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第4章 3.光炮與死星

不可思議的物理 加来道雄 11430 2018-03-20
4-3-2-1,開火! 死星是一件巨大的武器,有一整個月球的大小。死星對無助的奧德蘭(Alderaan)行星——萊婭公主的家園直接開火,將它燒成灰燼,使它在一場毀天滅地的爆炸中瞬間迸裂,將行星的殘骸飛濺到整個太陽系中。 10億個冤魂在極度痛苦中縱聲尖叫,干擾了整個銀河系的原力感應。 但是,《星球大戰》史詩中的死星武器真的可能存在嗎?這麼一種武器能夠操縱一整排激光炮將整個星球蒸發嗎?天行者盧克(Luke Skywalker)和達斯·維達(Darth Wader)手持用光束製成的光劍能劈開加強型鋼鐵,這又會是真的嗎?鐳射槍,比如《星艦迷航》中的光炮有可能成為未來執法人員和士兵們的新一代武器嗎?

在《星球大戰》中,上百萬的電影觀眾對這些獨創的、了不起的特效讚許有加。可它們在一些批評者看來不值一提,他們嚴厲批評這些特效,宣稱它們非常有娛樂性,但顯然不可能成真。月球大小、能粉碎一個星球的鐳射槍是無稽之談,由凝固的光束製成的刀劍也是一樣,哪怕這些是發生在一個遙遠的星系中——他們反复叫嚷道。特效大師喬治·盧卡斯(George Lucas)這回絕對是玩過頭了。 儘管這或許難以置信,但事實上一束光束中可以注入的原始能量的大小在物理學上並沒有限制。阻礙一個死星或一把光劍產生的物理定律並不存在。其實,能粉碎一個星球的γ射線束存在於自然界中。來自太空深處一場遙遠的γ射線爆裂所造成的劇烈射線爆發緊接著宇宙大爆炸之後製造了一場爆炸。

控制和利用能量束的夢想其實並不新鮮,而是牢牢植根於古老的神話和傳說中。希臘天神宙斯(Zeus)以向凡人釋放閃電而聞名;古代北歐之神托爾(Thor)有一柄魔錘“姆喬爾尼爾”(Mjolnir),可以點燃閃電;而印度天神因陀羅(Indra)因為能用一把有魔力的長矛釋放出能量束而聞名。 使用射線作為武器的概念可能是始於偉大的古希臘數學家阿基米德(Archimedes)。他或許是所有古人中最偉大的科學家,在兩千年前發現了微積分的原始版本,早於牛頓和萊布尼茲(Leibniz)。在公元前214年第二次佈匿戰爭(Second Punic War)中一場對抗古羅馬將軍馬爾賽魯斯(Marcellus)的史詩般的戰役裡,阿基米德幫助保衛了敘拉古(Syracuse)王國。據信,他製造出了巨大的太陽反射鏡組,將陽光聚焦到敵艦的船帆上,使它們著火(即使在今天,科學家中對於這是否是一件實際、有效的光束武器仍存在爭論;已有各種各樣的科學家小組試圖再現這一輝煌功績,結果各不相同)。

鐳射槍在1889年隨著威爾斯的經典之作(War of the Worlds)出現在了科幻小說中。在書中,來自火星的外星人用他們安裝在三腳架上的武器發射熱能束,將城市整個整個地徹底毀滅。第二次世界大戰期間,納粹一直急於在科技上取得最新進展,藉以征服世界。他們試驗了不同形式的鐳射槍,包括一種以拋物面反射鏡為基礎、可以聚集強大音束的音速裝置。 用聚集起來的光束製造的武器隨著007系列電影《金手指》(Goldfinger)進入了公眾的想像世界,這是第一部給予激光重要戲份的好萊塢電影(當這位充滿傳奇色彩的英國間諜被綁在一張金屬桌子上的時候,一道強烈的激光緩緩推進,逐漸熔化了他兩腿間的桌子,令人驚恐地要將他切成兩半)。

