Death Star adalah senjata kolosal seukuran bulan yang baik. Menembak kosong di planet Alderaan, tanah air Puteri Leia, Death Star, menghancurkannya sepenuhnya. Planet ini hilang dalam api letupan titanic, menghancurkan serpihan ke seluruh sistem suria. Sejuta jiwa serentak menjerit kesakitan, menyebabkan kemarahan Angkatan yang dirasakan di mana sahaja di galaksi.
Tetapi adakah senjata seperti Death Star dari filem Star Wars benar-benar mungkin? Adakah mungkin untuk mengatur dan mengarahkan bateri meriam laser sehingga seluruh planet menguap sebagai hasilnya? Bagaimana dengan lampu sorot terkenal yang dipakai Luke Skywalker dan Darth Vader, yang merupakan seberkas cahaya tetapi dapat dengan mudah memotong keluli berperisai? Adakah raygun, seperti phasers di Star Trek, menjadi senjata yang tepat untuk generasi penguatkuasa dan tentera yang akan datang?
Kesan khas Star Wars yang baru, asli dan mengejutkan memberi kesan menarik kepada berjuta-juta penonton, tetapi pengkritik mempunyai pendapat yang berbeza. Sebilangan dari mereka berpendapat bahawa, tentu saja, pembuat filem dengan tulus berusaha untuk menghiburkan penonton, tetapi sebenarnya, perkara seperti itu tidak mungkin dilakukan. Pengkritik tidak pernah jemu mengulangi seperti mantera: meriam balok seukuran bulan, mampu meniup seluruh planet menjadi kepingan kecil, adalah sesuatu yang tidak pernah didengar; pedang dari pancaran cahaya yang menguat secara tiba-tiba juga mustahil. Semua ini terlalu banyak walaupun untuk galaksi yang jauh dan jauh. Kali ini, George Lucas, master kesan khas yang terkenal, sedikit tergelincir.
Mungkin sukar untuk dipercayai, tetapi jumlah tenaga yang tidak terhad dapat "disumbat" ke dalam sinar; tidak ada batasan fizikal. Penciptaan Death Star atau lightsaber tidak bertentangan dengan undang-undang fizik. Lebih-lebih lagi, pancaran sinaran gamma yang mampu meletupkan planet sebenarnya wujud di alam semula jadi. Letupan radiasi titanik, yang dihasilkan oleh sumber letupan sinar gamma yang misterius jauh, mampu membuat letupan di ruang dalam, kedua hanya dengan kekuatan Big Bang sendiri. Mana-mana planet yang berjaya melihat "senapang" seperti itu sebenarnya akan digoreng atau terkoyak.
Senjata rasuk dalam sejarah
Impian untuk memanfaatkan tenaga radiasi sama sekali tidak baru; akarnya kembali ke agama kuno dan mitologi. Dewa Yunani Zeus terkenal kerana menembak manusia dengan kilat. Dewa utara Thor memegang tukul sihir, Mjellnir, mampu melontarkan kilat, dan dewa Hindu Indra melepaskan pancaran tenaga dari tombak sihir.
Idea sinar sebagai senjata praktikal sebenar pertama kali muncul dalam karya ahli matematik Yunani Archimedes, mungkin saintis kuno terhebat, yang berjaya mengembangkan versi kalkulus pembezaan primitifnya sendiri dua ribu tahun sebelum Newton dan Leibniz. Dipercayai bahawa dalam pertempuran legenda 214 SM. menentang pasukan jeneral Rom Marcellus semasa Perang Punic Kedua, Archimedes, membantu mempertahankan kerajaan Syracuse, membangun sebilangan besar reflektor suria, memfokuskan sinar matahari pada layar kapal musuh dan dengan demikian membakarnya. (Para saintis masih memperdebatkan apakah senjata pancaran semacam itu dapat berfungsi; beberapa kumpulan saintis telah mencuba, dengan hasil yang berbeza-beza, untuk mereplikasi pencapaian ini.)
Video promosi:
Senjata balok melanda halaman fiksyen sains pada tahun 1889 dengan Perang Dunia Dunia klasik HG Wells. Dalam novel ini, makhluk asing dari Marikh memusnahkan seluruh bandar dengan mengarahkan pancaran tenaga haba dari meriam yang dipasang di tripod mereka ke mereka. Semasa Perang Dunia II, Nazi, selalu siap untuk meneliti dan mengadopsi kemajuan teknologi terbaru untuk menggunakannya untuk menaklukkan dunia, juga bereksperimen dengan berbagai jenis senapang sinar, termasuk alat akustik yang memfokuskan pancaran suara yang kuat menggunakan cermin parabola.
Senjata itu, yang merupakan pancaran cahaya yang tertumpu, menangkap imaginasi orang ramai selepas pembebasan filem James Bond Goldfinger; ia adalah filem Hollywood pertama yang menampilkan laser. (Di dalamnya, mata-mata Britain yang legendaris diikat ke meja logam, dan sinar laser yang kuat perlahan-lahan menghampirinya, secara beransur-ansur mencairkan meja di antara kakinya dan mengancam akan memotong pahlawan menjadi dua.)
Pada mulanya, ahli fizik hanya mentertawakan idea senapan balok, yang dinyatakan dalam novel Wells, kerana senapang semacam itu melanggar undang-undang optik yang diketahui. Menurut persamaan Maxwell, cahaya yang kita lihat di sekitar kita tidak koheren (iaitu, gelombang gelombang dengan frekuensi dan fasa yang berlainan) dan cepat hilang. Pernah dipercayai bahawa pancaran cahaya yang koheren, fokus, seragam - seperti sinar laser - mustahil dicapai.
Revolusi kuantum
Semuanya berubah setelah munculnya teori kuantum. Sudah pada awal abad XX. menjadi jelas bahawa, walaupun undang-undang Newton dan persamaan Maxwell sangat berjaya menggambarkan pergerakan planet dan tingkah laku cahaya, ada keseluruhan fenomena yang tidak dapat mereka jelaskan. Sayangnya, mereka tidak mengatakan apa-apa tentang mengapa bahan mengalirkan elektrik, mengapa logam mencair pada suhu tertentu, mengapa gas memancarkan cahaya ketika dipanaskan, mengapa beberapa bahan menjadi superkonduktif pada suhu rendah. Untuk menjawab sebarang soalan ini, anda perlu memahami dinamika dalaman atom. Revolusi sudah matang. Fizik Newton, setelah 250 tahun menguasai, menunggu penggulingannya; pada masa yang sama, kejatuhan berhala lama itu seharusnya menandakan permulaan kesakitan tenaga fizik baru.
