Bintang Kematian adalah senjata kolosal seukuran bulan yang baik. Menembak langsung di planet Alderaan yang tidak berdaya, tanah air Putri Leia, Bintang Kematian benar-benar menghancurkannya. Planet ini lenyap dalam nyala api ledakan raksasa, puing-puing tersebar di seluruh tata surya. Satu miliar jiwa secara bersamaan menjerit kesakitan, menyebabkan kemarahan the Force yang dirasakan di mana pun di galaksi.
Tapi apakah senjata seperti Death Star dari film Star Wars benar-benar mungkin? Apakah mungkin untuk mengatur dan mengarahkan baterai meriam laser sehingga seluruh planet menguap sebagai hasilnya? Bagaimana dengan lightsaber terkenal yang dipegang Luke Skywalker dan Darth Vader, yang merupakan seberkas cahaya tetapi dapat dengan mudah memotong baja lapis baja? Akankah rayguns, seperti phaser dalam Star Trek, menjadi senjata yang tepat untuk penegak hukum dan tentara generasi mendatang?
Efek khusus Star Wars yang baru, orisinal, dan mencengangkan membuat kesan yang menarik pada jutaan pemirsa, tetapi para kritikus memiliki pendapat yang berbeda. Beberapa dari mereka berpendapat bahwa ya, tentu saja, pembuat film dengan tulus berusaha menghibur penonton, tetapi kenyataannya, hal seperti itu sama sekali tidak mungkin. Kritikus tidak pernah bosan mengulang seperti mantra: meriam sinar seukuran bulan, yang mampu meniup seluruh planet menjadi potongan-potongan kecil, adalah sesuatu yang belum pernah terdengar; pedang dari berkas cahaya yang tiba-tiba mengeras juga tidak mungkin. Semua ini terlalu berlebihan bahkan untuk galaksi yang jauh dan jauh. Kali ini, George Lucas, ahli efek khusus yang terkenal, tergelincir sedikit.
Mungkin sulit dipercaya, tetapi jumlah energi yang tidak terbatas dapat "dimasukkan" ke dalam berkas cahaya; tidak ada batasan fisik. Penciptaan Bintang Kematian atau lightsaber tidak bertentangan dengan hukum fisika apa pun. Apalagi pancaran radiasi gamma yang mampu meledakkan planet ini sebenarnya ada di alam. Ledakan raksasa radiasi yang dihasilkan oleh sumber semburan sinar gamma yang jauh dan misterius mampu menciptakan ledakan di luar angkasa, yang kedua setelah Big Bang itu sendiri. Planet mana pun yang berhasil melihat "pistol" seperti itu sebenarnya akan digoreng atau dihancurkan.
Senjata balok dalam sejarah
Impian untuk memanfaatkan energi radiasi bukanlah hal baru sama sekali; akarnya kembali ke agama dan mitologi kuno. Dewa Yunani Zeus terkenal karena menembak manusia dengan petir. Dewa utara Thor memegang palu ajaib, Mjellnir, yang mampu melempar petir, sedangkan Dewa Hindu Indra menembakkan sinar energi dari tombak ajaib.
Ide sinar sebagai senjata praktis nyata pertama kali muncul dalam karya matematika besar Yunani Archimedes, mungkin ilmuwan terbesar zaman kuno, yang berhasil mengembangkan versinya sendiri dari kalkulus diferensial primitif dua ribu tahun sebelum Newton dan Leibniz. Diyakini bahwa dalam pertempuran legendaris tahun 214 SM. melawan pasukan jenderal Romawi Marcellus selama Perang Punisia Kedua, Archimedes, membantu mempertahankan kerajaan Syracuse, membangun baterai reflektor matahari yang besar, memfokuskan sinar matahari pada layar kapal musuh dan kemudian membakarnya. (Para ilmuwan masih memperdebatkan apakah senjata sinar seperti itu benar-benar dapat bekerja; beberapa kelompok ilmuwan telah mencoba, dengan hasil yang berbeda-beda, untuk meniru pencapaian ini.)
Video promosi:
Beam gun menghantam halaman fiksi ilmiah pada tahun 1889 dengan klasik War of the Worlds karya HG Wells. Dalam novel ini, alien dari Mars menghancurkan seluruh kota dengan mengarahkan pancaran energi panas dari meriam yang dipasang di tripod ke mereka. Selama Perang Dunia II, Nazi selalu siap untuk meneliti dan mengadopsi kemajuan teknologi terbaru untuk menggunakannya untuk menaklukkan dunia, juga bereksperimen dengan berbagai jenis senjata sinar, termasuk perangkat akustik yang memfokuskan sinar suara yang kuat menggunakan cermin parabola.
Senjata tersebut, yang merupakan berkas cahaya terfokus, menangkap imajinasi publik setelah rilis film James Bond Goldfinger; itu adalah film Hollywood pertama yang menampilkan laser. (Di dalamnya, mata-mata Inggris yang legendaris diikat ke meja logam, dan sinar laser yang kuat perlahan mendekatinya, secara bertahap melelehkan meja di antara kedua kakinya dan mengancam akan memotong pahlawan menjadi dua.)
Awalnya, fisikawan hanya menertawakan gagasan senjata sinar, yang diungkapkan dalam novel Wells, karena senjata semacam itu melanggar hukum optik yang diketahui. Menurut persamaan Maxwell, cahaya yang kita lihat di sekitar kita tidak koheren (yaitu, kumpulan gelombang dengan frekuensi dan fase yang berbeda) dan dengan cepat menghilang. Dulu diyakini bahwa berkas cahaya yang koheren, fokus, dan seragam - seperti sinar laser - tidak mungkin dicapai.