物理學家們最初對威爾斯小說中大肆渲染的鐳射槍冷嘲熱諷,因為它們違反了光學定律。根據麥克斯韋方程,我們在自己周圍看到的光會快速消散,並且是非相干的(換言之,這是一團頻率和相位各不相同的雜亂電磁波)。曾經,相干的、聚焦的、均勻的光束——正如我們發現激光所呈現的——被認為是不可能創造出來的。 這一切都隨著量子理論的到來而改變了。在20世紀之初,儘管牛頓的定律和麥克斯韋的方程極為成功地解釋了行星的運動和光的行為方式,但它們很明顯無法解釋一整類現象。它們不幸未能解釋為什麼材料可以導電,為什麼金屬會在特定的溫度下熔化,為什麼氣體被加熱後會放射出光,為什麼某些材料會在低溫下成為超導體——這些全都需要對於原子內部動態的了解。進行一場革命的時機成熟了。歷時250年的牛頓物理學將被推翻,宣告一種新物理學即將誕生。

1900年,馬克斯·普朗克(Max Plank)在德國提出能量並不像牛頓所認為的那樣是連續的,而是在小型的、截然分開的單位中發生的,這些單位稱作“量子”(quanta)。隨後,愛因斯坦在1905年假設光是由這些微型單位(或稱量子)組成的,後來它們被命名為“光子”(photon)。有了這一強有力卻很簡單的想法,愛因斯坦得以解釋光電效應:為什麼將一道光照射在金屬上的時候電子會釋放出來。今天,光電效應和光子組成了電視、激光、太陽能電池和大量現代電子設備的基礎。 (愛因斯坦的光子理論具有很強的革命意義,甚至連馬克斯·普朗克——一貫是愛因斯坦的忠實支持者,一開始也不能相信它。關於愛因斯坦,普朗克寫道:“他有時候可能沒有命中目標……比如說,他的光量子假設,這真的不能怪他。”)

後來,在1913年,丹麥物理學家尼爾斯·玻爾給了我們一幅全新的原子圖,看上去像是一個微縮版的太陽系。但是,和太空中的太陽係不同,電子只能在互不相干的軌道中或者原子核周圍的殼中移動。當電子從一個殼“跳躍”到一個較小的、能量較少的殼中,會釋放出一個光子的能量。當一個電子吸收了一個光子的離散能量,它會“跳躍”到一個具有較多能量的較大原子核殼中。 一項幾乎完整的原子理論在1925年出現,與之伴隨的是量子力學和埃爾文·薛定諤(Erwin Schrodinger)、韋納·海森堡(Werner Heisenberg)的研究成果以及許多其他影響深遠的研究的到來。根據量子理論,電子是一種粒子,但是有波與其相聯繫,使它既有粒子的屬性也有波的屬性。這樣的波遵守一個方程,名叫薛定諤波動方程(Schrodinger wave equation),它使我們得以推算原子的性質,包括一切玻爾假設的“跳躍”。

1925年以前原子還被認為是神秘的事物,許多人——比如哲學家恩斯特·馬赫(Ernst Mach),覺得它可能根本不存在。 1925年以後,我們能夠真實地深入觀察原子的動態,並且精確地預測其性質。令人吃驚的是,這意味著如果擁有一台足夠大的計算機,你就可以用量子理論的定律得出化學元素的性質。用同樣的方法,牛頓物理學家們如果有一台足夠大的計算機器,就可以計算出宇宙中所有天體的運動。量子物理學家們宣布,他們理論上可以計算出宇宙中一切化學元素的性質。如果某人擁有一台足夠大的電腦,他同樣可以寫出整個人類的波函數(wave function)。 1953年,加利福尼亞大學伯克利分校的查爾斯·湯斯(Charles Townes)教授和他的同事製造出了一種微波形式的相干射線,它被鄭重地命名為微波激射器(Maser,microwave amplification through stimulated emission of radiation,即“通過受激發射實現高效率微波放大”的縮寫)。他和俄羅斯物理學家尼科萊·巴索夫(Nikolay Basov)以及亞歷山大·普羅科洛夫(Aleksandr Prokhorov)最終在1964年獲得了諾貝爾獎。很快,他們的研究成果拓展到了可見光,導致了激光(laser)的誕生(不過,光炮[phaser]是一種因為《星艦迷航》而廣為人知的虛構裝置)。