Pada tahun 1900, Max Planck di Jerman mencadangkan bahawa tenaga tidak berterusan, seperti yang dipercaya Newton, tetapi wujud dalam bentuk "bahagian" diskrit kecil yang disebut "quanta". Kemudian, pada tahun 1905, Einstein mendalilkan bahawa cahaya juga terdiri dari paket diskrit kecil (atau quanta) ini, yang kemudian disebut foton. Dengan idea sederhana namun kuat ini, Einstein dapat menjelaskan kesan fotolistrik, mengapa logam, apabila disinari dengan cahaya, memancarkan elektron. Hari ini, kesan fotolistrik dan foton adalah asas untuk televisyen, laser, panel solar, dan banyak elektronik moden. (Teori foton Einstein begitu revolusioner sehingga bahkan Max Planck, yang biasanya dengan kuat menyokong Einstein, pada awalnya tidak dapat mempercayainya. Planck menulis mengenai Einstein: "Faktayang kadang-kadang dia rindu … seperti, misalnya, dia melakukan dengan hipotesis quanta cahaya, seseorang tidak, dalam hati nurani, dapat menyalahkannya. ")
Kemudian pada tahun 1913, ahli fizik Denmark Niels Bohr memberi kita gambaran baru mengenai atom; Atom Bohr menyerupai sistem suria miniatur. Tetapi, tidak seperti sistem suria yang sebenarnya, elektron dalam atom dapat bergerak di sekitar nukleus hanya di dalam orbit atau cangkang diskrit. Apabila elektron "melompat" dari satu cengkerang ke cengkerang yang lain, yang lebih dekat dengan nukleus dan kurang tenaga, ia memancarkan foton tenaga. Sebaliknya, apabila elektron menyerap foton dengan tenaga tertentu, ia "melompat" lebih tinggi, ke cangkang yang lebih jauh dari nukleus dan mempunyai lebih banyak tenaga.
Pada tahun 1925, dengan munculnya mekanik kuantum dan karya revolusioner Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg dan banyak lagi yang lain, lahirlah teori atom yang hampir lengkap. Menurut teori kuantum, elektron adalah zarah, tetapi juga mempunyai gelombang yang berkaitan, yang memberikan sifat zarah dan gelombang. Gelombang ini mematuhi apa yang disebut persamaan gelombang Schrödinger, yang memungkinkan untuk menghitung sifat atom, termasuk semua "lompatan" elektron yang disandarkan oleh Bohr.
Sehingga tahun 1925, atom dianggap sebagai objek misteri; ramai, seperti ahli falsafah Ernst Mach, sama sekali tidak mempercayai kewujudan mereka. Selepas tahun 1925, manusia memiliki kesempatan tidak hanya untuk melihat secara mendalam dinamika atom, tetapi juga untuk meramalkan sifatnya dengan cukup andal. Anehnya, ini berarti dengan komputer yang cukup kuat, seseorang dapat menyimpulkan sifat unsur kimia secara langsung dari hukum teori kuantum. Dengan cara yang sama bahawa fizik Newton, dengan mesin pengkomputeran yang cukup besar, memungkinkan para saintis mengira pergerakan semua benda langit di alam semesta, fizik kuantum, menurut para saintis, secara prinsip memungkinkan untuk mengira semua sifat unsur kimia alam semesta. Di samping itu, mempunyai komputer yang cukup kuat,seseorang dapat menyusun fungsi gelombang penuh manusia.
Maser dan laser
Pada tahun 1953, Profesor Charles Townes dari University of California di Berkeley, bersama-sama dengan rakan-rakannya, berjaya memperoleh pancaran sinaran koheren pertama, iaitu gelombang mikro. Peranti itu disebut maser (maser - setelah huruf pertama dari kata-kata ungkapan "penguat gelombang mikro melalui pancaran radiasi yang dirangsang", yaitu "penguatan gelombang mikro melalui rangsangan radiasi.") Kemudian, pada tahun 1964, Townes, bersama dengan ahli fizik Rusia Nikolai Basov dan Alexander Prokhorov menerima Hadiah Nobel. Tidak lama kemudian, hasil saintis diperluas ke cahaya yang dapat dilihat. Laser dilahirkan. (Phaser, sebaliknya, adalah alat hebat yang terkenal oleh Star Trek.)
Asas laser adalah medium khas yang sebenarnya akan memancarkan sinar laser; ia boleh menjadi gas, kristal atau diod khas. Maka anda perlu mengepam tenaga ke persekitaran ini dari luar - menggunakan elektrik, gelombang radio, cahaya atau tindak balas kimia. Kemasukan tenaga yang tidak dijangka mengujakan atom dalam medium, menyebabkan elektron menyerap tenaga dan melompat ke cengkerang elektron luar dengan tenaga yang lebih tinggi.
Dalam keadaan teruja dan dipam, medium menjadi tidak stabil. Sekiranya, setelah itu, seberkas cahaya diarahkan melaluinya, maka sinar foton, bertembung dengan atom, akan menyebabkan pelepasan elektron secara tiba-tiba ke orbit yang lebih rendah dan pelepasan foton tambahan. Foton-foton ini, pada gilirannya, akan menyebabkan lebih banyak elektron mengeluarkan foton - dan tidak lama kemudian reaksi berantai atom "runtuh" ke keadaan yang tidak bersemangat akan dimulakan dengan pelepasan hampir serentak sejumlah besar foton - trilion dan trilion daripadanya - semuanya menjadi pancaran yang sama. Ciri asas proses ini adalah bahawa dalam beberapa zat, dengan pelepasan seperti longsoran salju, semua foton bergetar secara serentak, yaitu, mereka koheren.
(Bayangkan domino berbaris berturut-turut. Dalam keadaan tenaga terendah, setiap buku jari terletak di atas meja. Dalam keadaan tenaga tinggi, mengembang, buku jari berdiri tegak, seperti atom medium yang melambung. Dengan menekan satu buku jari, anda boleh menyebabkan pelepasan serentak semua tenaga ini secara tiba-tiba, seperti sama seperti yang berlaku semasa pancaran laser dilahirkan.)
