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100亿个明天：科幻技术如何成真并塑造人类的未来 第8章 光束武器
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我小时候总爱和小伙伴们一起在院子里玩印第安人对抗牛仔的游戏（那时候，小孩子的娱乐活动比现在多得多）。那时候的小孩子不知道害羞，拿着玩具枪就往外冲；大家都喜欢那种可以打响的枪——扣动扳机的时候，玩具枪里面的火药圈会发出“嘭”的响声。虽然我当时所处的20世纪北英格兰工业化小城和美国西部在时空上都相距甚远，但印第安人对抗牛仔的游戏确实是我们生活的一部分。时过境迁，玩具枪的选择和孩子们的游戏都变了。科幻作品成为娱乐活动的一部分，玩具枪也被能发光、有音效的玩具射线枪取代。
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柯克舰长对此当然有发言权。《星际迷航》绝不是光束武器的首秀，射线枪是20世纪50年代科幻作品中的标志性武器，它的出现要追溯到20世纪20年代。科幻影视作品借助“爆能枪”一类的概念深入人心，“企业”号战舰的成员们使用的相位枪比其他的未来武器都更为人熟知。（这一点确实令人匪夷所思，特别是它的外形设计从原来经典的射线枪变成了便携式手电筒的样子。）相位枪让光束武器和西部片里的六发式左轮手枪一样，变得无人不知。
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你也许会说死光的首次出现并不是在科幻作品中，而是在真实世界里。由于古希腊人喜欢把事实和神化混为一谈，所以我们也不确定哪些故事是历史事实。最早的光束武器运用的是太阳光，玩过透镜的人都知道太阳光造成的伤害可能会很大。这种假想出来的武器的发明者是古希腊数学家和工程师阿基米德。
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阿基米德生于公元前287年，他喜爱光和镜子，还写过一本光学著作，但是和很多其他著作一样，这本书已经失传了。他生活在锡拉库扎的西西里岛上，一生经历了希腊的巨大动荡。曾经被希腊公民以野蛮人的身份驱逐的罗马人全面进攻希腊，这证明了文明并不一定是赢得战争的最好方法。公元前212年，锡拉库扎已在罗马人的掌控之中。就像“二战”时期美国和欧洲的科学家临危受命启动“曼哈顿计划”一样，阿基米德被委以重任，研发保卫城池的武器。
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确实有证据证明阿基米德改造机械设备，击沉停泊的敌船，据说他也制造出光线武器，用太阳光烧毁靠岸的敌船。阿基米德肯定知道弯曲的镜面可以聚焦太阳光点燃物体，而且他肯定也计划建造可以在港口使用的武器，利用太阳光攻击敌船。可能的情况是，他用这种方法成功烧毁了木质船体，因为这种船为防水会在连接处涂上易燃的沥青。
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其实，点燃船舶并没有这么容易。目标船体肯定在水面上浮动，湿木头没那么易燃，但甲板上遍布的沥青类密封剂和其他易燃物品都是助燃的。2 000多年前，没有任何确凿证据证明那时的人类有镜子，也可能阿基米德的想法根本就没有实现。镜子武器可能是阿基米德临终前还在进行的设计，传说罗马士兵入侵锡拉库扎的时候，阿基米德正在沙子上画图。他连头也没抬，只告诉罗马士兵不要挡住光；而这些士兵并没有意识到他们眼前的人是阿基米德，只是因为这个老者的不敬就杀死了他。
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《流言终结者》（MythBusters）节目的主持人几次试图重现阿基米德的镜子武器，但没有一次成功点燃船只，流言只是流言而已。也有一些科研人员对该节目主持人的操作心存疑虑，指出镜子角度和反射面位置的局限性。其他一些实验确实可以在一定距离之外点燃目标。可见，这种形式的“射线枪”的成功率似乎刚好踩在及格线上，而且只在阳光强烈的条件下才有可能成功。聚焦的光束武器能迷惑入侵者，让入侵者的眼睛暂时失明，这也许在保卫锡拉库扎的战斗中起到了作用。