要產生激光,先要從一個能夠傳播激光束的特殊媒介開始,比如特殊氣體、水晶或者兩極真空管。隨後把能量從外界以電力、無線電、光或者化學反應等方式大量注入這一媒介。這一突發的能量湧入會使媒介的原子膨脹,這樣電子就吸收了能量,隨即跳躍到外層電子殼中。 在這一興奮、膨脹的狀態下,媒介是不穩定的。如果隨後將一光束送入這一媒介,光子將和原子一個個發生碰撞,使其突然衰變到一個低水平的狀態,在這個過程中釋放出更多的光子。這會轉而引發更加多的電子釋放出光子,最終造成原子一瀉千里的衰變,使上萬億、上萬億的光子突然釋放到光束中。關鍵在於,對特定的物質來說,當這一光子的“雪崩”發生時,所有的光子都在共振,也就是說,它們是相干的。

(可以設想成一排多米諾骨牌。多米諾骨牌平躺在桌子上的時候處於它們的最低能態。當它們豎直站立的時候處於一種高能量、膨脹狀態,類似於媒介中膨脹的原子。如果你推倒一塊多米諾骨牌,便會立即引發所有這些能量的突然崩潰,正如在一束激光中那樣。) 只有特定的材料才會“放射激光”,確切地說,只有特殊的材料才會在當一個光子撞擊一個膨脹的原子時放射出一個和原先的光子相干的光子。這一相干性帶來的結果是,在這場光子的洪流中所有的光子都在共振,製造出和鉛筆一樣細的激光束(和神話中正相反,激光束並不永遠保持鉛筆般細瘦。比如,一束向月球上射出的激光會逐漸擴大,直到它製造出一個直徑數英里的斑點)。 一個簡單的氣體激光器是由一管氦氣和氖氣組成。當電通過管子時,原子被賦予能量。隨後,如果能量突然一次性釋放,一束相干光就產生了。光束被用兩面鏡子增強,其中一面搭在另一面的頭上,這樣光線會在它們之間彈來彈去。一面鏡子是完全不透光的,但是另一面可以讓光在每一次通過時逸走很小一部分,從而製造出一束從鏡子一頭射出去的光。

今天,激光隨處可見,從雜貨店的收銀台到傳送互聯網的光纜、從激光打印機和CD唱機到現代計算機都離不開它。激光也被用於眼科手術、去除紋身、甚至美容院裡。 2004年有價值超過54億美元的激光被售出。 隨著新的材料被發現能夠放射激光,新的方式被發現能夠將能量泵入媒介,新的激光幾乎每天都在被發現。 問題在於,這些科技中是否有一些適用於鐳射槍或者光劍?是否有可能製造出一種足夠強大到給一顆死星提供能量的激光?現今存在種類多得令人費解的激光,取決於放射激光的材料和被注入材料的能量(例如:強烈的光束、甚至化學爆炸)。其中一些是: 既然商用激光種類極多,軍用激光威力巨大,為什麼我們沒有戰鬥中和戰場上使用的鐳射槍呢?各式各樣的鐳射槍似乎是科幻電影中的標準武器,為什麼現實世界中我們沒有動手製造它們? 答案很簡單:缺乏一種便攜式動力裝置。我們需要一個微型動力裝置,具備一個巨型發電站的電力,但是又小得足夠放在手掌上。目前,唯一控制、利用一座大型商業電站那樣規模的電力的方法就是造一座大型商業電站。現在,具備巨大能量的最小軍用設施是微型氫彈,它或許會在毀滅目標的同時也消滅你自己。 還有一個次要的、輔助性的問題——激光放射材料的穩定性。