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人类有多喜欢激光武器?

作者:大象公会 来源:大象公会 公众号
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06-17


本文由《Nature 自然科研》授权转载,欢迎访问关注。




原文作者:Luke Fleet

Luke Fleet发现,激光对物理学、军队和科幻小说具有长盛不衰的吸引力。

大约60年前,激光首次诞生,但是利用高温束或光束的强大威力绝非什么新鲜想法。据传早在公元前3世纪,希腊科学家阿基米德便利用镜子反射太阳光线,攻击西西里岛沿岸的罗马船只。几千年以后,“死亡射线”——能量集中的光或电——成为科幻小说的代名词,从H. G. Wells 1898年的《世界大战》The War of the Worlds到《星球大战》系列,无不如此。

一架美国空军战斗机搭载高能激光器的艺术想象图。

插图:Nicholas Violoa/Infoscitex/USAFRL 

一直以来,未来主义小说的假想不断照进现实。《激光、死亡射线以及对终极武器的执着追求》讲述的正是这样的故事。

激光、死亡射线以及对终极武器的执着追求》Lasers, Death Rays, and the Long, Strange Quest for the Ultimate WeaponJeff Hecht Prometheus (2019)

顾名思义,Jeff Hecht的这本书无关乎超市收银台和CD播放器这些普通激光。身为一名从20世纪70年代起便书写激光故事的科学作家,Hecht将目光瞄准激光的军事用途。1934年,发明交流电系统的发明家尼古拉· 特斯拉(Nikola Tesla)宣称他曾尝试设计一种设备,这种设备可以发送集中粒子的“死亡光束”,探测并摧毁潜水艇。根据Hecht的讲述,美国政府官员在特斯拉死后对这一提案进行了评估,但是评估人、电气工程师约翰·乔治·特朗普(John G. Trump,美国现任总统的叔叔)认为这一想法纯属猜想。


美国对于死亡射线的热衷并非孤例。二战前,英国空军曾悬赏1000英镑(相当于现在的6万多英镑),希望有人可以制造并演示如何利用“射线武器”杀死100米之外的羊(这是一个相当有野心的目标:及至二战结束时,日本军方的能力极限不过是用微波管杀死30米之外的兔子。)到20世纪50年代,一项吸引所有人注意的发明横空出世。


Hecht直截了当地指出,激光是一项与政治紧密交织的技术。其中的代表人物便是物理学家戈登·古尔德(Gordon Gould)。20世纪50年代末,古尔德尝试利用光泵浦微波激射器——物理学家查尔斯·汤斯(Charles Townes)在1953年发明的一种按特定频率发射微波的设备。本质上而言,这是激光的首个概念模型,其原理是某种介质(一般是气体或晶体)中的电子吸收光或电的能量,然后“受激”并衰退。最后得到强烈的电磁辐射平行射线束。


20世纪50年代,戈登·古尔德(左)与Ben Senitsky一起做微波激光实验。

来源:ESVA/AIP/SPL

但是,因为专利和政治纷争,古尔德的实际工作进展严重受阻。20世纪50年代末,古尔德向美国国防部负责研发军事技术的高级研究计划局(ARPA,现今美国国防高级研究计划局(DARPA)的前身)提出基于激光的强大的射线枪概念。ARPA不惜投入重金,但是古尔德曾是美国共产党党员的身份给他带来了麻烦:ARPA将该项目划为机密项目,并且拒绝批准古尔德参与。1960年,美国休斯研究实验室的物理学家西奥多·梅曼(Theodore Maiman)在加州马里布首次演示了激光。梅曼因此获得了激光专利,并在《自然》杂志上发表了一篇论文。经过大量的抗争,古尔德最终获得了重要的初期专利。

战争机器

Hecht在书中梳理了人类所能想象的最强大的激光。比如20世纪60年代通过燃烧热气发光的“火箭引擎”激光,以及70年代物理学家爱德华·泰勒(Edward Teller)提出的核弹发射X射线武器化的概念。美国国防部一直大力投资开发激光技术,尤其是有望击中空中靶标(如导弹)的激光。但是,空中激光系统非常具有挑战性。


美国总统里根在此方面发挥了核心作用。Hecht注意到里根的好莱坞演艺生涯与其入主白宫时期产生了奇妙的呼应。1940年,里根在电影《空中谋杀》中扮演一名特工,尝试摧毁一件可能破坏飞机引擎的机载射线武器。80年代出任美国总统时,他宣布了“战略防御倡议”(Strategic Defense Initiative),以拦截实际的核弹。受泰勒的某些想法的启发,里根1983年发表了著名的“星球大战”演说后,产生了一项旨在研发空基激光系统用以拦截导弹的提议。(现任美国总统特朗普并不是首个提出筹建“太空部队”的人)


Hecht告诉读者在冷战结束后,基于激光的太空武器如何重回人们的焦点。2008年,美国空军利用波音747、自适应光学和超过43亿美元的资金,实现了这一骇人系统的首次发射。虽然该项目取得了成功,但是在2011年便被叫停了,当时的花费已达50亿美元。


美国海军集结基地的演示用激光炮。

来源:John F. Williams/美国海军

书中也提到了较小型的军事应用,比如固态激光。固态激光采用固态“宿主”:掺杂稀土元素的光纤或两种半导体材料的界面。固态激光非常精准,可以切断通讯线路或是拦截小型无人机。Hecht还谈到了下一代高能激光。一种前景可观的潜在激光利用的是碱金属(如钾)蒸汽,它几乎可以转化用于激发电子的所有能量,而且不会造成过热的问题。讽刺的是,早期碱金属激光项目并未被美国国防部列为机密项目,因此古尔德在当时可以不经过安全调查便参与其中。


Hecht埋首研究激光话题数十年,善于以一个内行人的身份讲述这些故事。上世纪70年代,他曾为《Laser Focus》杂志工作过。虽然这本杂志主要关注研究型应用,比如使用不同频率的激光灯研究原子的特性,但也不可避免地报道了一些具有武器应用潜力的内容。例如,1974年12月这一期的封面是一面可以调整形状改变光反射的镜子;而新千年之初,美国空军将这项技术应用于其巨型飞行激光项目。


《激光、死亡射线以及对终极武器的执着追求》讲的不是一个简单的故事,其中涉及了一大批科学家、大量技术,还有残酷的企图。但是,它向读者呈现了重大激光发展项目所走过的曲折道路,这对于我们当代社会具有重要意义。除了关于未来技术的精彩细节,本书还提出了另一个迫切的问题:未来政治领导人会更看重攻还是守?


原文以Dreaming of death rays: the search for laser weapons为标题

发布在2019年1月9日《自然》书籍与艺术版块


Nature|doi:10.1038/d41586-019-00024-0




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