Zvijezda smrti je ogromno oružje veličine dobrog mjeseca. Pucajući izravno u bespomoćni planet Alderaan, domovinu princeze Leie, Zvijezda smrti je potpuno uništava. Planet nestaje u plamenu titanske eksplozije, raspršujući krhotine po Sunčevom sustavu. Milijarda duša istovremeno vrišti u agoniji, izazivajući bijes u Sili koja se osjeća bilo gdje u galaksiji.
No, je li oružje poput Zvijezde smrti iz filma Ratovi zvijezda zaista moguće? Je li moguće organizirati i usmjeriti bateriju laserskih topova tako da čitav planet kao rezultat isparava? Što je sa poznatim svjetlosnim mačevima kojima su upravljali Luke Skywalker i Darth Vader, a koji su snop svjetlosti, ali se lako mogu probiti kroz oklopljeni čelik? Hoće li zračne puške, poput fazera iz Zvjezdanih staza, postati pravo oružje za buduće generacije reda i vojske?
Novi, originalni i zadivljujući specijalni efekti Ratova zvijezda ostavili su uvjerljiv dojam na milijune gledatelja, ali kritičari su imali drugačije mišljenje. Neki od njih tvrdili su da su da, naravno, filmaši su iskreno pokušali zabaviti gledatelja, ali zapravo su takve stvari potpuno nemoguće. Kritičari se nikad ne umaraju ponavljati poput uroka: snopovi topova veličine Mjeseca, sposobni otpuhati čitav planet na sitne dijelove, nešto je nečuveno; mačevi od naglo učvršćujuće zrake svjetlosti također su nemogući. Sve je to previše čak i za daleku, daleku galaksiju. Ovaj put, George Lucas, hvaljeni majstor specijalnih efekata, malo je skliznuo.
Možda je teško povjerovati, ali neograničena količina energije može se "utrpati" u svjetlosni snop; nema fizičkih ograničenja. Stvaranje Zvijezde smrti ili svjetlosnog mača ne proturječi nijednom zakonu fizike. Štoviše, zrake gama zračenja koje mogu raznijeti planet zapravo postoje u prirodi. Titanski rafal zračenja generiran dalekim misterioznim izvorom eksplozija gama zraka sposoban je stvoriti eksploziju u dubokom svemiru, drugi po snazi nakon Velikog praska. Bilo koji planet koji uspije biti u vidokrugu takve "puške", zapravo će biti ispržen ili raskomadan.
Greda oružje u povijesti
San o iskorištavanju energije zračenja uopće nije nov; njeni korijeni sežu do drevne religije i mitologije. Grčki bog Zevs poznat je po tome što smrtnike gađa munjama. Sjeverni bog Thor imao je čarobni čekić, Mjellnir, sposoban za bacanje groma, dok je hinduistički bog Indra ispalio energetsku zraku s čarobnog koplja.
Ideja o zraku kao stvarnom praktičnom oružju prvi se put pojavila u djelima velikog grčkog matematičara Arhimeda, možda najvećeg znanstvenika antike, koji je uspio razviti vlastitu verziju primitivnog diferencijalnog računa dvije tisuće godina prije Newtona i Leibniza. Vjeruje se da je u legendarnoj bitci 214. pr. protiv trupa rimskog generala Marcela tijekom Drugog punskog rata, Arhimed je, pomažući u obrani kraljevine Sirakuze, izgradio veliku bateriju solarnih reflektora, usmjerio sunčeve zrake na jedra neprijateljskih brodova i tako ih zapalio. (Znanstvenici još uvijek raspravljaju bi li takvo snopno oružje stvarno moglo djelovati; nekoliko skupina znanstvenika pokušalo je, s različitim rezultatima, ponoviti ovo postignuće.)
Promotivni video:
Topovske puške pogodile su stranice znanstvene fantastike 1889. godine klasičnim Ratom svjetova HG Wellsa. U ovom romanu vanzemaljci s Marsa uništili su čitave gradove usmjeravajući zrake toplinske energije iz topova postavljenih na tronošce. Tijekom Drugog svjetskog rata, nacisti, uvijek spremni istražiti i usvojiti najnoviji tehnološki napredak kako bi ih koristili za osvajanje svijeta, također su eksperimentirali s različitim vrstama zračnih pušaka, uključujući akustičke uređaje koji su pomoću paraboličnih zrcala usmjerili snažne zvučne zrake.
Oružje, koje je fokusirani snop svjetlosti, zaokupilo je maštu javnosti nakon izlaska filma o Jamesu Bondu Goldfinger; bio je to prvi holivudski film u kojem je prikazan laser. (U njemu je legendarni britanski špijun bio vezan za metalni stol, a snažna laserska zraka polako mu se približavala, postupno topeći stol između nogu i prijeteći da će junaka prepoloviti.)
U početku su se fizičari smijali samo ideji o snopovima, izraženoj u Wellsovom romanu, jer su takve puške kršile poznate zakone optike. Prema Maxwellovim jednadžbama, svjetlost koju vidimo oko sebe je nekoherentna (tj. To je zbrka valova s različitim frekvencijama i fazama) i brzo se raspršuje. Nekoć se vjerovalo da je nemoguće postići koherentan, fokusiran, ujednačen snop svjetlosti - poput laserske zrake.
Kvantna revolucija
Sve se promijenilo nakon pojave kvantne teorije. Već početkom XX. Stoljeća. postalo je jasno da, iako Newtonovi zakoni i Maxwellove jednadžbe vrlo uspješno opisuju kretanje planeta i ponašanje svjetlosti, postoji čitava klasa pojava koje oni ne mogu objasniti. Nažalost, nisu rekli ništa o tome zašto materijali provode električnu energiju, zašto se metali tope na određenim temperaturama, zašto plinovi emitiraju svjetlost zagrijavanjem, zašto neke tvari postaju superprovodljive na niskim temperaturama. Da bismo odgovorili na bilo koje od ovih pitanja, potrebno je razumjeti unutarnju dinamiku atoma. Revolucija je zrela. Newtonova je fizika, nakon 250 godina dominacije, čekala svoje svrgavanje; istodobno, slom starog idola trebao je najaviti početak porođajnih muka nove fizike.