理論上說,我們能集中到一束激光上的能量沒有上限。問題在於一把手持鐳射槍中的激光放射材料不會穩定。比如說,晶體激光器如果被泵入過多的能量,它們就會過熱,並且破裂。因此,要製造出一種極為強大的激光,可以汽化目標或者抵消所受到的攻擊,我們可能需要使用一次爆炸的力量。假如是那樣的話,激光放射材料的穩定性就不構成限制了,因為這樣一束激光只能使用一次。 由於製造便攜式動力裝置和穩定激光放射材料方面的問題,使用當今的科技不可能製造出手持式鐳射槍。鐳射槍是有可能實現的,但是得用一根電纜把它們和電源連接起來才行。或者,有了納米技術我們或許能夠製造出微型電池,儲存或產生足夠的能量來製造一個手持式動力裝置所需劇烈爆炸所產生的能量。當前,就如我們所見的那樣,納米技術相當原始。在原子水平上,科學家們已經製造出頗具匠心但卻不實用的原子裝置,比如原子算盤和原子吉他。但可以想像的是,在本世紀晚期或者下個世紀,納米技術或許能給我們提供可以儲存如此巨大能量的微型電池。 光劍受困於一個類似的問題。當電影《星球大戰》首次在20世紀70年代推出,而且光劍成為最暢銷的孩子們的玩具時,許多批評者指出這樣一種裝置永遠不可能製成。首先,把光固化是不可能的。光永遠都用光速運動,它不可能變成固體。其次,光束不可能像《星球大戰》中的光劍那樣終止在半空中。光線永遠保持前進,一把真正的光劍其光束會延伸到天空中。 事實上,有一種方法可以使用等離子體或者超熱離子化氣體鍛造某種形式的光劍。等離子體可以加熱到足夠在黑暗中熠熠生輝,也可以切開鋼鐵。一把等離子光劍由一根從手柄中滑出的、細瘦的中空桿子組成,像一架望遠鏡。這根管子裡會釋放出熱等離子體來,隨後通過沿著桿子均勻設置的一個個小洞滲出。它會製造出一長管燃燒的超熱氣體,足以熔化鋼鐵。這一裝置有時候會被稱作等離子火炬。 所以,製造一個高能量、與光劍相似的裝置是可能的。但正如鐳射槍一樣,你將不得不製造一種高能量便攜式動力裝置,不是需要將光劍和電源連接起來的長長電纜,就是不得不通過納米技術製造一種能傳送巨大功率的微型電源。 因此,雖然當今可以製造出某種形式的鐳射槍和光劍,但科幻電影中出現的手持武器卻超越了目前的科技。不過,在本世紀晚期或下個世紀,憑藉材料科學和納米技術方面的新進展,或許可以開發出某種形式的鐳射槍,這使它成為一項“一等不可思議”。 要製造出像《星球大戰》中描述的那種能摧毀整個星球、威震銀河系的死星激光炮,我們需要創造出有史以來最具威力的激光。現在,地球上某些最具威力的激光能釋放只有在恆星中心才存在的溫度。它們或許會在某一天以聚變反應堆的形式在地球上操控恆星所具有的力量。 熔樣機(fusion machine)嘗試模仿一顆星體最初形成的時候在太空中發生的事情。一顆恆星開始時是一團無確定形狀的巨大氫氣球體,直到萬有引力壓縮氣體,從而將它加熱,溫度最終達到天文水平。比如,在一顆星體的內核深處,溫度可以猛竄至5 000萬至1億攝氏度之間,熱到足以使氫的原子核相互猛烈撞擊,製造出氦核子,並造成能量的突然爆發。借助氫成為氦的聚變,少量團塊通過愛因斯坦的著名等式E=mc2轉變為一顆星體的爆炸能量,成為星體的能量之源。 科學家目前正在嘗試的操控地球聚變的方式有兩種,它們都已經被證明遠比預想中的難以發展。 第一種方式被稱作“慣性約束”(inertial confinement)。它使用地球上最具威力的激光器在實驗室裡創造出太陽的一角。釹玻璃固體激光器適用於模仿只有星體內核才具有的極端溫度,非常理想。