Revolusi kuantum
Semuanya berubah setelah munculnya teori kuantum. Sudah di awal abad XX. menjadi jelas bahwa, meskipun hukum Newton dan persamaan Maxwell sangat berhasil menggambarkan gerakan planet dan perilaku cahaya, ada satu kelompok fenomena yang tidak dapat dijelaskan. Sayangnya, mereka tidak mengatakan apa-apa tentang mengapa bahan menghantarkan listrik, mengapa logam meleleh pada suhu tertentu, mengapa gas memancarkan cahaya saat dipanaskan, mengapa beberapa zat menjadi superkonduktif pada suhu rendah. Untuk menjawab semua pertanyaan ini, Anda perlu memahami dinamika internal atom. Revolusi sudah matang. Fisika Newtonian, setelah 250 tahun dominasi, menunggu penggulingannya; Pada saat yang sama, runtuhnya berhala lama seharusnya menjadi pertanda dimulainya kesulitan kerja fisika baru.
Pada tahun 1900, Max Planck di Jerman mengemukakan bahwa energi tidak kontinu, seperti yang diyakini Newton, tetapi ada dalam bentuk "bagian" diskrit kecil yang disebut "kuanta". Kemudian, pada tahun 1905, Einstein mendalilkan bahwa cahaya juga terdiri dari paket diskrit kecil (atau kuanta) ini, yang kemudian disebut foton. Dengan ide sederhana namun kuat ini, Einstein mampu menjelaskan efek fotolistrik, yaitu mengapa logam, ketika diiradiasi dengan cahaya, memancarkan elektron. Saat ini, efek fotolistrik dan foton menjadi dasar untuk televisi, laser, panel surya, dan banyak elektronik modern. (Teori foton Einstein begitu revolusioner sehingga bahkan Max Planck, yang biasanya sangat mendukung Einstein, pada awalnya tidak dapat mempercayainya. Planck menulis tentang Einstein: “Faktabahwa kadang-kadang dia merindukan … seperti, misalnya, yang dia lakukan dengan hipotesis kuanta cahaya, seseorang tidak dapat, dengan sepenuh hati, menyalahkannya. ")
Kemudian pada tahun 1913, fisikawan Denmark Niels Bohr memberi kita gambaran yang benar-benar baru tentang atom; Atom Bohr menyerupai miniatur tata surya. Tapi, tidak seperti tata surya yang sebenarnya, elektron dalam atom dapat bergerak di sekitar inti hanya dalam orbit atau kulit yang terpisah. Ketika sebuah elektron "melompat" dari satu kulit ke kulit lain, yang lebih dekat ke inti dan memiliki lebih sedikit energi, ia memancarkan energi foton. Sebaliknya, ketika sebuah elektron menyerap foton dengan energi tertentu, ia "melompat" lebih tinggi, ke kulit yang lebih jauh dari inti dan memiliki energi yang lebih tinggi.
Pada tahun 1925, dengan munculnya mekanika kuantum dan karya revolusioner Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, dan banyak lainnya, lahirlah teori atom yang hampir lengkap. Menurut teori kuantum, elektron adalah sebuah partikel, tetapi ia juga memiliki gelombang terkait, yang memberinya sifat-sifat partikel dan gelombang. Gelombang ini mengikuti apa yang disebut persamaan gelombang Schrödinger, yang memungkinkan untuk menghitung sifat-sifat atom, termasuk semua "lompatan" elektron yang didalilkan oleh Bohr.
Sampai tahun 1925, atom dianggap sebagai benda misterius; banyak, seperti filsuf Ernst Mach, sama sekali tidak percaya akan keberadaan mereka. Setelah 1925, manusia memiliki kesempatan tidak hanya untuk mempelajari dinamika atom secara mendalam, tetapi juga untuk memprediksi sifat-sifatnya dengan cukup andal. Anehnya, ini berarti bahwa dengan komputer yang cukup kuat, seseorang dapat menyimpulkan sifat-sifat unsur kimia langsung dari hukum teori kuantum. Sebagaimana fisika Newton, dengan mesin komputasi yang cukup besar, akan memungkinkan para ilmuwan menghitung gerakan semua benda langit di alam semesta, fisika kuantum, menurut para ilmuwan, pada prinsipnya memungkinkan untuk menghitung semua sifat unsur kimia alam semesta tanpa kecuali. Selain itu, memiliki komputer yang cukup kuat,seseorang dapat menyusun fungsi gelombang penuh manusia.
Masers dan laser
Pada tahun 1953, Profesor Charles Townes dari University of California di Berkeley, bersama rekan-rekannya, berhasil memperoleh pancaran pertama radiasi koheren, yaitu gelombang mikro. Perangkat itu disebut maser (maser - setelah huruf pertama dari kata-kata frase "gelombang mikro amplifikasi melalui emisi radiasi yang dirangsang", yaitu "amplifikasi gelombang mikro melalui stimulasi radiasi.") Kemudian, pada tahun 1964, Townes, bersama dengan fisikawan Rusia Nikolai Basov dan Alexander Prokhorov menerima Hadiah Nobel. Segera, hasil para ilmuwan diperluas ke cahaya tampak. Laser itu lahir. (Phaser, di sisi lain, adalah perangkat fantastis yang dipopulerkan oleh Star Trek.)
Dasar laser adalah media khusus yang benar-benar akan mengirimkan sinar laser; itu bisa berupa gas khusus, kristal atau dioda. Kemudian Anda perlu memompa energi ke lingkungan ini dari luar - menggunakan listrik, gelombang radio, cahaya, atau reaksi kimia. Masuknya energi yang tidak terduga menggairahkan atom dalam medium, menyebabkan elektron menyerap energi dan melompat ke kulit terluar yang berenergi lebih tinggi.
