز می‌شد.

در آن زمان ارتش ایالات متحده، به‌سبب توانمندی لیزر در ارتقای سامانه‌های راداری، هدایت جنگ‌افزارهای دوربرد و نیز استعداد تبدیل به یک جنگ‌افزار نامتعارف، بدان ابراز علاقه کرده بود. با این وجود، نیوزما که امروز فیزیکدان ارشد دپارتمان اپتیک و لیزر سازمان هوایی و فضایی رایتئون است، به استعدادهای بالقوه‌ی این فناوری برتر در حوزه‌های دیگری چون ارتباطات، الکترونیک و پزشکی نیز پی برده بود.

به‌تازگی ماهنامه‌ی «ساینتیفیک امریکن»، گفت‌وگویی را با نیوزما و بایرن پیرامون گذشته، حال و آینده‌ی لیزر ترتیب داده، که بخشی از آن را در ادامه می‌خوانید.

استفاده از لیزر دی‌اکسید کربن به‌منظور جراحی / عکس از Leif Skoogfors

آیا هدف از ایجاد نخستین نسخه از لیزر، اثبات فرضیات اینشتین، پلانک و دیگر دانشمندان، پیرامون نور بود؛ یا پژوهش‌گران هیوز استفاده‌های عملی بیشتری را در ذهن‌شان می‌پروراندند؟

نیوزما: فعالیت‌های لیزری «تد مایمن» و [مؤسسه‌ی] هیوز، شکل تکامل‌یافته‌ی فعالیت‌های مرتبط با «میزر» (مخفف عبارت «تقویت ریزموج‌ها با تشعشع تحریک‌شده») از سال‌های دهه‌ی ۴۰ و ۵۰ بود که در آن برای ایجاد منابع قدرتمند ریزموج به‌منظور ارتقای مواردی چون توانمندی سامانه‌های راداری، تلاش می‌شد.

بایرن: با نور، حتی با وجود محدودیت‌های وابسته به اوضاع جوی، سه بار بهتر از ریزموج‌ها از حیث بسامد، و ۱۰۰۰بار بهتر از حیث توان تفکیک عمل می‌کنید و این بدین‌معناست که در امواج نوری می‌توان ۱۰۰۰ بار بیشتر از ریزموج‌ها داده ذخیره ساخت. افزایش بسامد نیز خود مزیتی در پهنای باند از حیث [مخابره‌ی] داد‌ه‌ها به‌شمار می‌رود. این، همه‌ی اندیشه‌ی موجود در پشت فناوری فیبرهای نوری است.

برش لیزری فولاد - ۱۹۷۱ / عکس از corbis

پس بدین‌ترتیب لیزر آنگونه که در گذشته گفته می‌شد، پاسخی در مقابل یک پرسش نبود؟

نیوزما: هنگامی‌که برای نخستین بار لیزر ایجاد شد، هیچ‌کس ابعاد کاربری‌های که امروزه از آن می‌بینیم را تصور نمی‌کرد و شاید موقعیت بحرانی این فناوری نیز از همین‌جا سرچشمه می‌گیرد.

بایرن: کمی مثل قضیه‌ی مرغ و تخم مرغ است. در رسانه‌های عمومی، مردم از تسلیحات لیزری می‌گویند و مادامی‌که چنین چیزی جامه‌ی عمل به‌خود نمی‌پوشاند، از مورد استعمال‌اش ابراز کنجکاوی می‌کنند. در همین حین، دانشمندان هم در پس‌زمینه مشغول کار بر این [فناوری]‌اند.

