В океане энергии

Есть только одно отличие. Исходный избыток энергии несет в себе не само вещество, как, например, бензино-воздушная смесь в автомобильном двигателе. Избыток энергии создается искусственно в результате накачки. Наверное, стоит обратить внимание на одну важную подробность. Инверсия населенностей в активном газе происходит постольку, поскольку существует метаста-бильное состояние. Если активный газ предоставить самому себе, очень скоро, в данном случае это тысячные доли секунды и даже меньше, произойдет самопроизвольное распределение по энергетическим уровням.

При этом не обязательно в том или ином виде выделяется энергия. Вся энергия, полученная газом при накачке, может сохраниться. Просто при самопроизвольных переходах выделяются фотоны, эти фотоны тут же поглощаются другими атомами, меняя их энергетические состояния. Средняя энергия, приходящаяся на один атом, останется той же, изменяются распределения атомов по энергии, но вещество перестает быть активным. Как говорят «калиф на час», точно так же активный газ можно назвать горючим на миллисекунду.

Химические лазеры

Само слово «горючее», точнее, связанные с ним ассоциации, слишком заманчиво для того, чтобы так уж сразу отказаться от попыток продолжить намечающуюся здесь аналогию. Что такое химическая реакция? Точнее, что происходит, когда из двух или более атомов образуется молекула? Образуется новый набор энергетических уровней и новый набор электронных конфигураций.

Для простоты рассмбтрим случай, когда в экзотермической химической реакции участвуют два вещества, например два газа. До начала реакции каждый из газов находился в равновесном состоянии, что означает нормальное распределение по энергетическим уровням. Большинство атомов находится в основных состояниях, но при этом имеется и большое количество атомов, находящихся в возбужденном состоянии. Теперь представьте себе, что встречаются два атома, из которых один находится в состоянии i, а второй — в состоянии /. В каком состоянии должна находиться образовавшаяся в результате молекула? Она не может находиться в состоянии, в точности характеризуемом величиной энергии i+i, потому что такого состояния попросту не существует. Но с большой степенью вероятности она окажется в состоянии, наиболее близком к сумме i+i. Почему? Ответ все тот же: природа ленива, из всех возможных исходов она по преимуществу (заметьте, не всегда, а по преимуществу) выбирает тот, который требует наименьших затрат, в данном случае преодоления меньшей разности энергий.

Даже если указанные состояния i и / были основными состояниями атомов, из этого вовсе не следует, что состояние, которое примет молекула (как мы только что установили, ближайшее к сумме i+i), будет ее основным состоянием. В результате химической реакции образуется множество молекул, находящихся в самых разных энергетических состояниях. Нет ничего необычного в том, что подберется такая пара веществ, атомы которых в момент объединения породят молекулы, находящиеся в метастабильном возбужденном состоянии, иначе, породят вещество с инверсией населенностей.