這些激光器系統有一個大型工廠大小,包括向一條長長的隧道射出一組平行激光束的激光器,這些高能量激光束隨即擊中排列在一個球狀物周圍的一組小鏡子上,鏡子將激光束細緻地統一聚焦到一個微型的、富含大量氫氣的小球上(由諸如氘化鋰——氫彈的活躍成分之類的材料製成)。小球通常是針頭大小,僅重10毫克。 激光的爆炸燒毀小球的表面,導致球表面汽化並壓縮小球。當小球被摧毀,一股衝擊波產生,直達小球的內核,使溫度猛地達到數百萬度,足夠將氫核聚變為氦核。溫度和壓力都是天文數字,勞森判據(Lawson's criterion)得到滿足,這就是氫彈和星體的內核中所滿足的標準(勞森判據陳述了在氫彈中、星體中或者聚變儀器中引發聚變反應必須達到溫度、密度和約束時間的詳細範圍)。 在慣性約束過程中,巨大的能量被釋放,包括中子(氘化鋰可以達到1億攝氏度的溫度,以及20倍於鉛的密度)。中子隨即爆發,從小球中放射出來。中子撞擊圍繞容器的球形氈墊材料,氈墊被加熱。隨即,被加熱後的氈墊使水沸騰,所產生的蒸汽可用於為一台渦輪機提供動力,並產生電力。 然而,將這樣高強度的能量均勻地集中於一個微型小球上是個問題。濕婆激光器(Shiva laser)是首個創造激光聚變的認真嘗試,這是一個在加利福尼亞州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL)製造、於1978年開始運行的20路光束激光器系統(濕婆是有許多手臂的印度女神,是這一激光器系統設計所效仿的對象)。濕婆激光器系統的表現令人失望,但它足以證明激光聚變在技術上可行。濕婆激光器系統後來被能量10倍於它的諾瓦激光器系統(Nova laser)所取代。但諾瓦激光器也未能實現小球的正確點火。不過,它為現在的國家點火裝置(National Ignition Facility,NIF)的研究鋪平了道路,這一工程於1997年在LLNL開始建設。 NIF應當在2009年投入使用,是一台令人震驚的機器,由一組192路光束組成、擁有700萬億瓦特輸出功率(相當於約70萬個核電廠集中一次性爆發的能量輸出)。它是最尖端的激光器系統,目的是實現富氫小球的完全點火。 (批評者還指出了它明顯的軍事用途,因為它能模仿一顆氫彈的爆炸,或許會使一種新型核武器——純氫彈[pure fusion bomb]的產生成為可能。純氫彈不需要鈾或者钚原子彈發動聚變程序。) 但即使是擁有地球上最強大的激光器的NIF激光核聚變機器,也無法接近《星球大戰》中死星的毀滅性力量。要製造這樣一個裝置,我們必須留意其他的能量來源。 科學家可能用來為一顆死星提供能量的第二種方法稱作“磁約束”(magnetic confinement),一種以磁場約束高溫氫氣等離子體的過程。事實上,這一方法其實可以為第一個商用聚變反應堆提供藍本。目前,這一類型最先進的聚變項目是國際熱核聚變實驗堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)。 2006年,一些國家組成的聯盟(包括歐盟、美國、中國、日本、韓國、俄羅斯和印度)決定在法國南部的卡達拉奇(Cadarache)建造ITER。它的目標是將氫氣加熱到1億攝氏度,它將成為歷史上第一個產生能量多於其消耗能量的聚變反應堆。它的目標是產生5億瓦的功率,並持續500秒(目前的紀錄是1 600萬瓦,持續1秒)。 ITER計劃於在2016年產生它的第一個等離子體,並在2022年實現完全運轉。