Dalam keadaan tereksitasi dan dipompa, medium menjadi tidak stabil. Jika, setelah itu, seberkas cahaya diarahkan melaluinya, maka foton berkas tersebut, bertabrakan dengan atom, akan menyebabkan pelepasan elektron mendadak ke orbit yang lebih rendah dan pelepasan foton tambahan. Foton-foton ini, pada gilirannya, akan menyebabkan lebih banyak elektron memancarkan foton - dan segera reaksi berantai atom "runtuh" ke keadaan tidak bersemangat akan dimulai dengan pelepasan sejumlah besar foton yang hampir bersamaan - triliunan dan triliunan foton - semuanya ke dalam berkas yang sama. Ciri mendasar dari proses ini adalah bahwa dalam beberapa zat, dengan pelepasan seperti longsoran salju, semua foton bergetar secara serempak, yaitu koheren.
(Bayangkan kartu domino berbaris dalam satu baris. Dalam keadaan energi terendah, setiap buku jari terletak rata di atas meja. Dalam keadaan berenergi tinggi, buku jari berdiri tegak, seperti atom yang digelembungkan pada suatu media. Dengan mendorong satu buku jari, Anda dapat menyebabkan pelepasan semua energi ini secara bersamaan, seperti sama seperti yang terjadi saat kelahiran sinar laser.)
Hanya sedikit bahan yang mampu bekerja di laser; ini berarti bahwa hanya dalam zat khusus ketika foton bertabrakan dengan atom yang tereksitasi, foton yang dipancarkan koheren dengan yang pertama. Sifat materi ini mengarah pada fakta bahwa semua foton dalam aliran yang muncul bergetar serempak, menciptakan sinar laser tipis. (Bertentangan dengan legenda populer, sinar laser tidak selalu setipis di awal. Misalnya, sinar laser yang ditembakkan ke Bulan secara bertahap akan mengembang di sepanjang jalan dan memberikan titik beberapa kilometer di seluruh permukaan Bulan.)
Laser gas sederhana adalah tabung yang diisi dengan campuran helium dan neon. Ketika listrik dilewatkan melalui tabung, atom menyerap energi dan menjadi tereksitasi. Kemudian, jika ada pelepasan tiba-tiba dari semua energi yang tersimpan di dalam gas, seberkas cahaya koheren akan muncul. Balok ini diperkuat oleh dua cermin yang dipasang di kedua ujung tabung, sehingga sinar dipantulkan dari mereka secara bergantian dan mengalir sepanjang tabung dari sisi ke sisi. Salah satu cermin benar-benar buram, tetapi yang lain memancarkan sebagian kecil cahaya yang datang, sehingga melepaskan berkasnya ke luar.
Saat ini, laser dapat ditemukan di mana-mana - di kasir toko grosir, di kabel serat optik yang memberi Anda akses ke Internet, di printer laser atau pemutar CD, dan di komputer modern. Laser digunakan dalam operasi mata, penghapusan tato, dan bahkan di salon kecantikan. Pada tahun 2004, laser dijual di seluruh dunia dengan harga lebih dari $ 5,4 miliar.
Jenis laser dan fiturnya
Laser baru ditemukan hampir setiap hari sekarang; Sebagai aturan, kita berbicara tentang penemuan zat baru yang dapat bekerja di laser, atau penemuan metode baru untuk memompa energi ke fluida kerja.
Pertanyaannya, apakah teknologi tersebut cocok untuk membuat senjata sinar atau lightsaber? Bisakah Anda membuat laser yang cukup besar untuk memberi daya pada Death Star? Saat ini, ada berbagai jenis laser yang dapat diklasifikasikan menurut bahan fluida kerja dan cara energi dipompa (bisa berupa listrik, berkas cahaya yang kuat, bahkan ledakan kimiawi). Kami mencantumkan beberapa jenis laser.
• Laser gas. Kategori ini juga mencakup laser helium-neon yang sangat umum, yang menghasilkan sinar merah yang sangat familiar. Mereka dipompa dengan gelombang radio atau listrik. Laser helium-neon berdaya rendah. Tetapi laser gas karbon dioksida dapat digunakan untuk operasi peledakan, untuk memotong dan melebur logam dalam industri berat; mereka mampu memberikan sinar yang sangat kuat dan sama sekali tidak terlihat;
• Laser kimiawi. Laser yang kuat ini diisi oleh reaksi kimia seperti pembakaran etilen dan nitrogen trifluorida NF3. Laser ini cukup kuat untuk digunakan di bidang militer. Di Amerika Serikat, prinsip kimiawi pemompaan digunakan dalam laser tempur udara dan darat yang mampu memberikan pancaran daya dalam jutaan watt dan dirancang untuk menembak jatuh rudal jarak pendek dalam penerbangan.
• Laser excimer. Laser ini juga mendapatkan energinya dari reaksi kimia, yang biasanya melibatkan gas inert (yaitu, argon, kripton, atau xenon) dan beberapa jenis fluorida atau klorida. Mereka memancarkan sinar ultraviolet dan dapat digunakan dalam industri elektronik untuk mengetsa transistor kecil pada chip semikonduktor, dan dalam operasi mata untuk operasi Lasik yang rumit.
• Laser semikonduktor. Dioda yang kami gunakan secara luas di semua jenis perangkat elektronik dapat menghasilkan sinar laser yang kuat, yang digunakan dalam industri pemotongan dan pengelasan. Laser semikonduktor yang sama ini juga bekerja di mesin kasir, membaca kode batang dari produk pilihan Anda.
• Laser pewarna. Laser ini menggunakan pewarna organik sebagai media kerja. Mereka sangat berguna dalam menghasilkan pulsa cahaya ultra-pendek, yang sering kali berada di urutan sepersejuta detik.
Laser dan beam gun?
Mengingat banyaknya variasi laser komersial dan kekuatan laser militer, sulit untuk tidak bertanya-tanya mengapa kita tidak memiliki senjata sinar dan meriam yang dapat digunakan di medan perang? Dalam film fiksi ilmiah, senjata sinar dan pistol dari satu jenis atau lainnya biasanya merupakan senjata yang paling umum dan familiar. Mengapa kita tidak mengerjakan senjata seperti itu?