1900. Max Planck u Njemačkoj sugerirao je da energija nije kontinuirana, kao što je Newton vjerovao, već postoji u obliku malih diskretnih "dijelova" nazvanih "kvanta". Tada je 1905. Einstein pretpostavio da je svjetlost također sastavljena od ovih sitnih diskretnih paketića (ili kvanta), kasnije nazvanih fotoni. Ovom jednostavnom, ali snažnom idejom, Einstein je uspio objasniti fotoelektrični efekt, naime zašto metali, zračeni svjetlošću, emitiraju elektrone. Danas su fotoelektrični efekt i foton osnova za televiziju, lasere, solarne ploče i veći dio moderne elektronike. (Einsteinova teorija fotona bila je toliko revolucionarna da čak ni Max Planck, koji je obično gorljivo podržavao Einsteina, isprva nije mogao vjerovati u nju. Planck je o Einsteinu napisao: "Činjenicada ponekad propusti … kao što je, na primjer, učinio s hipotezom o svjetlosnim kvantima, ne može mu se, nimalo savjesno, zamjeriti. ")
Tada nam je 1913. danski fizičar Niels Bohr dao potpuno novu sliku atoma; Bohrov atom nalikovao je minijaturnom Sunčevom sustavu. Ali, za razliku od pravog Sunčevog sustava, elektroni u atomu mogu se kretati oko jezgre samo unutar diskretnih orbita ili ljuštura. Kad elektron "preskoči" s jedne ljuske na drugu, koja je bliže jezgri i ima manje energije, emitira foton energije. Suprotno tome, kada elektron apsorbira foton s određenom energijom, on "skoči" više, do ljuske koja je udaljenija od jezgre i ima više energije.
1925. godine, pojavom kvantne mehanike i revolucionarnim radom Erwina Schrödingera, Wernera Heisenberga i mnogih drugih, rođena je gotovo cjelovita teorija atoma. Prema kvantnoj teoriji, elektron je bio čestica, ali posjedovao je i pridruženi val, što mu je davalo i svojstva čestice i vala. Taj je val poslušao takozvanu Schrödingerovu jednadžbu valova, koja je omogućila izračunavanje svojstava atoma, uključujući sve "skokove" elektrona koje je Bohr postulirao.
Do 1925. godine atomi su se smatrali tajanstvenim objektima; mnogi, poput filozofa Ernsta Macha, uopće nisu vjerovali u njihovo postojanje. Nakon 1925. godine čovjek je imao priliku ne samo duboko zaviriti u dinamiku atoma, već i sasvim pouzdano predvidjeti njegova svojstva. Iznenađujuće, to je značilo da se s dovoljno snažnim računalom pri ruci mogu izvesti svojstva kemijskih elemenata izravno iz zakona kvantne teorije. Baš kao što bi Newtonova fizika, s dovoljno velikim računalnim strojem, omogućila znanstvenicima da izračunaju kretanje svih nebeskih tijela u svemiru, kvantna fizika je, prema znanstvenicima, u načelu omogućila izračunavanje svih svojstava kemijskih elemenata svemira bez iznimke. Uz to, imajući dovoljno moćno računalo,moglo bi se sastaviti puna valna funkcija ljudskog bića.
Maseri i laseri
Godine 1953. profesor Charles Townes sa Kalifornijskog sveučilišta u Berkeleyu, zajedno sa svojim kolegama, uspio je dobiti prvi snop koherentnog zračenja, naime mikrovalne pećnice. Uređaj je nazvan maser (maser - prema prvim slovima riječi fraze "pojačanje u mikrovalnoj pećnici stimuliranom emisijom zračenja", tj. Pojačanje mikrovalnih pećnica poticanjem zračenja.) Kasnije, 1964. godine, Townes je zajedno s ruskim fizičarima Nikolajem Basovom i Aleksandrom Prohorov je dobio Nobelovu nagradu. Ubrzo su rezultati znanstvenika prošireni na vidljivo svjetlo. Laser je rođen. (S druge strane, phaser je fantastičan uređaj kojeg su proslavile Zvjezdane staze.)
Osnova lasera je poseban medij koji će zapravo prenositi lasersku zraku; to može biti poseban plin, kristal ili dioda. Tada u ovo okruženje trebate pumpati energiju izvana - koristeći električnu energiju, radio valove, svjetlost ili kemijsku reakciju. Neočekivani priljev energije pobuđuje atome u mediju, zbog čega elektroni apsorbiraju energiju i skaču na vanjske elektronske ljuske više energije.
U tako uzbuđenom, pumpanom stanju, medij postaje nestabilan. Ako se nakon toga kroz njega pošalje snop svjetlosti, tada će fotoni snopa, sudarajući se s atomima, uzrokovati nagli odlazak elektrona na niže orbite i oslobađanje dodatnih fotona. Ovi će fotoni zauzvrat prisiliti još više elektrona da emitiraju fotone - i uskoro će započeti lančana reakcija atoma koja se „urušava“u neuzbuđeno stanje s gotovo istodobnim ispuštanjem ogromne količine fotona - bilijuna i bilijuna njih - svih u isti snop. Temeljna značajka ovog postupka je da u nekim tvarima s lavinskim otpuštanjem svi fotoni vibriraju složno, odnosno koherentni su.
(Zamislite domine poredane u nizu. U stanju najniže energije svaki zglob leži ravno na stolu. U visokoenergetskom, napuhanom stanju zglobovi stoje uspravno, poput napuhanih atoma medija. Guranjem jednog zgloba prstiju možete naglo istodobno osloboditi svu ovu energiju, baš kao isto kao što se događa kada se rodi laserska zraka.)