Hanya sebilangan kecil bahan yang mampu berfungsi dengan laser; ini bermaksud bahawa hanya dalam bahan khas apabila foton bertembung dengan atom teruja, foton dipancarkan yang sepadan dengan yang pertama. Harta benda ini membawa kepada fakta bahawa semua foton dalam aliran yang muncul bergetar serentak, menghasilkan sinar laser nipis. (Bertentangan dengan legenda yang popular, pancaran laser tidak selalu setipis pada awalnya. Contohnya, sinar laser yang ditembakkan ke Bulan secara beransur-ansur akan mengembang di sepanjang jalan dan memberikan titik beberapa kilometer di permukaan Bulan.)
Laser gas sederhana adalah tiub yang diisi dengan campuran helium dan neon. Apabila elektrik disalurkan melalui tiub, atom menyerap tenaga dan menjadi teruja. Kemudian, jika ada pembebasan tiba-tiba semua tenaga yang tersimpan di dalam gas, sinar cahaya yang koheren akan lahir. Rasuk ini diperkuat oleh dua cermin yang dipasang di kedua hujung tiub, sehingga balok dipantulkan dari mereka secara bergilir dan bergegas sepanjang tiub dari sisi ke sisi. Salah satu cermin benar-benar legap, tetapi yang lain memancarkan sebahagian kecil cahaya kejadian di atasnya, sehingga melepaskan sinar keluar.
Hari ini, laser boleh didapati di mana-mana sahaja - di daftar tunai kedai runcit, di kabel gentian optik yang memberi anda akses ke Internet, dalam pencetak laser atau pemain CD, dan di komputer moden. Laser digunakan dalam pembedahan mata, penyingkiran tatu, dan bahkan di salun kecantikan. Pada tahun 2004, laser dijual di seluruh dunia dengan harga lebih dari $ 5.4 bilion.
Jenis laser dan ciri-cirinya
Laser baru ditemui hampir setiap hari sekarang; sebagai peraturan, kita berbicara mengenai penemuan bahan baru yang dapat berfungsi dengan laser, atau penemuan kaedah baru untuk mengepam tenaga ke dalam cecair kerja.
Persoalannya, adakah teknologi ini sesuai untuk membuat senapang sinar atau lampu lampu? Bolehkah anda membina laser yang cukup besar untuk menggerakkan Death Star? Hari ini ada berbagai laser yang mengejutkan yang dapat diklasifikasikan berdasarkan bahan cairan kerja dan cara tenaga dipam (mungkin elektrik, pancaran cahaya yang kuat, bahkan letupan kimia) Kami menyenaraikan beberapa jenis laser.
• Laser gas. Kategori ini juga merangkumi laser helium-neon yang sangat biasa, yang menghasilkan sinar merah yang sangat biasa. Mereka dipam dengan gelombang radio atau elektrik. Laser helium-neon berkuasa rendah. Tetapi laser gas karbon dioksida boleh digunakan untuk operasi peledakan, untuk memotong dan meleburkan logam dalam industri berat; mereka mampu memberikan sinar yang sangat kuat dan sama sekali tidak dapat dilihat;
• Laser kimia. Laser kuat ini dikenakan oleh tindak balas kimia seperti pembakaran etilena dan nitrogen trifluorida NF3. Laser ini cukup kuat untuk digunakan dalam bidang ketenteraan. Di Amerika Syarikat, prinsip kimia mengepam digunakan dalam laser tempur udara dan darat yang mampu memberikan seberkas daya dalam jutaan watt dan dirancang untuk menembak jatuh peluru berpandu jarak pendek dalam penerbangan.
• Laser excimer. Laser ini juga memperoleh tenaga mereka dari tindak balas kimia, yang biasanya melibatkan gas lengai (iaitu, argon, krypton, atau xenon) dan semacam fluorida atau klorida. Mereka memancarkan sinar ultraviolet dan dapat digunakan dalam industri elektronik untuk memasang transistor kecil pada cip semikonduktor, dan dalam operasi mata untuk operasi Lasik terbaik.
• Laser semikonduktor. Diod yang kami gunakan dengan begitu luas dalam semua jenis alat elektronik dapat menghasilkan sinar laser yang kuat, yang digunakan dalam industri pemotongan dan pengelasan. Laser semikonduktor yang sama ini juga berfungsi dalam daftar tunai, membaca kod bar dari produk pilihan anda.
• Laser pewarna. Laser ini menggunakan pewarna organik sebagai medium kerja. Mereka sangat berguna dalam menghasilkan denyutan cahaya ultra pendek, yang selalunya berada pada urutan satu trilion saat.
Laser dan senapang balok?
Memandangkan banyak laser komersial dan kekuatan laser tentera, sukar untuk tidak bertanya-tanya mengapa kita tidak mempunyai senjata api dan meriam yang dapat digunakan di medan perang? Dalam filem fiksyen ilmiah, senapang sinar dan pistol dari satu jenis atau yang lain cenderung menjadi senjata yang paling biasa dan biasa. Mengapa kita tidak mengusahakan senjata seperti itu?
Jawapan mudah untuk soalan ini adalah bahawa kita tidak mempunyai sumber kuasa mudah alih yang mencukupi. Ini bukan perkara kecil. Senjata balok memerlukan bateri kecil, seukuran telapak tangan, tetapi sepadan dengan kekuatan loji kuasa besar. Pada masa ini, satu-satunya cara untuk mendapatkan kuasa loji kuasa besar untuk digunakan adalah dengan membina satu loji janakuasa. Dan alat ketenteraan terkecil yang dapat berfungsi sebagai wadah untuk tenaga tersebut adalah bom hidrogen miniatur, yang, sayangnya, dapat memusnahkan bukan sahaja sasaran, tetapi diri anda sendiri.
Terdapat juga masalah kedua - kestabilan bahan yang mengeluarkan, atau cecair yang berfungsi. Secara teori, tidak ada batasan untuk jumlah tenaga yang dapat dipam ke laser. Tetapi masalahnya adalah bahawa badan kerja pistol laser genggam tidak stabil. Laser kristal, misalnya, terlalu panas dan retak jika anda mengepam terlalu banyak tenaga ke dalamnya. Akibatnya, membuat laser yang sangat kuat - yang dapat menguap objek atau meneutralkan musuh - mungkin memerlukan tenaga letupan. Dalam kes ini, secara semula jadi, seseorang tidak lagi dapat memikirkan kestabilan cecair kerja, kerana laser kita akan sekali pakai.