زمانی‌که هر کدام از شما کارتان را با هیوز در ۱۹۷۹ آغاز کردید؛ به چه نوع از فعالیت‌های لیزری مشغول شدید؟


نیوزما: استخدام من به‌منظور خروج برخی لیزرها از آزمایشگاه و هدایت‌شان به خط تولید بود. بخشی از این کار، با لیزرهایی که در مسافت‌یابی، یا هدف‌یابی – به‌گونه‌ای‌که سربازان با استفاده از آن قادرند هدفی را برای هواپیما[ی خودی] روشن کنند – به‌کار می‌رفت؛ انجام شد. جستجوگری لیزری که به یک بمب متصل باشد، می‌تواند آن را در مسیر درخشش‌اش هدایت کند. [در آن‌زمان] لیزرها اغلب به‌عنوان حسگر و در مهمات دقیقی که قصد رسیدن به جایی‌که دقیقاً شما نشانه رفته‌اید را داشتند، استفاده می‌شد.

بایرن: پیش‌ترها من در حوزه‌ی خیره‌کنندها – نوعی از جنگ‌افزارهای غیرمهلک که موجب ایجاد نابینایی موقت، یا بروز عدم تعادل می‌شدند – فعال بودم. از آنجا به [بخش] رادارهای لیزری و تصویربرداری سه‌بعدی لیزری که جهت هدایت موشک‌های خودکاری چون کروز استفاده می‌شد؛ منتقل شدم. ما با یک حسگر می‌توانستیم طرح سه‌بعدی هدف، یا هر چیز دیگری که می‌خواستیم را ببینیم.

کی لیزرها در ابزارآلات کم‌خطرتر به‌کار گرفته شدند و چرا کاربری‌شان در چندین دهه‌ی اخیر اینچنین گسترش یافت؟

نیوزما: دیگر استفاده‌های لیزر طی دهه‌ی ۷۰ میلادی سربرآورد؛ شاید بدین دلیل که بخش اعظمی از بودجه‌ی دولت در دهه‌ی ۶۰، به‌منظور پژوهش‌های بنیادین در اختیار این فناوری قرار گرفت. اما ما به‌عنوان دانشمندان، به کاربردهای گوناگون‌‌اش علاقه‌ داشتیم.

یکی از نخستین استعمالات، به‌کارگیری فناوری هدف‌گیری لیزری و استفاده از آن جهت تصویربرداری بود؛ [اساس همان چیزی که بعدها به] نمایش‌های نوری لیزری [انجامید]. تا سال ۱۹۷۴، اسکن لیزری بارکدها به ثمر نشست. در ۱۹۶۲، اولین فعالیت‌های پزشکی با لیزر صورت پذیرفت و [شرکت] رایتئون، نخستین جوشکاری لیزری را در ۱۹۶۵ انجام داد که نه‌تنها به‌دلیل کیفیت جوشکاری، که به‌سبب تأکید بر قدرت لیزرها و پیامدهای ایمنی‌شان، برای دولت مورد توجه واقع شد.

چشم‌پزشکی با بهره‌گیری از نور، جهت ترمیم شبکیه‌ی چشم، حوزه‌ی آشکار استفاده از لیزرها شد. شما علاقه‌ای به شکاف چشم ندارید، چراکه التیام آن به‌خوبی انجام نمی‌شود. دندان‌پزشکی نیز از لیزرها به‌عنوان مته استفاده می‌کند. شما قادرید لیزر را آنگونه تنظیم کنید که فقط جذب قسمت کدر و کرم‌خورده شود؛ نه قسمت‌های سفید دندان.

نمایش نوری لیزر / عکس از Julian Smith

چه کشفیات برجسته‌ای موجب شد تا لیزرها در فناوری‌های فراوان دیگری چون دستگاه‌های پخش CD، تجهیزات پزشکی و فیبر نوری نیز استفاده شوند؟

بایرن: نخستین انقلاب حقیقی، در تعداد و انواع لیزرهای موجود به‌وقوع پیوست. لیزر نیمه‌رسانا (که دیود لیزری نیز نامیده می‌شود)، در سال ۱۹۶۲ و در [شرکت] جنرال الکتریک ایجاد شد که به لیزرها امکان کاهش مقیاس تا ابعادی بسیار ریز، همانند آنچه که امروزه در یک دستگاه پخش CD می‌توان یافت، را داد. ابتکار دیگر، استفاده از شماری از مواد اولیه‌ی متفاوت، به‌منظور ایجاد گونه‌های گوناگون لیزر بود؛ که شامل لیزرهای گازی، لیزرهای الکترون آزاد و یا لیزرهای حالت جامد می‌شد.