Samo nekoliko materijala može raditi u laseru; to znači da se samo u posebnim tvarima kada se foton sudari s pobuđenim atomom emitira foton koji je koherentan prvom. Ovo svojstvo materije dovodi do činjenice da svi fotoni u struji koja nastaje skladno titraju, stvarajući tanku lasersku zraku. (Suprotno popularnoj legendi, laserska zraka ne ostaje uvijek tanka kao na samom početku. Primjerice, laserska zraka koja se ispaljuje u Mjesec postupno će se usput širiti i na površini Mjeseca dati mjesto veličine nekoliko kilometara.)
Jednostavan plinski laser je cijev ispunjena mješavinom helija i neona. Kad struja prođe kroz cijev, atomi apsorbiraju energiju i pobuđuju se. Tada, ako dođe do naglog oslobađanja sve energije pohranjene u plinu, rađa se snop koherentne svjetlosti. Ova se zraka pojačava s dva zrcala instalirana na oba kraja cijevi, tako da se zraka od njih zauzvrat odbija i juri duž cijevi s jedne na drugu stranu. Jedno od zrcala potpuno je neprozirno, ali drugo propušta mali dio upadne svjetlosti, oslobađajući tako snop prema van.
Danas lasere možete pronaći svugdje - u blagajni prehrambenih proizvoda, u optičkom kabelu koji vam omogućuje pristup Internetu, u laserskom pisaču ili CD uređaju i u modernom računalu. Laseri se koriste u operacijama oka, uklanjanju tetovaža, pa čak i u kozmetičkim salonima. 2004. laseri su u svijetu prodani za više od 5,4 milijarde dolara.
Vrste lasera i njihove značajke
Novi laseri se otkrivaju gotovo svakodnevno; u pravilu govorimo o otkriću nove tvari koja može raditi u laseru ili o izumu nove metode pumpanja energije u radnu tekućinu.
Pitanje je jesu li ove tehnologije prikladne za izradu zračnih pušaka ili svjetlosnih mačeva? Možete li napraviti laser dovoljno velik da napaja Zvijezdu smrti? Danas postoji zapanjujuća raznolikost lasera koji se mogu klasificirati prema materijalu radne tekućine i načinu na koji se pumpa energija (to može biti električna energija, snažna svjetlosna zraka, čak i kemijska eksplozija). Navodimo nekoliko vrsta lasera.
• Plinski laseri. Ova kategorija također uključuje izuzetno česte helij-neonske lasere, koji proizvode vrlo poznati crveni snop. Pumpaju se radio valovima ili električnom energijom. Helij-neonski laseri su male snage. No plinski laseri s ugljičnim dioksidom mogu se koristiti za miniranje, za rezanje i topljenje metala u teškoj industriji; sposobni su dati izuzetno snažnu i potpuno nevidljivu zraku;
• Kemijski laseri. Ti se snažni laseri pune kemijskim reakcijama poput izgaranja etilena i dušičnog trifluorida NF3. Ovi laseri su dovoljno snažni da se mogu koristiti u vojnom polju. U Sjedinjenim Državama, kemijski princip pumpanja koristi se u zračnim i zemaljskim borbenim laserima koji mogu isporučiti snop snage u milijunima vata i dizajnirani su za obaranje projektila kratkog dometa u letu.
• Ekscimerni laseri. Ovi laseri također dobivaju energiju iz kemijske reakcije, koja obično uključuje inertni plin (tj. Argon, kripton ili ksenon) i neku vrstu fluorida ili klorida. Oni emitiraju ultraljubičasto svjetlo i mogu se koristiti u elektroničkoj industriji za jetanje sitnih tranzistora na poluvodičkim čipovima i u kirurgiji oka za najfinije Lasikove operacije.
• Poluvodički laseri. Diode koje toliko široko koristimo u svim vrstama elektroničkih uređaja mogu proizvesti snažne laserske zrake koje se koriste u industriji rezanja i zavarivanja. Ti isti poluvodički laseri također rade u blagajnama, čitajući barkodove s odabranih proizvoda.
• Laseri za bojanje. Ovi laseri koriste organske boje kao radni medij. Izuzetno su korisni u generiranju ultrakratkih impulsa svjetlosti, koji su često reda trilijuntog dijela sekunde.
Laseri i puške?
S obzirom na ogromnu raznolikost komercijalnih lasera i snagu vojnih lasera, teško se ne zapitati zašto nemamo zračne topove i topove prikladne za upotrebu na bojnom polju? U znanstvenofantastičnim filmovima, zračni puške i pištolji ove ili one vrste najčešće su najčešće i najpoznatije oružje. Zašto ne radimo na takvom oružju?
Jednostavan odgovor na ovo pitanje je da nemamo dovoljno prijenosnih izvora energije. Ovo nije sitnica. Za oružje za zrake bile bi potrebne minijaturne baterije veličine dlana, ali koje odgovaraju snazi ogromne elektrane. Trenutno je jedini način da se snaga velike elektrane dobije na korištenje izgradnjom. A najmanji vojni uređaj koji može poslužiti kao spremnik za takve energije je minijaturna vodikova bomba, koja nažalost može uništiti ne samo metu, već i vas same.
Tu je i drugi problem - stabilnost tvari koja emitira ili radne tekućine. U teoriji nema ograničenja u količini energije koja se može upumpati u laser. Ali problem je u tome što bi radno tijelo ručnog laserskog pištolja bilo nestabilno. Primjerice, kristalni laseri se pregrijavaju i pucaju ako u njih upumpate previše energije. Slijedom toga, stvaranje izuzetno moćnog lasera - koji bi mogao ispariti objekt ili neutralizirati neprijatelja - mogao bi zahtijevati eksplozivnu energiju. U ovom slučaju, prirodno, više ne možemo razmišljati o stabilnosti radne tekućine, jer će naš laser biti jednokratni.