Masalah dengan penciptaan sumber kuasa mudah alih dan bahan pemancar yang stabil menjadikan kewujudan senapang sinar mustahil dengan keadaan terkini. Secara umum, anda boleh membuat senapang sinar hanya jika anda membawa kabel dari sumber kuasa. Mungkin dengan penggunaan teknologi nano, suatu hari nanti kita dapat membuat bateri miniatur yang dapat menyimpan atau menghasilkan tenaga yang cukup untuk membuat letupan kuat - atribut yang diperlukan dari senjata laser genggam. Pada masa ini, seperti yang telah kita lihat, nanoteknologi masih dalam peringkat awal. Ya, saintis berjaya membuat beberapa alat pada tahap atom - sangat cerdas, tetapi sama sekali tidak praktikal, seperti abakus atom atau gitar atom. Tetapi mungkin berlaku bahawa apa lagi dalam ini atau, katakan,pada abad akan datang, nanoteknologi memang akan memberi kita bateri mini untuk menyimpan sejumlah besar tenaga.
Pencahayaan lampu mempunyai masalah yang sama. Dengan pembebasan Star Wars pada tahun 1970, lampu mainan menjadi rebutan seketika di kalangan kanak-kanak lelaki. Banyak pengkritik menganggap kewajiban mereka untuk menunjukkan bahawa pada kenyataannya alat seperti itu mustahil. Pertama, cahaya tidak dapat dipadatkan. Cahaya bergerak pada kelajuan cahaya, jadi mustahil untuk memantapkannya. Kedua, seberkas cahaya tidak dapat dipotong secara tiba-tiba di ruang angkasa, seperti lampu sorot di Star Wars. Sinar cahaya tidak dapat dihentikan, selalu bergerak; lightsaber sebenar akan melayang jauh ke langit.
Sebenarnya, ada cara untuk mengeluarkan sejenis lampu dari plasma, atau gas terion yang terlalu panas. Sekiranya plasma dipanaskan secukupnya, ia juga akan bersinar dalam keluli gelap dan besi yang dipotong. Lampu pengukur plasma boleh menjadi tiub teleskopik tipis yang memanjang dari pemegang.
Plasma panas dilepaskan ke dalam tiub dari pemegang, yang kemudian keluar melalui lubang kecil sepanjang keseluruhan "bilah". Plasma naik dari gagang di sepanjang bilah dan keluar menjadi silinder gas panas yang panjang dan panas, cukup panas untuk mencairkan keluli. Peranti sedemikian kadang-kadang dipanggil obor plasma.
Oleh itu, kita boleh membuat peranti bertenaga tinggi yang menyerupai lightsaber. Tetapi di sini, seperti dalam keadaan menggunakan senapang sinar, anda mesti mendapatkan bateri mudah alih yang kuat. Oleh itu, sama ada anda menggunakan nanoteknologi untuk membuat bateri miniatur yang dapat membekalkan lampu anda dengan sejumlah besar tenaga, atau anda harus menyambungkannya ke sumber kuasa menggunakan kabel panjang.
Oleh itu, walaupun senapang sinar dan lampu boleh dibuat dalam beberapa bentuk hari ini, senjata tangan yang kita lihat dalam filem sci-fi tidak mungkin dilakukan dengan keadaan canggih. Tetapi kemudian pada abad ini, atau mungkin pada abad berikutnya, perkembangan sains bahan dan nanoteknologi mungkin membawa kepada penciptaan satu atau jenis senjata balok yang lain, yang memungkinkan kita untuk menentukannya sebagai kemustahilan Kelas I.
Tenaga untuk Bintang Kematian
Untuk membina Death Star, meriam laser yang mampu memusnahkan seluruh planet dan mengganas galaksi, seperti yang ditunjukkan dalam Star Wars, anda perlu membuat laser yang paling kuat yang dapat dibayangkan. Pada masa ini, laser yang paling kuat di Bumi mungkin digunakan untuk mendapatkan suhu yang di alam hanya dapat dijumpai di teras bintang. Mungkin laser dan reaktor peleburan berdasarkannya suatu hari nanti akan membantu kita di Bumi untuk memanfaatkan tenaga bintang.
Dalam reaktor fusi, saintis berusaha untuk menghasilkan semula proses yang berlaku di angkasa semasa pembentukan bintang. Pada mulanya, bintang itu muncul sebagai bola hidrogen yang besar. Kemudian daya graviti memampatkan gas dan dengan itu memanaskannya; secara beransur-ansur suhu di dalamnya mencapai nilai astronomi. Contohnya, jauh di tengah-tengah bintang, suhunya boleh meningkat hingga 50-100 juta darjah. Cukup panas untuk nukleus hidrogen melekat; dalam kes ini, inti helium muncul dan tenaga dibebaskan. Dalam proses penyatuan helium dari hidrogen, sebahagian kecil jisim diubah menjadi tenaga mengikut formula Einstein yang terkenal E = mc2. Inilah sumber dari mana bintang menarik tenaganya.
Para saintis pada masa ini cuba memanfaatkan tenaga peleburan nuklear dengan dua cara. Kedua-dua jalan itu ternyata jauh lebih sukar untuk dilaksanakan daripada yang difikirkan sebelumnya.
Pengurungan inersia untuk pelakuran laser
Kaedah pertama didasarkan pada apa yang disebut kurungan inersia. Dengan bantuan laser yang paling kuat di Bumi, sekeping matahari dibuat secara buatan di makmal. Laser kaca keadaan pepejal neodymium sangat sesuai untuk menghasilkan semula suhu tertinggi yang hanya terdapat pada teras bintang. Eksperimen ini menggunakan sistem laser seukuran kilang yang baik; bateri laser dalam sistem sedemikian menembakkan serangkaian balok selari ke dalam terowong panjang. Rasuk laser yang kuat ini kemudian dipantulkan dari sistem cermin kecil yang dipasang di sekitar isipadu sfera. Cermin tepat memfokuskan semua sinar laser, mengarahkannya ke sebiji bola kecil dari bahan kaya hidrogen (seperti lithium deuteride, bahan aktif dalam bom hidrogen). Para saintis biasanya menggunakan sebiji bola berukuran pinhead dan beratnya hanya sekitar 10 mg.