它耗資120億美元,是歷史上第三昂貴的科學項目(僅次於曼哈頓計劃和國際空間站)。 ITER看上去像一個巨大的環狀物,氫氣在環繞表層周圍的巨型線圈中流通,線圈被冷卻,直到它們成為超導體為止,隨後巨量的電能被泵入其中,製造出磁場,困住環狀物中的等離子體。當環狀物中有電流注入,氣體就被加熱到極端高溫。 科學家們之所以對ITER如此興奮,是因為他們看到了創造一種廉價能源的前景。聚變反應堆所需的燃料是普通的海水,含有豐富的氫。至少在理論上,聚變可能會提供給我們取之不盡的廉價能量來源。 那麼,為什麼我們不現在就使用聚變反應堆?為什麼在聚變反應於20世紀50年代被制定成功後花了好幾十年才取得進展?問題在於,均勻地壓縮氫燃料存在巨大的困難。在星體中,萬有引力把氫氣壓縮成一個完美的球形,這樣氣體就會被均勻、完全地加熱。 在NIF的激光聚變中,焚燒球體表面的同心激光光束必須絕對均勻,而實現這種均勻是極端困難的。在磁約束機器中,磁場既有N極也有S極,結果,要把氣體均勻地壓縮成一個球體非常不易。我們能做到的最好程度是製造一個環形磁場。但壓縮氣體就像擠壓一個氣球:每當你從一頭擠壓氣球,空氣就讓其他某個部位鼓起。從各個角度同時均勻地擠壓氣球是一個頗具難度的挑戰。灼熱的氣體通常會從磁瓶中洩露出來,最終觸及反應堆壁,使聚變反應中斷。這就是為什麼要將氫氣均勻壓縮超過1秒鐘會如此困難。 與這一代的裂變核電站不同,聚變反應堆不會製造出大量核廢料(一個傳統的裂變核電站每年產生30噸極高核廢料。相反,聚變反應堆產生的核廢料主要是反應堆最終被廢棄後殘留的放射性鋼鐵)。 聚變無法在近期之內解決地球的能源危機。法國諾貝爾物理學獎得主皮埃爾-吉勒·德熱納(PierreGilles de Gennes)已經說過:“我們說我們將把太陽放進一個盒子裡。這個主意是不錯,問題在於我們不知道如何做這個盒子。”但如果一切順利的話,科學家們希望ITER在40年之內可以為聚變能量的商業化鋪平道路,這是可以為我們的住宅提供電力的能源。有朝一日,聚變反應堆或許可以緩解我們的能源問題,在地球上安全地釋放著太陽水平的能量。 但即便是磁約束反應堆也無法提供足夠的能量來為一台死星式的武器提供能量。想做到這點,我們需要一種全新的設計。 還有另一種使用當今科技模擬死星激光炮的可能,那就是使用氫彈。一組X射線激光器控制與聚集了核武器的威力,理論上能產生足夠的能量運行一台可以焚毀一整個星球的裝置。 核動力逐磅逐磅地釋放出約1億倍於一座化學反應堆的能量。一份比一個棒球還小的濃縮鈾足以讓一座城市在熊熊燃燒的火球中毀滅——即使只有它質量的1%被轉換成了能量。就如我們已經探討過的那樣,有許多種方法可以將能量注入一束激光中。迄今最有威力的方法是利用一枚原子彈釋放的力量。 X射線激光器有巨大的科學和軍事價值。由於波長極短,它們可以被用於探測原子距離和破譯複雜分子的原子結構,這是一件使用普通方法極難完成的功績。當你“看到”移動中的原子和在分子內部整齊排列的原子本身,會發現有一扇化學反應的全新窗口被打開。 由於氫彈會釋放出在X射線範圍內的巨大能量,X射線也可以靠核武器提供能量。與X射線激光器聯繫最緊密的人是物理學家愛德華·泰勒(Edward Teller)——氫彈之父。 當然,泰勒就是在20世紀50年代向美國國會作證,證明負責曼哈頓計劃的羅伯特·奧本海默(Robert Oppenheimer)由於其政治傾向不能可信地繼續從事氫彈研究的那位物理學家。泰勒的證詞導致奧本海默威望掃地,並且使他的安全准許證被吊銷。