Jawaban sederhana untuk pertanyaan ini adalah kami tidak memiliki sumber daya portabel yang memadai. Ini bukan hal sepele. Senjata balok akan membutuhkan baterai miniatur, seukuran telapak tangan, tetapi menyamai kekuatan pembangkit listrik yang sangat besar. Saat ini, satu-satunya cara untuk mendapatkan tenaga dari pembangkit listrik yang besar untuk digunakan adalah dengan membangunnya. Dan perangkat militer terkecil yang mampu berfungsi sebagai wadah untuk energi semacam itu adalah bom hidrogen miniatur, yang sayangnya, tidak hanya dapat menghancurkan target, tetapi juga Anda sendiri.
Ada juga masalah kedua - stabilitas zat pemancar, atau fluida kerja. Secara teori, tidak ada batasan jumlah energi yang dapat dipompa ke laser. Tapi masalahnya adalah badan kerja pistol laser genggam tidak akan stabil. Laser kristal, misalnya, menjadi terlalu panas dan retak jika Anda memompa terlalu banyak energi ke dalamnya. Akibatnya, menciptakan laser yang sangat kuat - yang dapat menguapkan objek atau menetralkan musuh - mungkin membutuhkan energi ledakan. Dalam hal ini, secara alami, seseorang tidak dapat lagi memikirkan stabilitas fluida kerja, karena laser kami akan sekali pakai.
Masalah dengan pengembangan sumber daya portabel dan bahan pemancar yang stabil membuat keberadaan senjata sinar tidak mungkin dengan keadaan seni saat ini. Secara umum, Anda dapat membuat senapan sinar hanya jika Anda membawa kabel dari sumber listrik. Mungkin dengan penggunaan nanoteknologi, suatu hari kita mungkin dapat membuat baterai miniatur yang dapat menyimpan atau menghasilkan energi yang cukup untuk menciptakan ledakan yang kuat - atribut yang diperlukan dari senjata laser genggam. Saat ini, seperti yang telah kita lihat, nanoteknologi masih dalam tahap awal. Ya, para ilmuwan telah berhasil menciptakan pada tingkat atom beberapa perangkat - sangat cerdik, tetapi sama sekali tidak praktis, seperti sempoa atom atau gitar atom. Tapi mungkin saja terjadi apa lagi di sini atau, katakanlah,di abad mendatang, nanoteknologi memang akan memberi kita baterai mini untuk menyimpan energi dalam jumlah yang luar biasa.
Lightsabers memiliki masalah yang sama. Dengan dirilisnya Star Wars pada tahun 1970, lightsabers mainan langsung menjadi hit di kalangan anak laki-laki. Banyak kritikus menganggap itu tugas mereka untuk menunjukkan bahwa pada kenyataannya perangkat seperti itu tidak mungkin. Pertama, cahaya tidak bisa dipadatkan. Cahaya bergerak dengan kecepatan cahaya, jadi tidak mungkin untuk memperkuatnya. Kedua, seberkas cahaya tidak bisa tiba-tiba terputus di luar angkasa, seperti yang dilakukan lightsaber di Star Wars. Sinar cahaya tidak bisa dihentikan, ia selalu bergerak; lightsaber sungguhan akan terbang jauh ke langit.
Faktanya, ada cara untuk membuat semacam lightsaber dari plasma, atau gas terionisasi super panas. Jika plasma dipanaskan secukupnya, plasma akan bersinar dalam gelap dan memotong baja juga. Lightsaber plasma bisa menjadi tabung teleskopik tipis yang memanjang dari pegangan.
Plasma panas dilepaskan ke dalam tabung dari gagangnya, yang kemudian keluar melalui lubang kecil di sepanjang "bilah". Plasma naik dari gagang di sepanjang bilah dan keluar menjadi silinder gas super panas yang panjang dan bersinar, cukup panas untuk melelehkan baja. Alat semacam itu terkadang disebut obor plasma.
Dengan demikian, kita dapat membuat perangkat berenergi tinggi yang menyerupai lightsaber. Tetapi di sini, seperti dalam situasi dengan senjata sinar, Anda harus terlebih dahulu mendapatkan baterai portabel yang kuat. Jadi, baik Anda menggunakan nanoteknologi untuk membuat baterai miniatur yang dapat memasok lightsaber Anda dengan sejumlah besar energi, atau Anda harus menghubungkannya ke sumber daya menggunakan kabel panjang.
Jadi, meskipun senjata sinar dan lightsaber dapat dibuat dalam beberapa bentuk saat ini, senjata genggam yang kita lihat di film fiksi ilmiah tidak mungkin dibuat dengan keadaan seni saat ini. Tetapi kemudian di abad ini, atau mungkin di abad berikutnya, perkembangan ilmu material dan nanoteknologi mungkin mengarah pada penciptaan satu atau beberapa jenis senjata sinar, yang memungkinkan kita untuk mendefinisikannya sebagai ketidakmungkinan Kelas I.
Energi untuk Bintang Kematian
Untuk membangun Bintang Kematian, meriam laser yang mampu menghancurkan seluruh planet dan membawa teror ke galaksi, seperti yang diperlihatkan dalam Star Wars, Anda perlu membuat laser paling kuat yang bisa dibayangkan. Saat ini, laser paling kuat di Bumi mungkin digunakan untuk memperoleh suhu yang di alam hanya dapat ditemukan di inti bintang. Mungkin laser ini dan reaktor fusi yang didasarkan padanya suatu hari nanti akan membantu kita di Bumi untuk memanfaatkan energi bintang.