دومین انقلاب، «دمش دیودی» (Diode pumping) بود که در آن می‌توان انرژی به‌کاررفته جهت ایجاد پرتوی لیزری را در کریستال‌های دیود مولّد، ذخیره کرد. دمش دیودی، نیروی مورد نیاز برای تولید لیزر را کاهش داده و از میزان گرمای ایجادشده نیز می‌کاهد. لیزرها قابل حمل‌تر شدند؛ چراکه می‌توانید آن را با باتری، به‌جای یک منبع نیروی بزرگ‌تر، راه‌اندازی کنید. سومین انقلاب نیز فیبرهای لیزری بود که صنعت فیبرهای نوری دوربرد را متولد ساخت. این خطوط، محتوی لیزر در کابل‌های انعطاف‌پذیرند.

دکتر «علی جوان»، مبدع لیزر گازی هلیوم-نئون؛ نخستین لیزر گازی جهان، در آزمایشگاه بل – ژوئن ۱۹۶۱ / عکس از: Yale Joel

برخی موانعی که پیش‌ روی پژوهش‌گران در ایجاد نسل بعدی لیزرهاست را نام ببرید.

نیوزما: ارتش درصدد است هر سرباز، مجهز به لیزری در ابعاد یک گوشی موبایل باشد تا برای مقاصد متفاوتی چون تعیین دقیق فواصل، شناخت بهتر اجسام دوردست و یا روشن‌سازی اهداف زمینی‌ای که می‌توان با هواپیماهای بی‌سرنشین نابودشان کرد؛ آن را به‌کار گیرند. مشکل، استحصال نیروی کافی از ابزاری است که برای شلیک لیزر جهت انجام این کارها کوچک است؛ که ما در حال استفاده از مزایای فناوری ذخیره‌سازی انرژی، و [پیشرفت‌های حوزه‌ی] باتری‌هایی هستیم که برای رایانه‌ها و گوشی موبایل ساخته می‌شوند. این، به نسبت معضلی سطحی است.

از آن سو، استقرار لیزر در فضاست؛ جایی‌که می‌توان زمین را به‌دقت دید و اهداف نظامی را شناسایی نمود، و تغییرات حجم‌ یخ‌ها یا جو را به‌منظور دیده‌بانی از اقلیم و زیست‌کره محاسبه کرد، و یا حتی از آن برای محافظت از حملات موشک‌های قاره‌پیما بهره برد. یکی از مشکلات این حوزه، یکی وابستگی لیزرها؛ اغلب به طُرُقی دقیق، به جو پیرامون‌شان و یا جهت نیروی جاذبه است و دیگر اینکه غالباً از تشعشعات طبیعی فضا جان سالم به‌در نمی‌برند. تا به امروز، لیزرها به‌منظور شبیه‌سازی اوضاع زمینی، به‌هنگام پرتاب به فضا بسته‌بندی شده‌اند. ارتش و ناسا؛ هر دو علاقه‌مند به لیزری با قابلیت سازگاری با اوضاع فضاست، که نیازی به جعبه‌ی محافظ نداشته باشد.

بایرن: لیزر[ی که بتوان آن را بیرون از زمین مستقر کرد]، حتماً نیازمند نگاهی دقیق به نحوه‌ی ایجاد مؤلفه‌های متفاوت و مونتاژ کردن‌شان است؛ چراکه اگر لیزری را در فضا قرار دهید، وقوع هرگونه وقفه [در آن]، به راهی دراز برای ترمیم‌اش نیازمند است.