許多傑出的物理學家永遠無法原諒泰勒的所為。 (我本人與泰勒的聯繫要追溯到我上高中的時候。那時,我主持了一系列關於反物質性質的實驗,並且贏得了舊金山科學展的大獎和一次去參加新墨西哥州奧布魁爾(Albuquerque)全國科學展的旅行。我在地方電視中與泰勒一起出現,他對聰明的年輕物理學家很有興趣。最後我獲得了泰勒的赫茲工程獎學金(Hertz Engineering Scholarship),這支付了我在哈佛大學接受本科教育的費用。我每年都去泰勒在伯克利的住宅拜訪幾次,對他的家人相當熟悉。) 本質上,泰勒的X射線激光器是被銅桿環繞的小型原子彈。核武器的爆炸釋放出強烈的X射線球面激波。這些高能量射線隨即穿過起到激光放射材料作用的銅桿,將X射線的能量集中到強烈的X射線束中。這些X射線束隨後成為瞄準敵人的彈頭。自然,這樣的裝置只能被一次性使用,因為原子爆炸會導致X射線激光器自爆。 首次核動力X射線激光器的實驗被稱為卡伯拉實驗(Cagra test),它於1983年在一個地下豎井中進行。一枚氫彈被爆破,它的非相干X射線巨浪隨即被聚集成一道相干X射線激光束。最初,實驗被視為一大成功,並且事實上在1983年激勵了總統羅納德·裡根(Ronald Reagan)在一次歷史性的演講中宣布了他建立“星球大戰”防禦計劃的意向。這樣便開始了一項耗資數十億美元、甚至今天還在持續的工程——建造類似核動力X射線激光器的裝置陣列,以擊落敵人的(後來的調查顯示,在卡伯拉實驗期間用於測量的探測器被毀壞了,因此它的讀數不可靠)。 這樣一個廣受爭議的裝置現在能實際被用於擊落ICBM彈頭嗎?或許能。但是,敵人可以使用多種多樣簡單、廉價的方法使這一武器失效(例如,敵人可以放出上百萬廉價的假目標騙過雷達,或者旋轉彈頭驅散X射線,或者放射出一層化學塗層來對抗X射線);或者,敵人可以簡單地大量生產彈頭穿透星球大戰防禦盾牌。 所以,目前核動力X射線激光器和導彈防禦系統一樣不實用。但是否有可能製造一顆死星用以對付逼近的小行星,或者完全消滅一整顆星球呢? 像《星球大戰》中那樣毀滅一整顆星球的武器能製造出來嗎?理論上說,答案是肯定的。有數種方法可以製造它們。 首先,一顆氫彈所能釋放的能量沒有物理極限。以下說明它如何起作用(氫彈的精確要點是頂級機密,甚至今天也還被美國政府列為密件,但其粗略的要領卻廣為人知)。一顆氫彈實際上是由多級反應組成的。通過恰當地按順序累加這些步驟,可以製造出幾乎各個量級的原子彈。 第一級是一枚標準的裂變彈,使用鈾—235釋放X射線的突然爆發,就如廣島原子彈所使用的那樣。在不到1秒鐘裡,原子彈釋放出的氣浪掃盡一切,不斷擴大的X射線球體衝到氣浪之前(因為它以光速運動),隨後重新聚焦到一個裝有氘化鋰——氫彈的活性物質的容器上(如何做到這點仍然被列為機密)。 X射線撞擊氘化鋰,使其崩潰,並且被加熱到上百萬度,製造出二次爆炸,比第一次還劇烈得多。從這顆氫彈中爆發出來的X射線隨後可以重新聚焦到第二件氘化鋰容器上,製造出第三次爆炸。以這種方式,我們可以把氘化鋰一個挨一個摞在一起,創造出一枚擁有無法想像的巨大威力的氫彈。事實上,有史以來製造出的最大氫彈是由蘇聯在1961年引爆的兩級氫彈,具有5 000萬噸TNT的能量,儘管它理論上能夠引爆超過1億噸TNT的能量(或者約5 000倍於廣島原子彈)。 然而,焚毀整個星球完全是另一個量級上的事情。