——漫話光能武器
世界上大概很少有什么東西比光能武器更適合作為科幻的象征了。早在1932年威爾斯的小說(shuō)《星際戰(zhàn)爭(zhēng)》中，進(jìn)攻地球的火星人便裝備了所謂的“死光”武器；在著名IP星球大戰(zhàn)中，激光武器已經(jīng)成為了那個(gè)時(shí)代的標(biāo)配；更遑論紅警中的光棱塔和光棱坦克。而在當(dāng)代文藝作品中，凡是與科幻帶點(diǎn)沾邊的，也都或多或少會(huì)涉及到光能武器。
玩LOL的同學(xué)應(yīng)該知道其中著名的“三只手”：“機(jī)械先驅(qū)”維克托。維克托的E技能就讓人聯(lián)想到激光武器。這個(gè)英雄某種意義上是在致敬大名鼎鼎的尼古拉·特斯拉——特斯拉曾研究過(guò)宇宙射線方程，并基于這一研究成果提出了可行的“死光”武器。這種武器的原理更接近尚處于概念中的等離子武器——科幻一點(diǎn)叫電漿炮，本質(zhì)上是一束高能帶電粒子，離我們現(xiàn)在所說(shuō)的光能武器還有不小的距離[1]。
維克托的E是一束通過(guò)機(jī)械臂發(fā)射的射線，經(jīng)裝備增強(qiáng)，它會(huì)在掃過(guò)的地帶引起一段小規(guī)模的爆炸，這種二段傷害的非指向性技能在LOL中經(jīng)常成為秀操作和預(yù)判甚至逆轉(zhuǎn)戰(zhàn)局的神器。然而現(xiàn)實(shí)中激光武器往往沒(méi)有這么神奇。由于能量非常集中，激光掃在物體上的效果往往會(huì)迅速產(chǎn)生高溫引發(fā)表面融化、氣化甚至燃燒，我們就是運(yùn)用這種原理制作出了激光刻蝕機(jī)、激光切割機(jī)和……沒(méi)錯(cuò)激光炮。雖然不至于真的引發(fā)爆炸，但也可以極大的破壞目標(biāo)本身。
上面兩張圖片展示的就是一臺(tái)在各種工作室、實(shí)驗(yàn)室中都很常見(jiàn)的激光刻蝕機(jī)和它刻蝕出的產(chǎn)品：一片由聚酰亞胺薄膜在激光下燒蝕碳化生成的石墨烯超級(jí)電容器。要知道這臺(tái)設(shè)備的功率僅有40W出頭[2]就已經(jīng)能碳化分解聚合物，可想而知幾百千瓦發(fā)射功率的激光武器效果如何——
單看這塊在前蘇聯(lián)激光武器實(shí)驗(yàn)中被燒得內(nèi)部擰麻花的玻璃就能看出那些妄想用鏡子反射激光武器的人有多么……無(wú)知而傲慢。
顧名思義，激光是一種通過(guò)外加能量以激發(fā)原子中的電子躍遷進(jìn)而釋放出的光。我們知道原子由原子核和核外電子構(gòu)成，現(xiàn)代原子理論認(rèn)為核外電子遵循一定的能量排布規(guī)則在核外形成若干具有不同能量的電子殼層，每個(gè)殼層只能容納固定數(shù)量上限的電子，越遠(yuǎn)離原子核的殼層中的電子所具有的能量即能級(jí)越高。電子殼層互不相交即電子能級(jí)不連續(xù)，這一點(diǎn)在宏觀體現(xiàn)為單一元素的光譜是線狀譜。這也就意味著如果從外界對(duì)原子施加能量如光照，電子獲得光所攜帶的能量后會(huì)出現(xiàn)躍遷向更高能級(jí)的現(xiàn)象，此時(shí)原子處于激發(fā)態(tài)。但電子到達(dá)高能級(jí)后往往不穩(wěn)定，因此會(huì)躍遷回原有的能級(jí)并以光的形式再次釋放出能量。
最簡(jiǎn)單的激光器就是紅寶石固體激光器，作為一種晶體結(jié)構(gòu)中鑲嵌有鉻的氧化鋁，紅寶石在經(jīng)過(guò)調(diào)制的氙燈光照射下就會(huì)激發(fā)出暗紅色的激光（波長(zhǎng)約為694nm）。不過(guò)由于效率只有0.1%，這種固體激光器現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始被半導(dǎo)體激光器和化合物激光器淘汰，如上文的激光刻蝕機(jī)使用的就是二氧化碳激光器；用作激光武器的激光器大多也是化合物激光器。這類(lèi)激光器最大的優(yōu)勢(shì)便是可以根據(jù)需要選擇不同的激發(fā)介質(zhì)進(jìn)而產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的激光。
而說(shuō)到激光炮就不能不提一提《三體》里的星際戰(zhàn)艦。在小說(shuō)中，人類(lèi)的兩千多艘戰(zhàn)艦都裝備了“伽馬射線激光”武器。
