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激光筆 LASER POINTER

Q.如果地球上所有人都拿著激光筆同時照向月亮,月亮的顏色會發生變化嗎?

——彼得·利波維奇


A.不會——如果你用的是一般的激光筆的話。

首先你要考慮這麼一個問題,那就是不是所有人都能同時看到月亮。

我們可以讓所有人都擠在一個地方,但我們還是先挑一個盡可能多的人口能看到月亮的時刻吧。由於全世界75%的人口都住在0度和東經120度之間,因此不妨把這個時刻定為月亮位於阿拉伯海附近的時候。

下一個問題是要朝新月還是滿月照激光筆。新月要暗一些,這樣更容易看到激光筆照射的效果。但是新月大多出現在白天,這又抵消了它之前的優勢。

所以我們還是選擇半月的時候吧,這樣我們就可以很容易地比較激光筆照射在亮半邊和暗半邊的結果。

紅色激光筆標準功率約為5毫瓦,好點兒的激光筆射出的足夠平行的光柱能夠照到月亮上,雖然此時形成的光斑仍然會散開成很大一塊區域,面積接近月球截面的大半。在光線飛往月球的途中,大氣層會略微扭曲一下,還會吸收掉一部分,但絕大多數光還是能夠順利抵達月球。

不妨假設所有人的瞄準精度都足夠照到月球,但也沒法更精確了,所有的光束均勻分佈於月球表面。

格林威治時間午夜過後半個小時,所有人都按下了開關。

效果是這樣的:

不給力啊!

這個結果不足為奇。太陽輻射到月球上的能量是每平方米1000多瓦。月球的截面積約為1013平方米,也就是說月球接收到的太陽輻射總功率為1016瓦,平均到每個人頭上就是2兆瓦,完爆我們手中的5毫瓦激光筆。誠然每個人的激光筆的功效都有所不同,但這對整體結果幾乎沒有任何影響。

1瓦的激光筆非常危險。它不僅足以讓你失明,還能燒傷你的皮膚,或者把東西點燃。很明顯,在美國普通消費者買這玩意兒應該是非法的。

開玩笑啦!你花上300美元就能買到一支,只要在網上搜索「1瓦手持激光」就能找到。

所以假設我們花了2萬億給每個人都買了一支1瓦的激光筆。(供總統候選人備忘:這個政策肯定能贏得我這一票。)現在這種激光筆不僅功率更大,而且綠色的光柱會更接近可視光譜的中端,人眼對綠色更加敏感,因而會感覺看上去亮了一些。

換了新裝備之後效果如下:

還是不給力啊!

我們用的所有激光筆加起來只能產生5弧分寬、150流明照度(比絕大多數手電筒都亮)的光柱。這個光柱能讓月球的可視表面增加約0.5流明的照度,但太陽光線照射到月球上能夠產生13萬流明的照度。(就算我們所有人都照射同一個點,也只能讓月球10%的可視面積的照度提升大約6流明。)

相比之下,滿月時的月光照到地球上照度約為1流明,這意味著不僅從地球往月球看這束光不夠亮,甚至你站在月球上往地球看,看到的光柱還沒有照在地球上的月光亮。

隨著鋰電池技術和LED照明技術在過去10年間的大幅進步,高亮度手電筒開始大量出現。但很明顯手電筒還是不給力,所以我們直接略過手電筒,給每個人發一台「夜太陽」。

你可能從沒聽說過這個名字,但在電影裡你應該看到過它。它就是裝在警車上或海岸警衛隊直升機上的搜索大燈。它的照度可達5萬流明,能讓一塊區域看上去就像在白天一樣。

這種光一般發散角度有好幾度,所以我們需要用一些聚光鏡片來把光束髮散程度限制在0.5度以內,這樣才能照到月球上。

可能看不大出來,但我們其實是有進步了!這股光束將產生20流明的照度,是月球暗的那一半的亮度的2倍!不過,效果還是不明顯,而且亮的那一半顯然沒受什麼影響。

這次讓我們把夜太陽換成IMAX電影的投影機陣列,它由2台水冷的3萬瓦大燈組成,總輸出可超過一百萬流明。

還是幾乎看不出區別。

拉斯維加斯的盧克索酒店頂部裝有全世界最強力的聚光燈。假設每個人手中都拿著一台,然後再用一個透鏡陣列把所有的光束都聚焦到月球上。

這次效果明顯多了,目標達成!幹得漂亮!