Di reaktor fusi, para ilmuwan mencoba mereproduksi proses yang terjadi di luar angkasa selama pembentukan bintang. Pada awalnya, bintang muncul sebagai bola besar hidrogen yang tidak berbentuk. Kemudian gaya gravitasi memampatkan gas dan dengan demikian memanaskannya; secara bertahap suhu di dalam mencapai nilai astronomi. Misalnya, jauh di dalam jantung bintang, suhunya bisa naik hingga 50-100 juta derajat. Di sana cukup panas bagi inti hidrogen untuk saling menempel; dalam hal ini, inti helium muncul dan energi dilepaskan. Dalam proses peleburan helium dari hidrogen, sebagian kecil massa diubah menjadi energi menurut rumus terkenal Einstein E = mc2. Dari sinilah bintang menarik energinya.
Ilmuwan saat ini mencoba memanfaatkan energi fusi nuklir dengan dua cara. Kedua jalur tersebut ternyata jauh lebih sulit untuk diterapkan daripada yang diperkirakan sebelumnya.
Pengurungan inersia untuk fusi laser
Metode pertama didasarkan pada apa yang disebut kurungan inersia. Dengan bantuan laser terkuat di Bumi, sepotong matahari dibuat secara artifisial di laboratorium. Laser kaca neodymium solid state sangat ideal untuk mereproduksi suhu tertinggi yang hanya ditemukan di inti bintang. Eksperimen tersebut menggunakan sistem laser seukuran pabrik yang bagus; baterai laser dalam sistem seperti itu menembakkan serangkaian sinar paralel ke dalam terowongan yang panjang. Sinar laser yang kuat ini kemudian dipantulkan dari sistem cermin kecil yang dipasang di sekitar volume bola. Cermin secara tepat memfokuskan semua sinar laser, mengarahkannya ke bola kecil bahan kaya hidrogen (seperti litium deuterida, zat aktif dalam bom hidrogen). Ilmuwan biasanya menggunakan bola seukuran kepala peniti dan beratnya hanya sekitar 10 mg.
Kilatan laser langsung memanaskan permukaan bola, menyebabkan lapisan atas zat menguap dan bola runtuh tajam. Ini "runtuh", dan gelombang kejut yang dihasilkan mencapai pusatnya dan membuat suhu di dalam bola melonjak hingga jutaan derajat - tingkat yang diperlukan untuk fusi inti hidrogen untuk membentuk inti helium. Suhu dan tekanan mencapai nilai astronomi sedemikian rupa sehingga kriteria Lawson terpenuhi, yang juga terpenuhi di inti bintang dan dalam ledakan bom hidrogen. (Kriteria Lawson menyatakan bahwa tingkat suhu, kepadatan, dan waktu retensi tertentu harus dicapai untuk memicu reaksi fusi termonuklir dalam bom hidrogen, di bintang, atau di reaktor.)
Dalam proses fusi termonuklir kurungan inersia, sejumlah besar energi dilepaskan, termasuk dalam bentuk neutron. (Suhu litium deuterida bisa mencapai 100 juta derajat Celcius, dan kepadatannya dua puluh kali lipat dari timbal.) Ada ledakan radiasi neutron dari bola. Neutron jatuh ke dalam “selimut” materi yang mengelilingi ruang reaktor dan memanaskannya. Kemudian panas yang dihasilkan digunakan untuk merebus air, dan uapnya sudah dapat digunakan untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik.
Masalahnya, bagaimanapun, adalah memfokuskan sinar berenergi tinggi dan menyebarkan radiasi mereka secara merata di atas permukaan bola kecil. Upaya besar pertama dalam fusi laser adalah Shiva, sistem laser dua puluh sinar yang dibangun di Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) dan diluncurkan pada tahun 1978 (Shiva adalah dewi bertangan banyak dari jajaran Hindu, mengingatkan pada sistem laser multi-beam.) "Shiva" terbukti mengecewakan; namun, dengan bantuannya, dimungkinkan untuk membuktikan bahwa fusi termonuklir laser secara teknis dimungkinkan. Kemudian "Siwa" diganti dengan laser "Nova", yang sepuluh kali lipat melebihi kekuatan "Siwa". Tapi "Nova" tidak mampu memberikan pengapian yang tepat dari bola hidrogen. Bagaimanapun,kedua sistem ini membuka jalan bagi penelitian yang ditargetkan di National Ignition Facility (NIF) baru, yang konstruksinya dimulai di LLNL pada tahun 1997.
NIF diharapkan mulai bekerja pada tahun 2009. Mesin mengerikan ini adalah baterai 192 laser yang menghasilkan daya yang sangat besar 700 triliun watt dalam waktu singkat (total output sekitar 70.000 unit tenaga nuklir besar). Ini adalah sistem laser mutakhir yang dirancang khusus untuk fusi lengkap bola jenuh hidrogen. (Kritikus juga menunjukkan signifikansi militernya yang jelas - lagipula, sistem semacam itu mampu mensimulasikan proses peledakan bom hidrogen; mungkin itu akan menciptakan senjata nuklir jenis baru - sebuah bom yang hanya didasarkan pada proses fusi, yang tidak lagi membutuhkan muatan atom uranium atau plutonium untuk meledak.)
Tetapi bahkan sistem NIF, yang dirancang untuk mendukung proses fusi termonuklir dan mengandung laser paling kuat di Bumi, bahkan tidak dapat dibandingkan dengan kekuatan penghancur Bintang Kematian, yang kita ketahui dari Star Wars. Untuk membuat alat seperti itu, kita harus mencari sumber energi lain.
Pengurungan magnetik untuk fusi
Metode kedua yang pada prinsipnya dapat digunakan para ilmuwan untuk memberi energi pada Death Rides dikenal sebagai kurungan magnetik - proses di mana plasma hidrogen panas ditahan oleh medan magnet.