Problemi s razvojem prijenosnih izvora energije i stabilnih materijala koji emitiraju čine postojanje zračnih pušaka nemogućim uz trenutno stanje tehnike. Općenito, zračnu pušku možete stvoriti samo ako na nju dovedete kabel iz izvora napajanja. Možda ćemo uporabom nanotehnologije jednog dana možda moći stvoriti minijaturne baterije koje mogu pohraniti ili generirati energiju koja bi bila dovoljna za stvaranje snažnih rafala - neophodan atribut ručnog laserskog oružja. Trenutno je, kako smo već vidjeli, nanotehnologija u povojima. Da, znanstvenici su uspjeli stvoriti na atomskoj razini neke uređaje - vrlo genijalne, ali potpuno nepraktične, poput atomskog abaka ili atomske gitare. Ali može se dogoditi da što drugo u ovome ili, recimo,u sljedećem stoljeću nanotehnologija će nam doista dati minijaturne baterije za pohranu nevjerojatnih količina energije.
Svjetlosni mačevi imaju isti problem. Izlaskom Ratova zvijezda 1970. godine, igračke svjetlosni mačevi postali su trenutni hit kod dječaka. Mnogi kritičari smatrali su svojom dužnošću istaknuti da su u stvarnosti takvi uređaji nemogući. Prvo, svjetlost se ne može skrutnuti. Svjetlost se kreće brzinom svjetlosti, pa ju je nemoguće učvrstiti. Drugo, snop svjetlosti ne može se naglo prekinuti u svemiru, kao što to čine svjetlosni mačevi u Ratovima zvijezda. Zraka svjetlosti ne može se zaustaviti, ona je uvijek u pokretu; pravi svjetlosni mač otišao bi daleko u nebo.
Zapravo postoji način da se od plazme ili pregrijanog ioniziranog plina napravi neka vrsta svjetlosnog mača. Ako se plazma dovoljno zagrije, ona će usput svijetliti i rezati čelik. Plazma svjetlosni mač mogao bi biti tanka teleskopska cijev koja se proteže od ručke.
Vruća plazma pušta se u cijev iz ručke koja zatim izlazi kroz male rupe duž cijele duljine "oštrice". Plazma se uzdiže iz drške duž oštrice i izlazi u dugački, užareni cilindar pregrijanog plina, dovoljno vruć da rastopi čelik. Takav se uređaj ponekad naziva plazma baklja.
Dakle, možemo stvoriti visokoenergetski uređaj koji nalikuje svjetlosnom maču. Ali ovdje ćete, kao u situaciji s zračnim puškama, prvo morati nabaviti snažnu prijenosnu bateriju. Dakle, ili koristite nanotehnologiju za stvaranje minijaturne baterije koja vaš svjetlosni mač može opskrbiti ogromnom količinom energije, ili ga morate spojiti na izvor napajanja dugim kabelom.
Dakle, iako se zračni puške i svjetlosni mačevi danas mogu izrađivati u nekom obliku, ručno oružje koje vidimo u znanstveno-fantastičnim filmovima nije moguće uz trenutno stanje tehnike. Ali kasnije u ovom stoljeću, ili možda u idućem, razvoj znanosti o materijalima i nanotehnologiji mogao bi dovesti do stvaranja jedne ili druge vrste zračnog oružja, što nam omogućuje da ga definiramo kao nemogućnost klase I.
Energija za Zvijezdu smrti
Da biste izgradili Zvijezdu smrti, laserski top sposoban uništiti čitav planet i donijeti teror u galaksiju, kao što je prikazano u Ratovima zvijezda, morate stvoriti najmoćniji laser koji se može zamisliti. Trenutno se najmoćniji laseri na Zemlji vjerojatno koriste za postizanje temperatura koje se u prirodi mogu naći samo u jezgrama zvijezda. Možda će nam ovi laseri i fuzijski reaktori koji se temelje na njima jednog dana pomoći na Zemlji da iskoristimo zvjezdane energije.
U fuzijskim reaktorima znanstvenici pokušavaju reproducirati procese koji se odvijaju u svemiru tijekom stvaranja zvijezde. U početku se zvijezda čini kao ogromna kugla neoblikovanog vodika. Tada gravitacijske sile stisnu plin i time ga zagriju; postupno temperatura unutra doseže astronomske vrijednosti. Primjerice, duboko u srcu zvijezde temperatura se može popeti na 50-100 milijuna stupnjeva. Tamo je dovoljno vruće da se jezgre vodika slijepe; u tom se slučaju pojavljuju jezgre helija i oslobađa se energija. U procesu stapanja helija iz vodika, mali dio mase pretvara se u energiju prema Einsteinovoj poznatoj formuli E = mc2. To je izvor iz kojeg zvijezda crpi energiju.
Znanstvenici trenutno pokušavaju iskoristiti energiju nuklearne fuzije na dva načina. Pokazalo se da je oba puta puno teže primijeniti nego što se prije mislilo.
Inercijalno ograničenje za lasersku fuziju
Prva metoda temelji se na takozvanom inercijskom ograničenju. Uz pomoć najsnažnijih lasera na Zemlji umjetno se stvara komad sunca u laboratoriju. Čvrsti neodimijski stakleni laser idealan je za reprodukciju najviših temperatura pronađenih samo u zvjezdanim jezgrama. U eksperimentu se koriste laserski sustavi veličine dobre tvornice; baterija lasera u takvom sustavu ispaljuje niz paralelnih zraka u dugački tunel. Te se snažne laserske zrake tada odbijaju od sustava malih zrcala postavljenih oko sfernog volumena. Ogledala precizno fokusiraju sve laserske zrake, usmjeravajući ih na sićušnu kuglicu materijala bogatog vodikom (kao što je litij deuterid, aktivni sastojak u vodikovoj bombi). Znanstvenici obično koriste kuglu veličine glave pin-a i tešku samo oko 10 mg.