Kilatan laser dengan serta-merta memanaskan permukaan bola, menyebabkan lapisan atas bahan menguap dan bola dimampatkan tajam. Ia "runtuh", dan gelombang kejutan yang dihasilkan sampai ke tengahnya dan menjadikan suhu di dalam bola melonjak hingga berjuta-juta darjah - tahap yang diperlukan untuk peleburan inti hidrogen untuk membentuk inti helium. Suhu dan tekanan mencapai nilai astronomi sehingga kriteria Lawson terpenuhi, yang sama juga dipenuhi di teras bintang dan dalam letupan bom hidrogen. (Kriteria Lawson menyatakan bahawa tahap suhu, ketumpatan, dan waktu pengekalan tertentu harus dicapai untuk memicu reaksi peleburan termonuklear dalam bom hidrogen, bintang, atau reaktor.)
Dalam proses peleburan termonuklear pengurungan inersia, sejumlah besar tenaga dilepaskan, termasuk dalam bentuk neutron. (Suhu lithium deuteride dapat mencapai 100 juta darjah Celsius, dan ketumpatannya dua puluh kali ganda dari timah.) Terjadi ledakan radiasi neutron dari bola. Neutron jatuh ke dalam "selimut" sfera bahan yang mengelilingi ruang reaktor dan memanaskannya. Kemudian haba yang dihasilkan digunakan untuk mendidih air, dan wap sudah dapat digunakan untuk memutar turbin dan menghasilkan elektrik.
Masalahnya, bagaimanapun, adalah memfokuskan pancaran tenaga tinggi dan menyebarkan sinarannya secara merata ke permukaan bola kecil. Percubaan utama pertama dalam peleburan laser adalah Shiva, sistem laser dua puluh rasuk yang dibina di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore (LLNL) dan dilancarkan pada tahun 1978 (Shiva adalah dewi multi-bersenjata dari pantheon Hindu, yang mengingatkan pada sistem laser multi-rasuk.) "Siwa" terbukti tidak menggalakkan; namun, dengan bantuannya, dapat membuktikan bahawa peleburan termonuklear laser secara teknikal mungkin. Kemudian "Shiva" digantikan oleh laser "Nova", yang sepuluh kali lipat melebihi "Shiva" yang berkuasa. Tetapi "Nova" tidak dapat memberikan penyalaan bola hidrogen yang betul. Bagaimana pun,kedua-dua sistem ini membuka jalan untuk penyelidikan yang disasarkan di Kemudahan Pencucuhan Nasional (NIF) baru, yang pembinaannya bermula di LLNL pada tahun 1997.
NIF dijangka mula berfungsi pada tahun 2009. Mesin mengerikan ini adalah bateri sebanyak 192 laser yang menghasilkan kekuatan besar 700 trilion watt dalam nadi pendek (jumlah output kira-kira 70,000 unit tenaga nuklear besar). Ia adalah sistem laser canggih yang direka khusus untuk penyatuan lengkap bola tepu hidrogen. (Pengkritik juga menunjukkan kepentingan ketenteraannya yang jelas - bagaimanapun, sistem seperti itu mampu mensimulasikan proses peledakan bom hidrogen; mungkin ia akan membuat jenis senjata nuklear baru - bom yang hanya berdasarkan proses pelakuran, yang tidak lagi memerlukan muatan atom uranium atau plutonium untuk meledak.)
Tetapi sistem NIF, yang dirancang untuk memastikan proses peleburan termonuklear dan menggabungkan laser yang paling kuat di Bumi, bahkan tidak dapat membandingkan kekuatan dari jauh dengan kekuatan merosakkan Death Star, yang diketahui oleh kita dari Star Wars. Untuk membuat peranti seperti itu, kita perlu mencari sumber tenaga lain.
Pengurungan magnetik untuk pelakuran
Kaedah kedua yang pada prinsipnya dapat digunakan para saintis untuk memberi tenaga pada Death Rides dikenali sebagai pengurungan magnet - proses di mana plasma hidrogen panas ditahan di tempat oleh medan magnet.
Kaedah ini, mungkin, akan berfungsi sebagai prototaip untuk reaktor termonuklear komersial pertama. Pada masa ini, projek yang paling maju jenis ini ialah International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Pada tahun 2006, beberapa negara (termasuk Kesatuan Eropah, Amerika Syarikat, China, Jepun, Korea, Rusia dan India) memutuskan untuk membina reaktor seperti itu di Cadarache di selatan Perancis. Di dalamnya, hidrogen mesti dipanaskan hingga 100 juta darjah Celsius. Ada kemungkinan ITER akan menjadi reaktor pelakuran pertama dalam sejarah yang dapat menghasilkan lebih banyak tenaga daripada yang dimakannya. Ia dirancang untuk menghasilkan 500 MW kuasa dalam 500 saat (rekod semasa adalah 16 MW dalam satu saat). Direncanakan bahawa plasma pertama akan dihasilkan di ITER menjelang 2016,dan pemasangan akan beroperasi sepenuhnya pada tahun 2022. Projek ini bernilai $ 12 bilion dan merupakan projek sains ketiga termahal dalam sejarah (selepas Projek Manhattan dan Stesen Angkasa Antarabangsa).
Dalam penampilan, pemasangan ITER kelihatan seperti donat besar, diikat di luar dengan cincin berliku elektrik yang besar; hidrogen beredar di dalam donat. Penggulungan disejukkan ke keadaan superkonduktiviti, dan kemudian sejumlah besar elektrik dipam ke dalamnya, mewujudkan medan magnet yang menyimpan plasma di dalam donat. Apabila arus elektrik disalurkan terus melalui donat, gas di dalamnya memanas hingga suhu bintang.
Sebab mengapa saintis begitu berminat dengan projek ITER adalah mudah: pada masa akan datang, ia berjanji untuk mencipta sumber tenaga yang murah. Reaktor fusi didorong oleh air laut biasa, kaya dengan hidrogen. Ternyata, sekurang-kurangnya di atas kertas, peleburan termonuklear dapat memberi kita sumber tenaga yang murah dan tidak habis-habisnya.