Metode ini, sangat mungkin, akan berfungsi sebagai prototipe untuk reaktor termonuklir komersial pertama. Saat ini, proyek paling canggih dari jenis ini adalah Reaktor Eksperimental Termonuklir Internasional (ITER). Pada tahun 2006, beberapa negara (termasuk Uni Eropa, Amerika Serikat, Cina, Jepang, Korea, Rusia dan India) memutuskan untuk membangun reaktor semacam itu di Cadarache di Prancis selatan. Di dalamnya, hidrogen harus dipanaskan hingga 100 juta derajat Celcius. Ada kemungkinan bahwa ITER akan menjadi reaktor termonuklir pertama dalam sejarah, yang mampu menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dikonsumsinya. Ini dirancang untuk menghasilkan daya 500 MW dalam 500 detik (rekor saat ini adalah 16 MW dalam satu detik). Rencananya plasma pertama akan diproduksi di ITER pada tahun 2016,dan instalasi akan beroperasi penuh pada tahun 2022. Proyek bernilai $ 12 miliar dan merupakan proyek sains termahal ketiga dalam sejarah (setelah Proyek Manhattan dan Stasiun Luar Angkasa Internasional).
Secara penampilan, instalasi ITER terlihat seperti donat besar, dijalin di luar dengan cincin besar dari belitan listrik; hidrogen beredar di dalam donat. Belitan didinginkan hingga mencapai superkonduktivitas, dan kemudian sejumlah besar listrik dipompa ke dalamnya, menciptakan medan magnet yang menahan plasma di dalam donat. Ketika arus listrik dilewatkan langsung melalui donat, gas di dalamnya memanas hingga mencapai suhu bintang.
Alasan mengapa para ilmuwan sangat tertarik dengan proyek ITER sederhana: di masa depan, proyek ini menjanjikan untuk menciptakan sumber energi yang murah. Reaktor fusi digerakkan oleh air laut biasa, kaya hidrogen. Ternyata, setidaknya di atas kertas, fusi termonuklir dapat memberi kita sumber energi yang murah dan tidak ada habisnya.
Jadi mengapa kita tidak masih memiliki reaktor fusi? Mengapa sudah beberapa dekade - sejak momen di tahun 1950-an. diagram proses dikembangkan - tidak bisakah kita mendapatkan hasil nyata? Masalahnya adalah sangat sulit untuk mengompres bahan bakar hidrogen secara merata. Dalam inti bintang, gravitasi memaksa hidrogen untuk mengambil bentuk bola yang ideal, akibatnya gas memanas dengan bersih dan merata.
Fusi termonuklir laser di NIF mensyaratkan bahwa sinar laser yang menyalakan permukaan bola hidrogen harus persis sama, dan ini sangat sulit dicapai. Dalam instalasi dengan kurungan magnetis, fakta bahwa medan magnet memiliki kutub utara dan selatan memegang peranan penting; Akibatnya, sangat sulit untuk memampatkan gas secara seragam ke dalam bola yang benar.
Yang terbaik yang bisa kita buat adalah medan magnet berbentuk donat. Tetapi proses mengompres gas itu seperti meremas balon di tangan Anda. Setiap kali Anda menekan bola dari satu ujung, udara mendorongnya keluar di tempat lain. Mengompresi bola secara bersamaan dan merata ke segala arah bukanlah tugas yang mudah. Gas panas biasanya keluar dari botol magnet; cepat atau lambat, ia mencapai dinding reaktor, dan proses fusi termonuklir berhenti. Inilah sebabnya mengapa sangat sulit untuk memeras cukup banyak hidrogen dan menjaganya tetap terkompresi bahkan untuk satu detik.
Tidak seperti pembangkit listrik tenaga nuklir modern yang terjadi fisi, reaktor fusi tidak akan menghasilkan limbah nuklir dalam jumlah besar. (Setiap unit tenaga nuklir tradisional menghasilkan 30 ton limbah nuklir yang sangat berbahaya per tahun. Sebaliknya, limbah nuklir dari reaktor fusi sebagian besar akan berupa baja radioaktif, yang akan tetap ada setelah dibongkar.)
Kita tidak boleh berharap bahwa fusi termonuklir akan sepenuhnya menyelesaikan masalah energi Bumi dalam waktu dekat. Pierre-Gilles de Gennes dari Prancis, peraih Nobel bidang fisika, berkata: “Kita mengatakan kita akan meletakkan matahari di dalam kotak. Ide bagus. Masalahnya adalah kami tidak tahu bagaimana membuat kotak ini. Tetapi para peneliti berharap bahwa, jika semuanya berjalan dengan baik, dalam empat puluh tahun ITER akan membantu para ilmuwan membuka jalan bagi produksi komersial energi termonuklir - energi yang suatu hari nanti dapat menjadi sumber listrik untuk rumah kita. Mungkin suatu hari nanti, reaktor fusi akan memungkinkan kita di Bumi untuk menggunakan energi bintang dengan aman dan dengan demikian mengurangi masalah energi kita. Tetapi bahkan reaktor termonuklir yang dibatasi secara magnetis tidak akan mampu memberi daya pada senjata seperti Death Star. Ini akan membutuhkan perkembangan yang benar-benar baru.
Laser sinar-X yang dipompa nuklir
Ada kemungkinan lain untuk membuat meriam laser Death Star berdasarkan teknologi saat ini - menggunakan bom hidrogen. Baterai laser sinar-X, memanfaatkan dan memfokuskan kekuatan senjata nuklir, secara teori, dapat memberikan daya yang cukup untuk mengoperasikan perangkat yang mampu meledakkan seluruh planet.
Reaksi nuklir melepaskan sekitar 100 juta kali lebih banyak energi per satuan massa daripada reaksi kimia. Sepotong uranium yang diperkaya tidak lebih besar dari bola tenis akan cukup untuk membakar seluruh kota dalam pusaran api, meskipun faktanya hanya 1% dari massa uranium yang diubah menjadi energi. Seperti yang kami katakan, ada banyak cara untuk memompa energi ke dalam fluida kerja laser, dan karenanya menjadi sinar laser. Yang paling ampuh dari metode ini - jauh lebih kuat dari yang lain - adalah memanfaatkan energi bom nuklir.