然而一種光能否被激發(fā)產(chǎn)生并不取決于作者在科幻小說(shuō)中的設(shè)定，而是取決于被激發(fā)粒子的能級(jí)差。通常來(lái)講，原子中電子的能級(jí)差大約是幾十到幾百eV，而根據(jù)電磁波能量公式E=hc/λ，結(jié)合γ射線波長(zhǎng)范圍（λ≤0.01nm）不難算出，γ射線的能量約在10^5 eV以上[3]。換言之我們幾乎不可能通過(guò)原子中的電子能級(jí)躍遷來(lái)獲得γ射線，大部分依賴(lài)原子中電子能級(jí)躍遷的傳統(tǒng)激光器是辦不到滴。
現(xiàn)實(shí)中用于醫(yī)療檢查和工程探傷的伽馬射線主要有兩種來(lái)源：其一是放射性同位素的衰變。γ射線本身就是在觀測(cè)放射性元素衰變過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的；此時(shí)γ射線來(lái)源是原子核能級(jí)的變化。對(duì)于一種不穩(wěn)定核素，如果它處于激發(fā)態(tài)，那么就可以通過(guò)放出γ射線的方式釋放出能量回到原子核的基態(tài)。工件探傷和農(nóng)業(yè)育種的輻照機(jī)使用的γ射線就來(lái)自鈷60等核素。
其二則是正反物質(zhì)湮滅。這種方法在PET（Positron Emission Computed Tomography，正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像）技術(shù)中已經(jīng)得到了應(yīng)用。這種技術(shù)的核心是將經(jīng)過(guò)氟18修飾的葡萄糖注入體內(nèi)，在代謝旺盛的區(qū)域聚集后氟18釋放出的正電子會(huì)在人體內(nèi)湮滅釋放出γ射線，此時(shí)只要在體外探測(cè)γ射線就能獲知體內(nèi)的代謝狀況進(jìn)而追蹤病灶。
然而這兩種方法都不能用于武器，它們的輸出功率都太小了（當(dāng)然你要有足夠多的反物質(zhì)也不是不行，問(wèn)題是既然你都有足夠的反物質(zhì)了為什么不直接用反物質(zhì)炸飛他們呢？）。如果想要制作出一臺(tái)真正可以當(dāng)做武器的γ射線光源，我們得用更科幻的方法才行。
原子中的電子按照一定的能級(jí)排列，其上限取決于原子的周期數(shù)；如果要獲得更寬的電子能級(jí)，最簡(jiǎn)單的辦法就是使用擺脫了原子束縛的自由電子。反應(yīng)快的讀者應(yīng)該已經(jīng)想到了：等離子體中就含有很多自由電子。這也是目前制造短波長(zhǎng)激光器的主要思路：使用部分電離的等離子體作為激發(fā)介質(zhì)制成自由電子激光器。不過(guò)目前自由電子激光器的進(jìn)展只到達(dá)了硬X射線，距離γ射線還有距離。不過(guò)離三體入侵還有四百年呢不用著急。
此外，核反應(yīng)本身也能產(chǎn)生γ射線，因此如果我們直接將核聚變產(chǎn)生的光當(dāng)做武器也可以起到類(lèi)似的效果。那你為什么不直接用氫彈啊喂。這種方式最終效果有些類(lèi)似于“大眼”虛空之眼維克茲的大招——
無(wú)論如何，光能武器在科幻小說(shuō)的助推下已然成為了人們對(duì)未來(lái)的重要遐想，讓我們期待一下它們變成現(xiàn)實(shí)吧。
[1]：一個(gè)有意思的彩蛋：維克托的名字Victor與科幻小說(shuō)《科學(xué)怪人》主角弗蘭肯斯坦博士（Dr. Victor Frankenstein）相同，聯(lián)想一下維克托在游戲背景故事中作為機(jī)械改造升華人體的工程“光榮進(jìn)化”開(kāi)創(chuàng)者的身份，他和用科學(xué)創(chuàng)造生命的弗蘭肯斯坦博士還真有點(diǎn)相似。
[2]：實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)無(wú)須開(kāi)滿功率，圖中展示的電容器只在20%功率下刻蝕制得，往年曾有人作死放了一塊厚紙板進(jìn)去用50%功率刻蝕結(jié)果紙板當(dāng)場(chǎng)就燒穿了。
[3]：電磁波長(zhǎng)范圍為人為規(guī)定，公式中h為普朗克常數(shù)6.62607015×10^（-34） J·s、λ為波長(zhǎng)、c為真空中的光速2.99792458×10^8?m/s，對(duì)eV（電子伏）比較陌生的讀者可參閱《文藝作品的現(xiàn)實(shí)與虛幻：<三體>（二）》補(bǔ)充說(shuō)明16。
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