Jadi mengapa kita tidak mempunyai reaktor peleburan? Mengapa sudah beberapa dekad - sejak saat ini pada tahun 1950-an. gambarajah proses telah dibangunkan - tidakkah kita dapat hasil yang nyata? Masalahnya ialah, bahan bakar hidrogen sangat sukar untuk dimampatkan secara merata. Pada inti bintang, graviti memaksa hidrogen mengambil bentuk sfera yang ideal, mengakibatkan gas memanaskan dengan bersih dan sekata.
Peleburan termonuklear laser dalam NIF menghendaki sinar laser yang menyalakan permukaan bola hidrogen sama persis, dan ini sangat sukar dicapai. Dalam pemasangan dengan pengurungan magnet, hakikat bahawa medan magnet mempunyai kutub utara dan selatan memainkan peranan penting; akibatnya, sangat sukar untuk memampatkan gas secara seragam ke sfera yang betul.
Yang terbaik yang boleh kita buat ialah medan magnet berbentuk donat. Tetapi proses memampatkan gas seperti menekan balon di tangan anda. Setiap kali anda menekan bola dari satu hujung, udara mendorongnya keluar di tempat lain. Memampatkan bola secara serentak dan sama rata ke semua arah bukanlah tugas yang mudah. Gas panas biasanya keluar dari botol magnet; cepat atau lambat, ia mencapai dinding reaktor, dan proses peleburan termonuklear berhenti. Inilah sebabnya mengapa sangat sukar untuk memampatkan hidrogen dan memampatkannya walaupun sesaat.
Tidak seperti loji tenaga nuklear moden, di mana pembelahan atom berlaku, reaktor peleburan tidak akan menghasilkan sejumlah besar sisa nuklear. (Setiap unit tenaga nuklear tradisional menghasilkan 30 tan sisa nuklear yang sangat berbahaya setiap tahun. Sebaliknya, sisa nuklear dari reaktor peleburan kebanyakannya adalah baja radioaktif, yang akan tetap ada setelah pembongkarannya.)
Kita tidak boleh berharap bahawa peleburan termonuklear akan menyelesaikan sepenuhnya masalah tenaga Bumi dalam masa terdekat. Warga Perancis Pierre-Gilles de Gennes, pemenang Nobel dalam bidang fizik, mengatakan: “Kami mengatakan kami akan meletakkan matahari di dalam kotak. Idea yang bagus. Masalahnya ialah kita tidak tahu bagaimana membuat kotak ini. Tetapi para penyelidik berharap bahawa, jika semuanya berjalan lancar, dalam empat puluh tahun ITER akan membantu para saintis membuka jalan untuk pengeluaran komersial tenaga termonuklear - tenaga yang suatu hari nanti dapat menjadi sumber elektrik bagi kediaman kita. Mungkin suatu hari nanti, reaktor peleburan akan membolehkan kita di Bumi menggunakan tenaga bintang dengan selamat dan dengan itu mengurangkan masalah tenaga kita. Tetapi reaktor termonuklear yang terkurung secara magnet tidak akan dapat menggerakkan senjata seperti Death Star. Ini memerlukan perkembangan baru.
Laser sinar-X yang dipam nuklear
Ada kemungkinan lain untuk membina meriam laser Death Star berdasarkan teknologi masa kini - menggunakan bom hidrogen. Sebilangan besar laser sinar-X, memanfaatkan dan memfokuskan kekuatan senjata nuklear, secara teori dapat memberikan kekuatan yang cukup untuk mengoperasikan peranti yang mampu meletupkan seluruh planet.
Tindak balas nuklear membebaskan kira-kira 100 juta kali lebih banyak tenaga per unit jisim daripada bahan kimia. Sekeping uranium yang diperkaya tidak lebih besar dari bola tenis akan cukup untuk membakar seluruh kota dalam angin puyuh, walaupun hanya 1% jisim uranium yang diubah menjadi tenaga. Seperti yang kami katakan, terdapat banyak cara untuk mengepam tenaga ke dalam cecair kerja laser, dan seterusnya ke sinar laser. Kaedah yang paling kuat - jauh lebih hebat daripada yang lain - adalah memanfaatkan tenaga bom nuklear.
Laser sinar-X sangat penting, baik dari segi ketenteraan dan saintifik. Panjang gelombang radiasi sinar-X yang sangat pendek memungkinkan untuk menggunakan laser seperti itu untuk memeriksa jarak atom dan menguraikan struktur atom molekul kompleks, yang sangat sukar dilakukan dengan kaedah konvensional. Keupayaan untuk "melihat" atom bergerak dan membezakan antara lokasi mereka dalam molekul membuat kita melihat reaksi kimia dengan cara yang sama sekali baru.
Bom hidrogen memancarkan sejumlah besar tenaga dalam bentuk sinar-X, sehingga laser sinar-X dapat dipompa dengan tenaga letupan nuklear. Dalam sains, laser sinar-X sangat berkait rapat dengan Edward Teller, "bapa" bom hidrogen.
Secara kebetulan, ia adalah Teller pada tahun 1950-an. memberi keterangan di hadapan Kongres bahawa Robert Oppenheimer, yang sebelumnya mengetuai Projek Manhattan, tidak dapat dipercayakan pekerjaan lebih lanjut mengenai bom hidrogen kerana pandangan politiknya. Kesaksian Teller mengakibatkan Oppenheimer difitnah dan ditolak akses ke bahan rahsia; banyak ahli fizik terkemuka tidak pernah dapat memaafkan Teller untuk ini.
(Kenalan saya sendiri dengan Teller bermula di sekolah menengah. Saya kemudian melakukan satu siri eksperimen mengenai sifat antimateri, memenangi hadiah utama di San Francisco Science Fair dan perjalanan ke Pameran Sains Nasional di Albuquerque, New Mexico. Bersama Teller, yang selalu memberi perhatian kepada ahli fizik muda berbakat, saya mengambil bahagian dalam program televisyen tempatan. Kemudian saya menerima dari Teller beasiswa kejuruteraan bernama Hertz, yang membantu saya membayar pengajian saya di Harvard. Beberapa kali dalam setahun saya pergi ke rumah Teller di Berkeley, dan di sana mengenali keluarganya dengan rapat.)