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“射线枪”的概念确实不能追溯到古希腊时代，但它反映了科幻和科学相辅相成的发展过程。“射线”一词最初见于15世纪的英文诗，最开始是用来描述狭窄的光线。古诗《珍珠》（Pearl）中这样写道：“晶莹的悬崖熠熠生光/皎洁的光线依次向前。”此外，在20世纪，法语从拉丁语中引入了用来形容狭窄光束的词语——“射线”（radius）。
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19世纪，“射线”这个多功能的词语便开始被用来描述所有微弱的散射状光线。英国天文学家威廉·赫歇尔在研究光谱的不同部分对温度的影响时发现了红外光。红光部分有更多的热量，他通过移动温度计，发现了波长越长热量就越高的现象，即便在光线不可见时也如此。他把这种看不见的光叫作“热射线”。之后，科学家在放射性物质和宇宙射线中发现了α、β和γ射线。（其实只有γ射线是真正的光束，其他的所谓“射线”都是高能粒子。）再之后，最受欢迎的X射线也被发现了。X射线确实具备科幻特质，因为它可以透视不透明的固体。
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同时，利用聚焦的光线引发灾难的科幻武器也出现了。在华盛顿·欧文1809年的小说《征服地球的月亮》（The Conquest of the Earth by the Moon）中，拥有先进科技的外星人使用的是“强力光束武器”。然而在威尔斯1898年的小说《世界大战》中，有自主行动能力的机器人可以利用抛物面反射镜从内置发生器中发射出有热量的射线（可能是红外光）。同年，加勒特·瑟维斯迅速模仿出像威尔斯一样的作品——《爱迪生征服火星》（Edison’s Conquest of Mars），里面提出了“粉碎射线”。到了20世纪20年代，射线枪和爆能枪已经成为科幻小说和电影中司空见惯的武器了。
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在死光方面把现实和科幻结合得最好的人是尼古拉·特斯拉。在科学技术的历史上，关于特斯拉的奇闻逸事比任何人都要多。在网络上，你能找到赞扬特斯拉的长篇累牍的文章，他常被描绘成一个不受世人理解的擅长发明创新的天才，同时受到邪恶贪财的竞争者的排挤。可怜的托马斯·爱迪生常被用作反衬特斯拉光辉形象的反面人物。
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事实上，特斯拉和传说的形象不尽相同；和其他人一样，他也是一个普通人。特斯拉出生于克罗地亚，1884年成为美国公民，是一个杰出的工程师、一个失败的商人、一个不太成功的科学家，还是一个极端的理想主义者。科学和技术的界限很难划分，但它们的确是完全不同的概念。有些理论家对实验一窍不通，工程师们也常常知其然而不知其所以然。
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特斯拉为现在全世界都在使用的交流电技术打下了基础，他是第一批提出工业界中的重要概念之一——多相系统的人，他也制造出他那个时代最优秀的交流电动机。特斯拉还创新地使用特斯拉线圈来产生极高的电压，他在无线电控制和发电机设计方面也有创新发明。但特斯拉并不是无线电通信方面的领军人物，他发现了X射线一类的传闻也并不属实。
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很多证据都表明，特斯拉不懂电磁辐射。阴谋论者称，特斯拉关于世界通信（和能量传输）的设想被爱迪生等具有政治手腕的人藏起来了；但其实特斯拉只是异想天开地认为可以经由地表传输电振动，无线电波即可形成回路（这个想法是基于特斯拉擅长的电流闭合回路，对无线电传输并不适用）。特斯拉的拥护者说，古列尔莫·马可尼等人总是把特斯拉的想法占为己有，他们成功背后的无名英雄是特斯拉。其实特斯拉只是一遍一遍地承诺实现他臆想的回路系统，他并没有成功，也永远不会成功，因为他不理解其中的物理原理。
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虽然特斯拉晚年确实提出了一些新颖别致的设计，但这些设计往往只是他为自己惊天动地的发明拉赞助的权宜之计。他不断承诺会创造出新的奇迹，但却拿不出什么实际成果，其中包括“远程武器”和“死光”。公正地说，特斯拉一度对媒体把他的想法强行命名为“死光”表示异议。特斯拉脑中想的并不是光线武器，因为他认为光会快速地损失能量，他描述的其实是高速运动的带电粒子。