Laserski bljesak trenutno zagrijava površinu kugle, uzrokujući da gornji sloj tvari ispari i kugla se naglo uruši. Ona se "sruši", a rezultirajući udarni val dosegne svoje samo središte i tjera temperaturu unutar kugle da skoči na milijune stupnjeva - razinu potrebnu za fuziju jezgri vodika da bi stvorile jezgre helija. Temperatura i tlak dosežu takve astronomske vrijednosti da je ispunjen Lawsonov kriterij, isti onaj koji se također ispunjava u jezgrama zvijezda i u eksplozijama vodikovih bombi. (Lawsonov kriterij navodi da se moraju postići određene razine temperature, gustoće i vremena zadržavanja kako bi se pokrenula reakcija termonuklearne fuzije u vodikovoj bombi, zvijezdi ili reaktoru.)
U procesu termonuklearne fuzije inercijskog zatvaranja oslobađa se ogromna količina energije, uključujući u obliku neutrona. (Temperatura litijevog deuterida može doseći 100 milijuna Celzijevih stupnjeva, a gustoća je dvadeset puta veća od olovne.) Iz kugle dolazi do rafala neutronskog zračenja. Neutroni padaju u sferni "pokrivač" tvari koja okružuje komoru reaktora i zagrijavaju je. Tada se dobivena toplina koristi za kuhanje vode, a para se već može koristiti za okretanje turbine i stvaranje električne energije.
Problem je, međutim, fokusiranje visokoenergijskih zraka i ravnomjerno širenje njihovog zračenja po površini malene kuglice. Prvi veći pokušaj laserske fuzije bio je Shiva, laserski sustav s dvadeset zraka izrađen u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Livermore (LLNL) i pokrenut 1978. godine (Shiva je višenaoružana božica hinduističkog panteona, koja podsjeća na laserski sustav s više zraka.) "Shiva" se pokazao obeshrabrujućim; unatoč tome, uz njegovu pomoć bilo je moguće dokazati da je laserska termonuklearna fuzija tehnički moguća. Kasnije je "Shiva" zamijenjen laserom "Nova", koji je deseterostruko nadmašio "Shivu" po snazi. No, "Nova" nije uspjela osigurati pravilno paljenje vodikove kugle. Ali,oba ova sustava otvorila su put ciljanim istraživanjima u novom Nacionalnom postrojenju za paljenje (NIF), čija je izgradnja započela u LLNL-u 1997.
Očekuje se da će NIF započeti s radom 2009. godine. Ovaj monstruozni stroj je baterija od 192 lasera, koji u kratkom impulsu proizvode ogromnu snagu od 700 bilijuna vata (ukupna snaga otprilike 70.000 velikih nuklearnih elektrana). To je vrhunski laserski sustav dizajniran posebno za cjelovitu fuziju kuglica zasićenih vodikom. (Kritičari također ukazuju na njegovo očito vojno značenje - uostalom, takav je sustav sposoban simulirati proces detoniranja vodikove bombe; možda će stvoriti novu vrstu nuklearnog oružja - bombu koja se temelji isključivo na procesu fuzije, a kojoj više nije potreban atomski naboj urana ili plutonija za detonaciju.)
No, čak ni sustav NIF, osmišljen kako bi osigurao proces termonuklearne fuzije i uključuje najsnažnije lasere na Zemlji, ne može se ni izdaleka usporediti po snazi s razornom snagom Zvijezde smrti, poznate nam iz Ratova zvijezda. Da bismo stvorili takav uređaj, morat ćemo potražiti druge izvore energije.
Magnetsko zatvaranje za fuziju
Druga metoda koju bi znanstvenici u načelu mogli upotrijebiti za energiziranje smrtnih slučajeva poznata je pod nazivom magnetsko zatočenje - postupak kojim magnetsko polje drži vruću vodikovu plazmu na mjestu.
Ova će metoda, vrlo vjerojatno, poslužiti kao prototip za prve komercijalne termonuklearne reaktore. Trenutno je najnapredniji projekt ove vrste Međunarodni termonuklearni eksperimentalni reaktor (ITER). 2006. godine nekoliko je zemalja (uključujući Europsku uniju, Sjedinjene Države, Kinu, Japan, Koreju, Rusiju i Indiju) odlučilo izgraditi takav reaktor u Cadaracheu na jugu Francuske. U njemu se vodik mora zagrijati do 100 milijuna Celzijevih stupnjeva. Moguće je da će ITER postati prvi fuzijski reaktor u povijesti koji će moći proizvesti više energije nego što je potroši. Dizajniran je za proizvodnju 500 MW snage u 500 sekundi (trenutni rekord je 16 MW u jednoj sekundi). Planirano je da se prva plazma proizvodi na ITER-u do 2016. godine,a instalacija će u potpunosti biti operativna 2022. Projekt je vrijedan 12 milijardi dolara i treći je najskuplji znanstveni projekt u povijesti (nakon projekta Manhattan i Međunarodne svemirske stanice).
Izgleda da instalacija ITER izgleda poput velike krafne, opletene izvana s ogromnim prstenovima električnog namota; vodik cirkulira unutar krafne. Namot se hladi do stanja supravodljivosti, a zatim se u njega pumpa ogromna količina električne energije stvarajući magnetsko polje koje zadržava plazmu unutar krafne. Kada se električna struja provede izravno kroz krafnu, plin unutar nje zagrijava se do zvjezdanih temperatura.
Razlog zašto su znanstvenici toliko zainteresirani za projekt ITER jednostavan je: u budućnosti obećava stvaranje jeftinih izvora energije. Fuzijske reaktore napaja obična morska voda bogata vodikom. Pokazalo se, barem na papiru, da nam termonuklearna fuzija može pružiti jeftin i neiscrpan izvor energije.