Pada prinsipnya, laser Teller X-ray adalah bom nuklear kecil yang dikelilingi oleh batang tembaga. Letupan senjata nuklear menghasilkan gelombang letupan sfera radiasi sinar-X yang kuat. Rasuk tenaga tinggi ini melewati batang tembaga, yang bertindak sebagai cecair kerja laser dan memfokuskan tenaga sinar-X ke dalam pancaran yang kuat. Sinar-X yang dihasilkan kemudian dapat diarahkan pada hulu ledak musuh. Sudah tentu, alat seperti itu hanya dapat digunakan sekali, kerana letupan nuklear akan memusnahkan diri dengan laser sinar-X.
Ujian laser sinar-X pertama, yang dijuluki ujian Cabra (Calba), dilakukan pada tahun 1983. Bom hidrogen diletupkan di lombong bawah tanah, dan kemudian aliran sinar-X secara acak daripadanya difokuskan dan diubah menjadi sinar laser sinar-X yang koheren. Ujian awalnya didapati berjaya; sebenarnya, kejayaan ini pada tahun 1983 yang memberi inspirasi kepada Presiden Reagan untuk membuat pernyataan niat bersejarah untuk membina perisai pertahanan dari Star Wars. Oleh itu, dilancarkan program berbilion-bilion dolar untuk membangun rangkaian peranti seperti laser sinar-X yang dipam nuklear untuk menembak jatuh ICBM musuh. Kerja di bawah program ini berterusan sehingga hari ini. (Kemudian ternyata sensor yang dirancang untuk mendaftarkan dan mengukur radiasi semasa ujian sejarah,telah dimusnahkan; oleh itu, keterangannya tidak dapat dipercayai.)
Adakah benar-benar mustahil untuk menembak hulu ledak peluru berpandu balistik dengan alat yang tidak sepele? Ia tidak dikecualikan. Tetapi tidak boleh dilupakan bahawa musuh dapat menghasilkan banyak cara mudah dan murah untuk meneutralkan senjata seperti itu (contohnya, seseorang dapat menipu radar dengan menembak berjuta-juta umpan murah; atau memutar hulu ledak untuk menyebarkan sinar-X dengan cara ini; atau datang dengan lapisan kimia yang akan melindungi hulu ledak dari sinar-X). Pada akhirnya, musuh hanya dapat menghasilkan hulu ledak secara besar-besaran yang akan menembusi perisai Star Wars hanya dengan jumlah mereka yang besar.
Oleh itu, laser sinar-X yang dipam nuklear tidak dapat melindungi daripada serangan peluru berpandu. Tetapi adakah mungkin untuk membuat bintang kematian Death Star yang mampu memusnahkan seluruh planet atau menjadi alat pertahanan yang efektif terhadap asteroid yang mendekat?
Fizik Bintang Mati
Adakah mungkin untuk mencipta senjata yang mampu memusnahkan seluruh planet, seperti di Star Wars? Secara teori, jawapannya mudah: ya. Dan dalam beberapa cara.
Tidak ada batasan fizikal untuk tenaga yang dikeluarkan oleh letupan bom hidrogen. Ini adalah bagaimana ia berlaku. (Walaupun hari ini, pemerintah AS mengklasifikasikan penerangan terperinci mengenai bom hidrogen sebagai rahsia, tetapi secara umum alatnya terkenal.) Bom hidrogen dibuat dalam beberapa tahap. Dengan menggabungkan bilangan tahap yang betul dalam urutan yang betul, anda boleh mendapatkan bom nuklear hampir dengan kekuatan yang telah ditentukan.
Tahap pertama adalah bom pembelahan standard, atau bom atom; ia menggunakan tenaga uranium-235 untuk menghasilkan pecah sinar-X, seperti yang terjadi di Hiroshima. Beberapa saat sebelum letupan bom atom meletupkan segalanya, sekeping denyut sinar-X yang kuat muncul. Sinaran ini mengatasi letupan sebenar (kerana ia bergerak dengan kelajuan cahaya); mereka berjaya memusatkannya lagi dan menghantarnya ke bekas dengan lithium deuteride, bahan aktif bom hidrogen. (Tepat bagaimana ini dilakukan masih menjadi rahsia negara.) Sinar-X jatuh pada lithium deuteride, menyebabkannya langsung runtuh dan panas hingga berjuta-juta darjah, menyebabkan letupan kedua, jauh lebih kuat daripada yang pertama. Letupan sinar-X akibat letupan kedua inianda kemudian boleh memfokuskan semula pada kumpulan kedua lithium deuteride dan menyebabkan letupan ketiga. Inilah prinsip di mana anda boleh meletakkan banyak bekas lithium deuteride bersebelahan dan mendapatkan bom hidrogen yang tidak dapat dibayangkan. Oleh itu, bom paling kuat dalam sejarah umat manusia adalah bom hidrogen dua peringkat, yang diletupkan pada tahun 1961 oleh Kesatuan Soviet. Kemudian letupan berlaku dengan kapasiti 50 juta tan TNT, walaupun secara teorinya bom ini mampu menghasilkan lebih dari 100 megaton TNT (yang kira-kira 5000 kali lebih banyak daripada kekuatan bom yang dijatuhkan di Hiroshima).bom paling kuat dalam sejarah manusia adalah bom hidrogen dua peringkat, yang diletupkan pada tahun 1961 oleh Soviet Union. Kemudian berlaku letupan dengan kapasiti 50 juta tan TNT, walaupun secara teorinya bom ini mampu memberikan kekuatan lebih dari 100 megaton TNT (yang kira-kira 5000 kali lebih banyak daripada kekuatan bom yang dijatuhkan di Hiroshima).bom paling kuat dalam sejarah manusia adalah bom hidrogen dua peringkat, yang diletupkan pada tahun 1961 oleh Soviet Union. Kemudian berlaku letupan dengan kapasiti 50 juta tan TNT, walaupun secara teorinya bom ini mampu memberikan kekuatan lebih dari 100 megaton TNT (yang kira-kira 5000 kali lebih banyak daripada kekuatan bom yang dijatuhkan di Hiroshima).
Walau bagaimanapun, kekuatan yang sama sekali diperlukan untuk menyalakan seluruh planet. Untuk melakukan ini, Death Star harus melancarkan ribuan laser sinar-X seperti itu ke angkasa, yang kemudiannya harus dipecat secara serentak. (Sebagai perbandingan, pada puncak Perang Dingin, Amerika Syarikat dan Kesatuan Soviet masing-masing menyimpan kira-kira 30,000 bom nuklear.) Gabungan tenaga sebilangan besar laser sinar-X itu sudah cukup untuk menyalakan permukaan planet ini. Oleh itu, Empayar Galaksi masa depan, beratus-ratus ribu tahun yang jauh dari kita, tentu saja dapat mencipta senjata seperti itu.