Laser sinar-X sangat penting, baik militer maupun ilmiah. Panjang gelombang yang sangat pendek dari radiasi sinar-X memungkinkan penggunaan laser tersebut untuk menyelidik pada jarak atom dan menguraikan struktur atom molekul kompleks, yang sangat sulit dilakukan dengan metode konvensional. Kemampuan untuk "melihat" atom yang bergerak dan membedakan lokasinya di dalam molekul membuat kita melihat reaksi kimia dengan cara yang benar-benar baru.
Sebuah bom hidrogen memancarkan energi dalam jumlah besar dalam bentuk sinar-X, sehingga laser sinar-X dapat dipompa dengan energi ledakan nuklir. Dalam sains, laser sinar-X paling erat dikaitkan dengan Edward Teller, "bapak" bom hidrogen.
Kebetulan, itu Teller di tahun 1950-an. bersaksi di depan Kongres bahwa Robert Oppenheimer, yang sebelumnya mengepalai Proyek Manhattan, tidak dapat dipercaya untuk mengerjakan lebih lanjut tentang bom hidrogen karena pandangan politiknya. Kesaksian Teller mengakibatkan Oppenheimer difitnah dan ditolak aksesnya ke materi rahasia; banyak fisikawan terkemuka tidak pernah bisa memaafkan Teller untuk ini.
(Kontak saya sendiri dengan Teller dimulai sejak SMA. Saya kemudian melakukan serangkaian eksperimen tentang sifat antimateri, memenangkan hadiah utama di San Francisco Science Fair, dan perjalanan ke Pameran Sains Nasional di Albuquerque, New Mexico. Bersama dengan Teller, yang selalu memperhatikan fisikawan muda berbakat, saya mengikuti program televisi lokal. Kemudian saya menerima beasiswa teknik dari Teller yang dinamai Hertz, yang membantu saya membiayai studi saya di Harvard. Beberapa kali dalam setahun saya pergi ke rumah Teller di Berkeley, dan disana mengenal keluarganya lebih dekat.)
Prinsipnya, laser sinar-X Teller adalah bom nuklir kecil yang dikelilingi oleh batang tembaga. Ledakan senjata nuklir menghasilkan gelombang ledakan berbentuk bola dengan radiasi sinar-X yang intens. Sinar berenergi tinggi ini melewati batang tembaga, yang bertindak sebagai fluida kerja laser dan memfokuskan energi sinar-X menjadi sinar yang kuat. Sinar-X yang dihasilkan kemudian dapat diarahkan ke hulu ledak musuh. Tentu saja, alat semacam itu hanya dapat digunakan sekali, karena ledakan nuklir akan menghancurkan sendiri laser sinar-X.
Tes laser sinar-X pertama, yang disebut uji Cabra (Cabra), dilakukan pada tahun 1983. Sebuah bom hidrogen diledakkan di tambang bawah tanah, dan kemudian aliran sinar-X acak darinya difokuskan dan diubah menjadi sinar laser sinar-X yang koheren. Tes-tes tersebut pada awalnya terbukti berhasil; Faktanya, kesuksesan di tahun 1983 inilah yang menginspirasi Presiden Reagan untuk membuat pernyataan bersejarah tentang niat untuk membangun perisai pertahanan dari Star Wars. Maka diluncurkanlah program multi-miliar dolar untuk membangun jaringan perangkat seperti laser sinar-X yang dipompa nuklir untuk menembak jatuh ICBM musuh. Pekerjaan program ini berlanjut hingga hari ini. (Belakangan diketahui bahwa sebuah sensor dirancang untuk mencatat dan mengukur radiasi selama pengujian historis,Telah dihancurkan; jadi, kesaksiannya tidak bisa dipercaya.)
Apakah benar-benar mungkin untuk menembak jatuh hulu ledak rudal balistik dengan perangkat yang tidak sepele seperti itu? Itu tidak dikecualikan. Tetapi jangan dilupakan bahwa musuh dapat menemukan banyak cara sederhana dan murah untuk menetralkan senjata semacam itu (misalnya, seseorang dapat menipu radar dengan menembakkan jutaan umpan murah; atau memutar hulu ledak untuk menyebarkan sinar-X dengan cara ini; atau membuat lapisan kimia yang akan melindungi hulu ledak dari sinar-X). Pada akhirnya, musuh bisa dengan mudah memproduksi hulu ledak yang akan menembus perisai Star Wars hanya dengan jumlah mereka yang banyak.
Oleh karena itu, laser sinar-X yang dipompa nuklir saat ini tidak dapat melindungi dari serangan rudal. Tetapi apakah mungkin untuk menciptakan Bintang Kematian yang mampu menghancurkan seluruh planet atau menjadi alat pertahanan yang efektif terhadap asteroid yang mendekat?
Fisika Bintang Kematian
Mungkinkah membuat senjata yang mampu menghancurkan seluruh planet, seperti di Star Wars? Secara teori, jawabannya sederhana: ya. Dan dalam beberapa hal.
Tidak ada batasan fisik untuk energi yang dilepaskan saat bom hidrogen meledak. Beginilah kelanjutannya. (Bahkan saat ini, pemerintah AS mengklasifikasikan deskripsi rinci tentang bom hidrogen sebagai rahasia besar, tetapi secara umum perangkatnya sudah dikenal.) Sebuah bom hidrogen dibuat dalam beberapa tahap. Dengan menggabungkan jumlah tahapan yang diperlukan dalam urutan yang benar, Anda bisa mendapatkan bom nuklir dari hampir semua kekuatan yang telah ditentukan sebelumnya.