Pa zašto još uvijek nemamo fuzijske reaktore? Zašto je prošlo već nekoliko desetljeća - od trenutka iz 1950-ih. razvijen je dijagram procesa - ne možemo li dobiti stvarne rezultate? Problem je što je vodikovo gorivo nevjerojatno teško ravnomjerno stisnuti. U jezgrama zvijezda gravitacija prisiljava vodik da poprimi idealan sferni oblik, uslijed čega se plin zagrijava čisto i ravnomjerno.
Laserska termonuklearna fuzija u NIF-u zahtijeva da laserske zrake koje zapale površinu vodikove kugle budu potpuno jednake, a to je izuzetno teško postići. U instalacijama s magnetskim zatvaranjem, činjenica da magnetsko polje ima sjeverni i južni pol igra važnu ulogu; kao rezultat toga, izuzetno je teško stlačiti plin ravnomjerno u ispravnu kuglu.
Najbolje što možemo stvoriti je magnetsko polje u obliku krafne. Ali postupak kompresije plina je poput stiskanja balona u rukama. Svaki put kad stisnete loptu s jednog kraja, zrak je istiskuje na drugo mjesto. Kompresija lopte istovremeno i ravnomjerno u svim smjerovima nije lak zadatak. Vrući plin obično curi iz magnetske boce; prije ili kasnije dosegne stijenke reaktora i proces termonuklearne fuzije zaustavi. Zbog toga je tako teško dovoljno stlačiti vodik i držati ga stisnutim ni sekundu.
Za razliku od suvremenih nuklearnih elektrana, u kojima dolazi do cijepanja atoma, fuzijski reaktor neće proizvesti veliku količinu nuklearnog otpada. (Svaka od tradicionalnih nuklearnih elektrana proizvodi 30 tona izuzetno opasnog nuklearnog otpada godišnje. Nasuprot tome, nuklearni otpad iz fuzijskog reaktora bit će uglavnom radioaktivni čelik, koji će ostati nakon njegove demontaže.)
Ne treba se nadati da će termonuklearna fuzija u potpunosti riješiti energetske probleme Zemlje u bliskoj budućnosti. Francuz Pierre-Gilles de Gennes, nobelovac za fiziku, kaže: „Kažemo da ćemo staviti sunce u kutiju. Dobra ideja. Problem je u tome što ne znamo kako napraviti ovu kutiju. No, istraživači se nadaju da će, ako sve bude u redu, za četrdeset godina ITER pomoći znanstvenicima da utru put komercijalnoj proizvodnji termonuklearne energije - energije koja bi jednog dana mogla osigurati električnu energiju za naše domove. Možda će nam jednog dana fuzijski reaktori omogućiti da na Zemlji sigurno koristimo zvjezdanu energiju i time ublažimo naše energetske probleme. Ali čak ni magnetno ograničeni termonuklearni reaktori neće moći pokretati oružje poput Zvijezde smrti. To će zahtijevati potpuno novi razvoj.
Rendgenski laseri s nuklearnom pumpom
Postoji još jedna mogućnost izrade laserskog topa Zvijezde smrti, temeljenog na današnjoj tehnologiji - pomoću vodikove bombe. Baterija rendgenskih lasera, koja koristi i fokusira snagu nuklearnog oružja, mogla bi, u teoriji, pružiti dovoljno energije za rad uređaja sposobnog za detonaciju cijelog planeta.
Nuklearne reakcije oslobađaju oko 100 milijuna puta više energije po jedinici mase od kemijskih. Komad obogaćenog urana koji nije veći od teniske lopte bio bi dovoljan da u vatrenom vihoru izgori čitav grad, unatoč činjenici da se samo 1% mase urana pretvara u energiju. Kao što smo rekli, postoji mnogo načina za pumpanje energije u radnu tekućinu lasera, a time i u lasersku zraku. Najsnažnija od ovih metoda - daleko moćnija od bilo koje druge - je iskorištavanje energije nuklearne bombe.
Rentgenski laseri su od ogromne važnosti, kako vojne, tako i znanstvene. Vrlo kratka valna duljina rendgenskog zračenja omogućuje upotrebu takvih lasera za sondiranje na atomskoj udaljenosti i dešifriranje atomske strukture složenih molekula, što je izuzetno teško izvesti konvencionalnim metodama. Sposobnost da "vide" atome u pokretu i da razlikuju njihovo mjesto unutar molekule čini nas da na potpuno nove načine gledamo na kemijske reakcije.
Vodikova bomba emitira ogromnu količinu energije u obliku X-zraka, pa se rentgenski laseri mogu pumpati energijom nuklearne eksplozije. U znanosti su rentgenski laseri najuže povezani s Edwardom Tellerom, "ocem" vodikove bombe.
Inače, bio je to Teller pedesetih godina. svjedočio je pred Kongresom da Robertu Oppenheimeru, koji je prethodno vodio projekt Manhattan, zbog njegovih političkih stavova ne može biti povjeren daljnji rad na vodikovoj bombi. Tellerovo svjedočenje rezultiralo je klevetom Oppenheimera i uskraćivanjem pristupa povjerljivom materijalu; mnogi ugledni fizičari to nikada nisu mogli oprostiti Telleru.
(Moji osobni kontakti s Tellerom započeli su u srednjoj školi. Zatim sam proveo niz eksperimenata o prirodi antimaterije, osvojio glavnu nagradu na Sajmu znanosti u San Franciscu i putovanje na Nacionalni sajam znanosti u Albuquerqueu u Novom Meksiku. Zajedno s Tellerom, koji su uvijek obraćali pažnju na nadarene mlade fizičare, sudjelovao sam u programu lokalne televizije. Kasnije sam od Tellera dobio inženjersku stipendiju nazvanu po Hertzu, koja mi je pomogla da platim studij na Harvardu. Nekoliko puta godišnje odlazio sam u Tellerov dom u Berkeley i tamo upoznao svoju obitelj izbliza.)