要做到這一點,死星必須在太空中啟動上千個這樣的X射線激光器,而且它們必須在同一時刻開火(相比之下,在冷戰的高峰期,蘇聯和美國各自積累了大約3萬顆原子彈)。這樣巨量的X射線激光器的總能量足以燒毀一顆星球的表面。所以,未來數百萬年中完全可能有個銀河帝國(Galactic Empire)製造出這樣一件武器。 對一個非常先進的文明來說,有第二個選擇:使用一次γ射線爆發製造一顆死星。這樣一顆死星會在一次大爆炸後立刻釋放出一陣射線。 γ射線大爆發在外太空中會自然發生,可以想像一個先進的文明會利用它們的巨大威力。通過在一顆恆星坍縮和釋放出一顆超新星之前控制它的自轉,我們或許可以將γ射線瞄準太空中的任何一點。 γ射線爆發實際是在20世紀70年代首次被觀測到的,美國軍方發射薇拉(Vela)人造衛星用於探測“核閃光”(nukeflash)(未經授權的原子彈爆破的證據)。但是薇拉沒有識別出核閃光,而是發現了來自太空的強烈射線爆發。這一發現最初在五角大樓引起了一陣惶恐:是蘇聯在太空中測試一種新的核武器嗎?稍後這些輻射被判定為均勻地來自空中的各個方向,意味著它們事實上來自銀河系之外。但如果來自銀河系外,它們肯定釋放著真正的天文學數量的能量,足以點亮整個可見的宇宙。 當蘇聯在1990年解體,數量巨大的天文學數據突然被五角大樓解密,天文學家們震驚了。突然間,天文學家意識到一種新的神秘現象正面對面地凝視他們,它將使科學教科書改寫。 由於γ射線爆發在消失前僅僅持續數秒鐘到數分鐘,因此必須有一個精巧的探測器來識別和分析它們。首先,人造衛星探測到第一次射線爆發並將爆發的準確坐標送回地球。這些坐標隨即被傳送到光學或射電天文望遠鏡上,在該天文望遠鏡上把γ射線大爆發的位置校準。 雖然有許多細節肯定仍舊保密,但關於γ射線爆發的起源有一種理論——它們是具有無窮能量的“巨超新星”(hypernova),在覺醒時留下巨大的黑洞。看起來γ射線爆發似乎是排成隊列的巨型黑洞。 但是黑洞會放射出兩條輻射“噴射”,一條出自N極,另一條出自S極,形狀就像個陀螺。觀測到的一次來自遠方的γ射線爆發的輻射顯然是去往地球的噴射之一。如果γ射線爆發的噴射瞄準地球,並且γ射線爆發就在我們銀河中的鄰近位置(離地球數百光年),那麼其威力足以毀滅我們星球上的一切生命。 首先,γ射線爆發的X射線脈衝波會創造一次能摧毀地球上所有電子設備的電磁脈衝。其強烈的X射線和γ射線光束足以毀壞地球大氣層,毀滅保護我們的臭氧層,γ射線的噴射隨即會使地球表面溫度升高,導致巨大的爆炸風暴,最終會吞噬整個星球。 γ射線爆破或許不會真的讓整個地球像在電影《星球大戰》中那樣爆炸,但它肯定會消滅所有的生命,留下一個焦黑、貧瘠的星球。 可以想像,一個比我們先進數十萬年到數百萬年的文明或許可以將這樣一個黑洞瞄準目標的方向。這可以通過以精確的角度將行星和中子星的路徑在一顆死亡中的恆星即將坍縮之前調整到它的路徑來實現。這一調整足以改變一顆恆星的自轉軸,這樣它就可以瞄準到特定的方向。死亡中的恆星可以成為我們所能想像到的最大的鐳射槍。 總的來說,使用威力巨大的激光製造便攜的或手持的鐳射槍和光劍可以歸入“一等不可思議”——在近期或一個世紀內可能實現的事物。但是,將一顆自轉中的恆星在其爆發成為黑洞之前進行瞄準,並且將其轉變為一顆死星——這樣的高難度挑戰只能視為“二等不可思議”——顯然不違反物理定律(這樣的γ射線爆發存在)、但或許只能在未來數千年到數百萬年中成為可能的事物。
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