Untuk peradaban yang sangat maju, ada cara lain: untuk membuat Death Star yang akan menggunakan tenaga sumber kosmik dari ledakan sinar gamma. Dari Bintang Kematian seperti itu, ledakan radiasi akan muncul, hanya setelah Big Bang berkuasa. Punca letupan sinar gamma adalah fenomena semula jadi, ia wujud di angkasa; namun demikian, dapat dibayangkan suatu hari nanti peradaban maju dapat memanfaatkan tenaga mereka yang sangat besar. Ada kemungkinan bahawa jika kita mengawal putaran bintang jauh sebelum kejatuhannya dan kelahiran hipernova, maka kita mungkin mengarahkan "tembakan" sumber letupan sinar gamma ke titik mana pun di ruang angkasa.
Punca pecah sinar gamma
Sumber GRB kosmik pertama kali diperhatikan pada tahun 1970-an. pada satelit Vela yang dilancarkan oleh tentera AS, yang dirancang untuk mengesan "kilatan tambahan" - bukti letupan bom nuklear haram. Tetapi bukannya suar di permukaan Bumi, satelit mengesan letupan radiasi raksasa dari angkasa. Penemuan kejutan awal mencetuskan rasa panik di Pentagon: adakah Soviet menguji senjata nuklear baru di ruang dalam? Kemudian didapati bahawa pecah datang secara seragam dari semua arah sfera cakerawala; ini bermaksud bahawa mereka sebenarnya datang ke galaksi Bima Sakti dari luar. Tetapi, jika kita menganggap asal-usul ledakan yang benar-benar ekstragalaktik, maka kekuatan mereka akan menjadi benar-benar astronomi - bagaimanapun, mereka dapat "menerangi" seluruh alam semesta yang dapat dilihat.
Selepas kejatuhan Kesatuan Soviet pada tahun 1990, Pentagon tanpa disangka telah mendeklarasikan sejumlah besar data astronomi. Ahli astronomi kagum. Mereka tiba-tiba menyedari bahawa mereka menghadapi fenomena misteri baru dari mereka yang terpaksa dari semasa ke semasa menulis semula buku teks dan buku rujukan.
Tempoh ledakan sinar gamma pendek, bermula dari beberapa detik hingga beberapa minit, jadi sistem sensor yang disusun dengan teliti diperlukan untuk mengesan dan menganalisisnya. Pertama, satelit mencatat ledakan radiasi gamma dan menghantar koordinat sumber yang tepat ke Bumi. Koordinat yang diperoleh dihantar ke teleskop optik atau radio, yang pada gilirannya ditujukan pada titik yang ditentukan dalam sfera cakerawala.
Walaupun tidak semua yang diketahui mengenai ledakan sinar gamma pada masa ini, salah satu teori asal usulnya mengatakan bahawa sumber letupan sinar gamma adalah "hipernova" dengan kekuatan luar biasa, meninggalkan lubang hitam besar. Dalam kes ini, ternyata bahawa letupan sinar gamma adalah lubang hitam raksasa pada tahap pembentukannya.
Tetapi lubang hitam mengeluarkan dua jet, dua aliran radiasi, dari kutub selatan dan dari utara, seperti puncak berputar. Pelepasan pancaran sinar gamma yang kami daftarkan adalah milik salah satu aliran ini - aliran yang ternyata diarahkan ke Bumi. Sekiranya aliran radiasi gamma dari sumber tersebut diarahkan tepat ke Bumi, dan sumber itu sendiri berada di sekitar galaksi kita (pada jarak beberapa ratus tahun cahaya dari Bumi), kekuatannya akan cukup untuk memusnahkan kehidupan di planet kita sepenuhnya.
Pertama, denyut elektromagnetik yang dibuat oleh sinar-X dari sumber pecah sinar gamma akan mematikan semua peralatan elektronik di Bumi. Sinar sinar-X dan sinaran gamma yang kuat akan menyebabkan kerosakan yang tidak dapat diperbaiki pada atmosfer bumi, sehingga menghancurkan lapisan ozon pelindung. Kemudian aliran sinar gamma akan menghangatkan permukaan Bumi, menyebabkan ribut ribut dahsyat yang akhirnya akan melanda seluruh planet. Mungkin sumber ledakan sinar gamma tidak akan meletupkan planet ini, seperti yang ditunjukkan dalam filem "Star Wars", tetapi pasti akan menghancurkan semua kehidupan di atasnya, meninggalkan padang pasir yang hangus.
Dapat diasumsikan bahawa peradaban yang telah melampaui kita dalam pembangunan hingga ratusan juta tahun akan belajar mengarahkan lubang hitam tersebut ke sasaran yang diinginkan. Ini dapat dicapai dengan belajar mengawal pergerakan planet dan bintang neutron dan mengarahkannya ke bintang yang mati pada sudut yang dikira tepat sebelum runtuh. Usaha yang agak kecil akan cukup untuk membelokkan paksi putaran bintang dan mengarahkannya ke arah yang diinginkan. Kemudian bintang yang mati akan berubah menjadi meriam pancaran terbesar yang dapat dibayangkan.
Ringkaskan. Penggunaan laser yang kuat untuk membuat senjata rasuk mudah alih atau genggam dan pelita lampu harus diklasifikasikan sebagai kemustahilan kelas I - kemungkinan besar, ini akan menjadi mungkin dalam masa terdekat, atau, katakanlah, dalam seratus tahun akan datang. Tetapi tugas yang sangat sukar untuk mengarahkan bintang berputar sebelum meletup dan mengubahnya menjadi lubang hitam, iaitu mengubahnya menjadi Bintang Mati, harus dianggap sebagai kemustahilan Kelas II - sesuatu yang tidak jelas bertentangan dengan undang-undang fizik (bagaimanapun, sumber-sumber letupan sinar gamma ada dalam kenyataan, tetapi hanya dapat direalisasikan jauh di masa depan, setelah beribu-ribu bahkan berjuta-juta tahun.
Dari buku: "Fizik yang Tidak Mungkin".