U principu, Tellerov rendgenski laser mala je nuklearna bomba okružena bakrenim šipkama. Eksplozija nuklearnog oružja generira sferni eksplozijski val intenzivnog zračenja X-zrakama. Te visokoenergijske zrake prolaze kroz bakrene šipke, koje djeluju kao radna tekućina lasera i usmjeravaju energiju X-zraka u moćne zrake. Rezultirajući X-zraci tada se mogu usmjeriti na neprijateljske bojeve glave. Naravno, takav se uređaj može koristiti samo jednom, budući da bi nuklearna eksplozija samorazorila rentgenski laser.
Prvo rendgensko lasersko ispitivanje, nazvano Cabra test (Cabra), provedeno je 1983. Vodikova bomba aktivirana je u podzemnom rudniku, a zatim je slučajni tok X-zraka iz njega fokusiran i pretvoren u koherentnu rendgensku lasersku zraku. U početku je utvrđeno da su testovi bili uspješni; zapravo je taj uspjeh 1983. nadahnuo predsjednika Reagana da povijesno izjavi o namjeri da izgradi obrambeni štit od Ratova zvijezda. Time je pokrenut program vrijedan više milijardi dolara za izgradnju mreže uređaja poput rentgenskih lasera s nuklearnom pumpom za obaranje neprijateljskih ICBM-a. Rad na ovom programu nastavlja se i danas. (Kasnije se ispostavilo da je senzor dizajniran za registraciju i mjerenje zračenja tijekom povijesnog testa,je uništeno; stoga se njegovom svjedočenju nije moglo vjerovati.)
Je li doista moguće oboriti bojeve glave balističkih projektila s tako netrivijalnim uređajem? Nije isključeno. Ali ne treba zaboraviti da neprijatelj može smisliti mnogo jednostavnih i jeftinih načina za neutraliziranje takvog oružja (na primjer, mogao bi se zavarati radar ispaljivanjem milijuna jeftinih mamaca; ili natjerati bojnu glavu da se na taj način rasprši X-zrake; ili smisliti kemijski premaz koji zaštitila bi bojnu glavu od rendgenskog zračenja). Na kraju, neprijatelj je jednostavno mogao masovno proizvoditi bojeve glave koje bi probijale štit Zvjezdanih ratova samo njihovim brojnim brojevima.
Stoga rentgenski laseri s nuklearnom pumpom trenutno nisu u mogućnosti zaštititi od raketnog napada. No, je li moguće na njihovoj osnovi stvoriti Zvijezdu smrti sposobnu uništiti čitav planet ili postati učinkovito sredstvo zaštite od približavanja asteroida?
Fizika zvijezde smrti
Je li moguće stvoriti oružje sposobno za uništenje cijelog planeta, kao u Ratovima zvijezda? U teoriji je odgovor jednostavan: da. I to na nekoliko načina.
Nema fizičkih ograničenja za energiju koja se oslobađa detonacijom vodikove bombe. Ovako to ide. (SAD detaljno opisuje hidrogensku bombu i danas klasificira kao najvišu kategoriju tajnosti, ali općenito je njen uređaj dobro poznat.) Vodikova bomba izrađuje se u nekoliko faza. Kombinacijom pravog broja stupnjeva u pravom slijedu možete dobiti nuklearnu bombu gotovo bilo koje unaprijed određene snage.
Prva faza je standardna fisiona bomba ili atomska bomba; koristi energiju urana-235 za stvaranje rentgenskog rafala, kao što se dogodilo u Hirošimi. Dijelić sekunde prije nego što eksplozija atomske bombe sve raznese na komadiće, pojavljuje se sve veća sfera snažnog rendgenskog impulsa. Ovo zračenje nadmašuje stvarnu eksploziju (jer se kreće brzinom svjetlosti); uspijevaju ga ponovno fokusirati i poslati u spremnik s litij deuteridom, aktivnom tvari vodikove bombe. (Točno kako se to radi još uvijek je državna tajna.) X-zrake padaju na litijev deuterid, što uzrokuje njegovo trenutno urušavanje i zagrijavanje na milijune stupnjeva, što uzrokuje drugu eksploziju, puno snažniju od prve. Rentgenski rafal koji je rezultat ove druge eksplozijetada se možete ponovno usredotočiti na drugu šaržu litij deuterida i izazvati treću eksploziju. Evo principa po kojem možete postaviti brojne spremnike s litijevim deuteridom jedan do drugog i dobiti vodikovu bombu nezamislive snage. Dakle, najmoćnija bomba u povijesti čovječanstva bila je dvostupanjska vodikova bomba, koju je 1961. aktivirao Sovjetski Savez. Tada je došlo do eksplozije kapaciteta 50 milijuna tona ekvivalenta TNT-a, iako je teoretski ova bomba bila sposobna dati snagu veću od 100 megatona TNT-a (što je oko 5000 puta više od snage bombe bačene na Hirošimu).najmoćnija bomba u ljudskoj povijesti bila je dvostupanjska vodikova bomba, koju je 1961. aktivirao Sovjetski Savez. Tada je došlo do eksplozije kapaciteta 50 milijuna tona ekvivalenta TNT-a, iako je teoretski ova bomba mogla dati snagu veću od 100 megatona TNT-a (što je oko 5000 puta više od snage bombe bačene na Hirošimu).najmoćnija bomba u ljudskoj povijesti bila je dvostupanjska vodikova bomba, koju je 1961. aktivirao Sovjetski Savez. Tada je došlo do eksplozije kapaciteta 50 milijuna tona ekvivalenta TNT-a, iako je teoretski ova bomba bila sposobna dati snagu veću od 100 megatona TNT-a (što je oko 5000 puta više od snage bombe bačene na Hirošimu).
Međutim, potrebne su potpuno druge moći da bi se zapalio čitav planet. Da bi to učinila, Zvijezda smrti bi morala lansirati tisuće takvih rendgenskih lasera u svemir, koji bi potom morali istodobno ispaljivati. (Za usporedbu, u jeku hladnog rata, Sjedinjene Države i Sovjetski Savez pohranili su po 30.000 nuklearnih bombi.) Kombinirana energija tako velikog broja rendgenskih lasera bila bi dovoljna da zapali površinu planeta. Stoga bi Galaktičko Carstvo budućnosti, stotinama tisuća godina udaljeno od nas, moglo, naravno, stvoriti takvo oružje.