好吧……

美國國防部研發了一種兆瓦級的激光器,用來攔截並摧毀尚在中段飛行的來襲導彈。

波音YAL-1激光器是一個裝在波音747上兆瓦級別的氧碘化學激光器。它發出的是近紅外激光,因而無法直接用肉眼看到,但我們不妨假設我們造了一台同等能量的可見光激光器。

終於能和陽光媲美了!

但我們也在消耗5拍瓦1的功率,相當於全世界平均用電量的2倍。

好吧,我們這次在整個亞洲以每平方米1台兆瓦級激光器的密度放置所有的激光器,光給這50萬億台激光器提供能量就能在大約2分鐘內耗盡地球上所有原油儲備。但在這2分鐘時間內,月球看上去是這個樣子的:

整個月球將會和正午的太陽一樣亮,2分鐘後,月球的風化層會被加熱到熾熱的狀態。

好吧,我們又朝瘋狂更進一步了。

世界上最強大的激光是美國國家點火裝置(一處核聚變研究實驗室)中的約束激光束。它能產生功率高達500太瓦2的遠紫外線激光。不過它的點火時間只持續幾納秒,因而它所釋放出來的總能量約合四分之一杯汽油。

假設我們找到了一個辦法能夠讓它持續不斷地輸出能量,然後人手發一套,把它們都對準月球。不幸的是,激光發出的能量首先會把地球大氣層變成等離子體,瞬時引燃整個地球,殺光全人類。

但我們不妨假設通過某種方法,激光穿過了大氣層而不受影響。可是在這種情況下,地球還是會燒起來。從月球反射回來的光會比正午的太陽亮4000倍。此時的月光能在不到一年的時間裡燒開整個地球上的海水。

但先不去管地球,月球會發生什麼?

激光本身造成的輻射壓力足以讓月球產生一千萬分之一倍重力加速度。這個加速度在短期可能沒什麼明顯影響,但經年累月它會慢慢把月球推離地球軌道……

……如果輻射壓力是唯一的力的話。

4千萬焦耳的能量就能氣化1千克的石頭。假設月球岩石的平均密度約為每立方米3千克,那麼激光發射出的能量將會以每秒4米的速度氣化月球的基巖。

但真實情況下月球的基巖不會氣化得那麼快,這其中有個很重要的原因。當一塊石頭被氣化後,它並沒有憑空消失。月球的表層會變成等離子體,而這層等離子體將把剩餘的表面和激光束隔離開來。

我們射出的激光束會往等離子體中輸入越來越多的能量,等離子體也會變得越來越熱。其中的粒子會相互彈來彈去,轟擊月球表面,最終以驚人的速度射向太空。

這股噴射出來的物質實際上相當於把整個月球表面變成了一具火箭發動機,還是非常高效的那種。像這樣轟擊材料表面的方法叫作激光燒蝕,而我們發現它是一種很有前途的航空推進技術。

月球質量巨大,但慢慢地岩石產生的等離子體將會不可避免地將它推離地球。(產生的噴射流也會蕩平地球朝向月球的那一面,並摧毀所有激光器。但我們現在不妨假裝這些激光器刀槍不入。)這些等離子體也會把月球表面一層層撕扯開來,但這一過程過於複雜,難以模擬。

但我們不妨瞎猜一回,令等離子體中的粒子以平均每秒500千米的速度射向太空。這樣不出幾個月,月球就會被推到激光的有效射程之外。月球的大部分質量得以保留,但會逃離地球的引力場,進入一個環繞太陽的不對稱軌道。

嚴格說來,按照國際天文學聯盟定義,月球不會變成一顆新的行星。由於它的新軌道與地球軌道有交叉,它會被歸類為像冥王星那樣的矮行星。與地球軌道的交錯使得月球的新軌道產生不可預測的攝動3,它最終的命運不是一頭撞入太陽之中,就是被彈射到太陽系之外,或者轟然撞上太陽系中的某顆行星——很有可能就是地球。我想我們都會贊同,這種情況下我們真的是自作自受。

這回夠給力了吧。

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1.譯註:1拍瓦=1015瓦

2.譯註:1太瓦=1012瓦

3.譯註:一個天體繞另一個天體轉動時,因受到其他因素的影響,偏離原來的軌道的現象。