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特斯拉夸大其词、虚张声势地称，他的粒子枪可以“在200英里以外的距离击落1万架敌机”。他的设计比较类似于现在宇宙飞船中常见的离子推进器，通过静电斥力把带电粒子有序地发射出去。这个概念本身是可行的，但把这个概念用于战场中的武器却不太可能。如果特斯拉真的像他说的那样，成功地运用这个概念制造出武器，那么他也会意识到实际部署的难度。这就是现代战场上看不到类似武器的原因，虽然其概念已经非常明晰，而且有很多科学家在进行带电粒子流武器的研究。
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毋庸置疑，有些武器利用电磁作为加速动力，比如轨道炮利用电磁原理沿着轨道加速液体中的金属。轨道炮可以把投射物加速到和普通枪类似的发射速度，但是轨道炮和相位枪依然不同。和相位枪更相似的可能是泰瑟枪（taser），泰瑟枪的名字源于“激光”（laser）。
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市面上最常见的泰瑟枪会将一对给人刺痛感的电极发射到对方体内，经由连接着枪的电线释放出高压电，继而用电流击倒对方。制造商美国泰瑟公司已经研发出了无线版本——霰弹枪，它会发射出特殊的内含高压电池的防暴弾。但这两种泰瑟枪和科幻小说中的射线枪不同，泰瑟枪依然是一种发射型武器。
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《星际迷航》中的相位枪应该也是一种激光枪，虽然它和科幻电视、电影里典型的射线枪不太一样，相位线需要经过一段时间才能从枪口到达目标。但事实上，光速非常快，光在短距离内传播所用的时间基本上可以忽略不计。《星际迷航》的编剧吉恩·罗登贝瑞有意要区分相位枪和射线枪，从而让“相位枪”听上去像新发明，而且剧情需要相位枪自带“击晕模式”。此外，考虑到光速和时间的问题，“相位枪”这个新名字能让技术宅和书呆子们不再纠结于细节。
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罗登贝瑞也没太在意相位枪的另一个在科学上不太准确的地方，其他科幻作品中的光线武器也有类似问题，即从侧面可以清晰地看到武器发射出来的光线。从心理学上说，利用可视光线明显地区分光束武器和传统手枪之类的武器很有必要。我们无法捕捉到子弹以每小时几百英里的速度击中目标的整个过程，如果光束武器也是突然间就击中目标，光束武器和子弹看上去就太相似了。但是，光不像其他的物体那样肉眼可见。一束光、激光或者其他光在不反射的情况下，我们从侧面是看不见它们的。
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当然，在激光表演中我们可以看到光线，这是因为空气中有大量的烟。烟中的颗粒让光线发生折射，进入人眼，我们才能看到光线。但在真空的太空中或者宇宙飞船的走廊里，烟并不常见。正因为如此，从侧面我们应该看不到光线，最多能看见激光打到目标上出现的亮点，比如激光笔。在科幻作品中，激光瞄准基本上会基于这个事实，我们除了在即将遇害的人胸口看见不祥的红点外看不到任何光线。然而，光线武器大多不会遵循这个事实。
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激光，毋庸置疑是现实世界中最接近科幻作品的发明。激光的前身是微波激射，它是爱因斯坦1916年提出的概念的现实版本。通过合适的介质，光子可以激发电子，使电子进入半稳定的高能状态。此时，第二个光子和高能电子相互作用，产生两个光子。其结果有点儿类似光的放大。
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20世纪50年代，这个过程由介质氨气实现，微波经过氨气会产生放大效应。理论和实验几乎同时公开，苏联科学家亚历山大·普罗霍罗夫和尼古拉·巴索夫提出理论，美国人查尔斯·汤斯在苏联科学家发表论文之前就实现了微波激射，但在文章发表之后才公布自己的实验。微波激射的概念很有意思，而且在电信和原子钟设计方面也有实际的应用价值，但无法实现大规模的应用。利用可见光实现相似的概念在大规模利用上更有前景，世界各地的科学家都争相研究光学微波激射器，从而展开了一场前所未有的技术竞赛。
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