Za visoko razvijenu civilizaciju postoji još jedan način: stvoriti Zvijezdu smrti koja bi koristila energiju kozmičkog izvora izbijanja gama zraka. Iz takve Zvijezde smrti proizlazio bi rafal zračenja, drugi samo nakon Velikog praska na vlasti. Izvori rafalnih zračenja prirodni su fenomen, postoje u svemiru; unatoč tome, moguće je da bi jednog dana napredna civilizacija mogla iskoristiti njihovu ogromnu energiju. Moguće je da ćemo, ako preuzmemo kontrolu nad rotacijom zvijezde mnogo prije njezinog kolapsa i rođenja hipernove, tada biti moguće usmjeriti "pucanj" izvora izbijanja gama-zraka na bilo koju točku u svemiru.
Izvori izbijanja gama zraka
Kozmički izvori GRB-a prvi su put primijećeni 1970-ih. na satelitima Vela koje je lansirala američka vojska, dizajniranim za otkrivanje "dodatnih bljeskova" - dokaza o ilegalnoj eksploziji nuklearne bombe. No, umjesto raketiranja na Zemljinoj površini, sateliti su otkrili divovske rafalne zrake iz svemira. Prvo otkriće iznenađenja izazvalo je paniku u Pentagonu: Ispituju li Sovjeti novo nuklearno oružje u dubokom svemiru? Kasnije je utvrđeno da rafali dolaze ravnomjerno iz svih smjerova nebeske sfere; to je značilo da u galaksiju Mliječni put zapravo dolaze izvana. Ali, ako pretpostavimo doista izvangalaktičko podrijetlo rafala, tada će njihova snaga ispasti doista astronomska - uostalom, oni su u stanju "osvijetliti" cijeli vidljivi svemir.
Nakon raspada Sovjetskog Saveza 1990. godine, Pentagon je neočekivano deklasificirao ogromnu količinu astronomskih podataka. Astronomi su bili zapanjeni. Odjednom su shvatili da se suočavaju s novom tajnovitom pojavom od onih koje su s vremena na vrijeme prisiljene prepraviti udžbenike i priručnike.
Trajanje izbijanja gama zraka kratko je, u rasponu od nekoliko sekundi do nekoliko minuta, pa je potreban pažljivo organiziran senzorski sustav da bi se otkrili i analizirali. Prvo, sateliti registriraju rafal gama zračenja i šalju točne koordinate izvora na Zemlju. Dobivene koordinate prenose se na optičke ili radio teleskope, koji pak ciljaju na određenu točku u nebeskoj sferi.
Iako trenutno nije sve poznato o eksplozijama gama zraka, jedna od teorija o njihovom podrijetlu kaže da su izvori eksplozija gama zraka "hipernove" izvanredne snage, a iza sebe ostavljaju masivne crne rupe. U ovom slučaju ispada da su izvori gama-zračenja monstruozne crne rupe u fazi formiranja.
Ali crne rupe emitiraju dva mlaza, dvije struje zračenja, s južnog pola i sa sjevernog, poput vrtače. Zračenje provale gama zraka, koje smo registrirali, pripada, očito, jednom od tih tokova - onome za koji se ispostavilo da je usmjeren prema Zemlji. Da je tok gama zračenja iz takvog izvora usmjeren točno na Zemlju, a sam izvor bio u našoj galaktičkoj blizini (na udaljenosti od nekoliko stotina svjetlosnih godina od Zemlje), njegova snaga bila bi dovoljna da u potpunosti uništi život na našem planetu.
Prvo, elektromagnetski impuls stvoren rendgenskim zrakama iz izvora provale gama zraka onemogućio bi svu elektroničku opremu na Zemlji. Snažni snop X-zraka i gama zračenja nanio bi nepopravljivu štetu zemljinoj atmosferi, uništavajući zaštitni ozonski omotač. Tada bi struja gama zraka zagrijala površinu Zemlje, uzrokujući čudovišne vatrene oluje koje bi na kraju zahvatile čitav planet. Možda izvor rafala gama-zraka ne bi raznio planet, kao što je prikazano u filmu "Ratovi zvijezda", ali bi sigurno uništio sav život na njemu, ostavljajući za sobom pougljenu pustinju.
Može se pretpostaviti da će civilizacija koja nas je pretekla u razvoju stotinama milijuna godina naučiti usmjeravati takve crne rupe na željenu metu. To se može postići učenjem upravljanja kretanjem planeta i neutronskih zvijezda i usmjeravanjem prema umirućoj zvijezdi pod točno izračunatim kutom neposredno prije kolapsa. Relativno malo napora bit će dovoljno za skretanje osi rotacije zvijezde i usmjeravanje u željenom smjeru. Tada će se umiruća zvijezda pretvoriti u najveći snop topa koji se može zamisliti.
Rezimirati. Korištenje snažnih lasera za stvaranje prijenosnog ili ručnog snopa oružja i svjetlosnih mačeva treba klasificirati kao nemogućnost klase I - najvjerojatnije će to postati moguće u bliskoj budućnosti ili, recimo, u sljedećih stotinu godina. No, izuzetno težak zadatak usmjeravanja rotirajuće zvijezde prije eksplozije i pretvaranja u crnu rupu, tj. Pretvaranja u Zvijezdu smrti, treba smatrati nemogućnošću klase II - nečim što nije jasno u suprotnosti sa zakonima fizike (uostalom, izvori gama-zračenja postoje u stvarnosti), ali se može ostvariti tek daleko u budućnosti, nakon tisuća ili čak milijuna godina.
Iz knjige: "Fizika nemogućeg".
