——漫话光能武器

世界上大概很少有什么东西比光能武器更适合作为科幻的象征了。早在1932年威尔斯的小说《星际战争》中，进攻地球的火星人便装备了所谓的“死光”武器；在著名IP星球大战中，激光武器已经成为了那个时代的标配；更遑论红警中的光棱塔和光棱坦克。而在当代文艺作品中，凡是与科幻带点沾边的，也都或多或少会涉及到光能武器。

玩LOL的同学应该知道其中著名的“三只手”：“机械先驱”维克托。维克托的E技能就让人联想到激光武器。这个英雄某种意义上是在致敬大名鼎鼎的尼古拉·特斯拉——特斯拉曾研究过宇宙射线方程，并基于这一研究成果提出了可行的“死光”武器。这种武器的原理更接近尚处于概念中的等离子武器——科幻一点叫电浆炮，本质上是一束高能带电粒子，离我们现在所说的光能武器还有不小的距离[1]。

维克托的E是一束通过机械臂发射的射线，经装备增强，它会在扫过的地带引起一段小规模的爆炸，这种二段伤害的非指向性技能在LOL中经常成为秀操作和预判甚至逆转战局的神器。然而现实中激光武器往往没有这么神奇。由于能量非常集中，激光扫在物体上的效果往往会迅速产生高温引发表面融化、气化甚至燃烧，我们就是运用这种原理制作出了激光刻蚀机、激光切割机和……没错激光炮。虽然不至于真的引发爆炸，但也可以极大的破坏目标本身。

凝胶状物质是硫酸-聚乙烯醇电解质

上面两张图片展示的就是一台在各种工作室、实验室中都很常见的激光刻蚀机和它刻蚀出的产品：一片由聚酰亚胺薄膜在激光下烧蚀碳化生成的石墨烯超级电容器。要知道这台设备的功率仅有40W出头[2]就已经能碳化分解聚合物，可想而知几百千瓦发射功率的激光武器效果如何——

单看这块在前苏联激光武器实验中被烧得内部拧麻花的玻璃就能看出那些妄想用镜子反射激光武器的人有多么……无知而傲慢。

顾名思义，激光是一种通过外加能量以激发原子中的电子跃迁进而释放出的光。我们知道原子由原子核和核外电子构成，现代原子理论认为核外电子遵循一定的能量排布规则在核外形成若干具有不同能量的电子壳层，每个壳层只能容纳固定数量上限的电子，越远离原子核的壳层中的电子所具有的能量即能级越高。电子壳层互不相交即电子能级不连续，这一点在宏观体现为单一元素的光谱是线状谱。这也就意味着如果从外界对原子施加能量如光照，电子获得光所携带的能量后会出现跃迁向更高能级的现象，此时原子处于激发态。但电子到达高能级后往往不稳定，因此会跃迁回原有的能级并以光的形式再次释放出能量。

最简单的激光器就是红宝石固体激光器，作为一种晶体结构中镶嵌有铬的氧化铝，红宝石在经过调制的氙灯光照射下就会激发出暗红色的激光（波长约为694nm）。不过由于效率只有0.1%，这种固体激光器现在已经开始被半导体激光器和化合物激光器淘汰，如上文的激光刻蚀机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。这类激光器最大的优势便是可以根据需要选择不同的激发介质进而产生不同波长的激光。

而说到激光炮就不能不提一提《三体》里的星际战舰。在小说中，人类的两千多艘战舰都装备了“伽马射线激光”武器。

然而一种光能否被激发产生并不取决于作者在科幻小说中的设定，而是取决于被激发粒子的能级差。通常来讲，原子中电子的能级差大约是几十到几百eV，而根据电磁波能量公式E=hc/λ，结合γ射线波长范围（λ≤0.01nm）不难算出，γ射线的能量约在10^5 eV以上[3]。换言之我们几乎不可能通过原子中的电子能级跃迁来获得γ射线，大部分依赖原子中电子能级跃迁的传统激光器是办不到滴。

现实中用于医疗检查和工程探伤的伽马射线主要有两种来源：其一是放射性同位素的衰变。γ射线本身就是在观测放射性元素衰变过程中发现的；此时γ射线来源是原子核能级的变化。对于一种不稳定核素，如果它处于激发态，那么就可以通过放出γ射线的方式释放出能量回到原子核的基态。工件探伤和农业育种的辐照机使用的γ射线就来自钴60等核素。

其二则是正反物质湮灭。这种方法在PET（Positron Emission Computed Tomography，正电子发射型计算机断层显像）技术中已经得到了应用。这种技术的核心是将经过氟18修饰的葡萄糖注入体内，在代谢旺盛的区域聚集后氟18释放出的正电子会在人体内湮灭释放出γ射线，此时只要在体外探测γ射线就能获知体内的代谢状况进而追踪病灶。

然而这两种方法都不能用于武器，它们的输出功率都太小了（当然你要有足够多的反物质也不是不行，问题是既然你都有足够的反物质了为什么不直接用反物质炸飞他们呢？）。如果想要制作出一台真正可以当做武器的γ射线光源，我们得用更科幻的方法才行。

原子中的电子按照一定的能级排列，其上限取决于原子的周期数；如果要获得更宽的电子能级，最简单的办法就是使用摆脱了原子束缚的自由电子。反应快的读者应该已经想到了：等离子体中就含有很多自由电子。这也是目前制造短波长激光器的主要思路：使用部分电离的等离子体作为激发介质制成自由电子激光器。不过目前自由电子激光器的进展只到达了硬X射线，距离γ射线还有距离。不过离三体入侵还有四百年呢不用着急。

此外，核反应本身也能产生γ射线，因此如果我们直接将核聚变产生的光当做武器也可以起到类似的效果。那你为什么不直接用氢弹啊喂。这种方式最终效果有些类似于“大眼”虚空之眼维克兹的大招——

生命形态瓦解射线！！！！

无论如何，光能武器在科幻小说的助推下已然成为了人们对未来的重要遐想，让我们期待一下它们变成现实吧。

[1]：一个有意思的彩蛋：维克托的名字Victor与科幻小说《科学怪人》主角弗兰肯斯坦博士（Dr. Victor Frankenstein）相同，联想一下维克托在游戏背景故事中作为机械改造升华人体的工程“光荣进化”开创者的身份，他和用科学创造生命的弗兰肯斯坦博士还真有点相似。

[2]：实际实验时无须开满功率，图中展示的电容器只在20%功率下刻蚀制得，往年曾有人作死放了一块厚纸板进去用50%功率刻蚀结果纸板当场就烧穿了。

[3]：电磁波长范围为人为规定，公式中h为普朗克常数6.62607015×10^（-34） J·s、λ为波长、c为真空中的光速2.99792458×10^8 m/s，对eV（电子伏）比较陌生的读者可参阅《文艺作品的现实与虚幻：<三体>（二）》补充说明16。

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