Tahap pertama adalah bom fisi standar, atau bom atom; ia menggunakan energi uranium-235 untuk menghasilkan ledakan sinar-X, seperti yang terjadi di Hiroshima. Sepersekian detik sebelum ledakan bom atom menghancurkan segalanya, sebuah bulatan pulsa sinar-X yang kuat muncul. Radiasi ini menyusul ledakan yang sebenarnya (karena ia bergerak dengan kecepatan cahaya); mereka berhasil memfokuskannya lagi dan mengirimkannya ke wadah dengan litium deuterida, zat aktif dari bom hidrogen. (Bagaimana persisnya hal ini dilakukan masih merupakan rahasia negara.) Sinar-X jatuh pada litium deuterida, menyebabkannya seketika runtuh dan memanaskannya hingga jutaan derajat, menyebabkan ledakan kedua, jauh lebih kuat dari yang pertama. Ledakan sinar-X akibat ledakan kedua iniAnda kemudian dapat memfokuskan kembali pada batch kedua lithium deuteride dan menyebabkan ledakan ketiga. Inilah prinsip yang dengannya Anda dapat menempatkan banyak wadah litium deuterida secara berdampingan dan mendapatkan bom hidrogen dengan kekuatan yang tak terbayangkan. Jadi, bom terkuat dalam sejarah umat manusia adalah bom hidrogen dua tahap, yang diledakkan pada tahun 1961 oleh Uni Soviet. Kemudian terjadilah ledakan dengan kapasitas setara 50 juta ton TNT, meski secara teori bom ini mampu memberikan kekuatan lebih dari 100 megaton TNT (yaitu sekitar 5000 kali lebih besar dari kekuatan bom yang dijatuhkan di Hiroshima).bom paling kuat dalam sejarah manusia adalah bom hidrogen dua tahap, yang diledakkan pada tahun 1961 oleh Uni Soviet. Kemudian terjadilah ledakan dengan kapasitas 50 juta ton TNT, walaupun secara teori bom ini mampu memberikan kekuatan lebih dari 100 megaton TNT (yaitu sekitar 5000 kali lebih besar dari kekuatan bom yang dijatuhkan di Hiroshima).bom paling kuat dalam sejarah manusia adalah bom hidrogen dua tahap, yang diledakkan pada tahun 1961 oleh Uni Soviet. Kemudian terjadilah ledakan dengan kapasitas setara 50 juta ton TNT, meski secara teori bom ini mampu memberikan kekuatan lebih dari 100 megaton TNT (yaitu sekitar 5000 kali lebih besar dari kekuatan bom yang dijatuhkan di Hiroshima).
Namun, kekuatan yang sama sekali berbeda dibutuhkan untuk menyalakan seluruh planet. Untuk melakukan ini, Death Star harus meluncurkan ribuan laser sinar-X ke luar angkasa, yang kemudian harus ditembakkan secara bersamaan. (Sebagai perbandingan, pada puncak Perang Dingin, Amerika Serikat dan Uni Soviet masing-masing menimbun sekitar 30.000 bom nuklir.) Gabungan energi dari sejumlah besar laser sinar-X sudah cukup untuk menyalakan permukaan planet. Oleh karena itu, Kerajaan Galaksi di masa depan, yang jaraknya ratusan ribu tahun dari kita, tentu saja dapat menciptakan senjata seperti itu.
Untuk peradaban yang sangat maju, ada cara lain: menciptakan Bintang Kematian yang akan menggunakan energi sumber kosmik semburan sinar gamma. Dari Bintang Kematian seperti itu, semburan radiasi akan terpancar, yang kedua setelah Big Bang. Sumber semburan sinar gamma adalah fenomena alam, mereka ada di luar angkasa; namun demikian, dapat dibayangkan bahwa suatu saat suatu peradaban maju dapat memanfaatkan energi mereka yang sangat besar. Ada kemungkinan bahwa jika Anda mengendalikan rotasi sebuah bintang jauh sebelum keruntuhannya dan lahirnya hypernova, maka akan mungkin untuk mengarahkan "tembakan" sumber semburan sinar gamma ke titik mana pun di ruang angkasa.
Sumber semburan sinar gamma
Sumber GRB kosmik pertama kali diperhatikan pada tahun 1970-an. pada satelit Vela yang diluncurkan oleh militer AS, yang dirancang untuk mendeteksi "kilatan ekstra" - bukti ledakan bom nuklir ilegal. Tapi alih-alih suar di permukaan bumi, satelit mendeteksi semburan radiasi raksasa dari luar angkasa. Penemuan kejutan awal memicu kepanikan di Pentagon: Apakah Soviet menguji senjata nuklir baru di luar angkasa? Belakangan diketahui bahwa semburan datang secara seragam dari segala penjuru angkasa; ini berarti bahwa mereka sebenarnya datang ke galaksi Bima Sakti dari luar. Tetapi, jika kita mengasumsikan asal ledakan yang benar-benar ekstragalaktik, maka kekuatan mereka akan menjadi benar-benar astronomis - lagipula, mereka mampu "menerangi" seluruh alam semesta yang terlihat.
Setelah runtuhnya Uni Soviet pada tahun 1990, Pentagon secara tak terduga mendeklasifikasi sejumlah besar data astronomi. Para astronom tercengang. Mereka tiba-tiba menyadari bahwa mereka sedang menghadapi fenomena misterius baru dari mereka yang dipaksa dari waktu ke waktu untuk menulis ulang buku teks dan buku referensi.
Durasi semburan sinar gamma pendek, berkisar dari beberapa detik hingga beberapa menit, sehingga sistem sensor yang diatur dengan cermat diperlukan untuk mendeteksi dan menganalisisnya. Pertama, satelit mencatat ledakan radiasi gamma dan mengirimkan koordinat yang tepat dari sumbernya ke Bumi. Koordinat yang diperoleh ditransmisikan ke teleskop optik atau radio, yang pada gilirannya ditujukan ke titik tertentu di bola langit.
Meskipun tidak semua yang diketahui tentang semburan sinar gamma saat ini, salah satu teori asal usulnya mengatakan bahwa sumber semburan sinar gamma adalah "hypernova" dengan kekuatan luar biasa, meninggalkan lubang hitam masif. Dalam hal ini, ternyata sumber semburan sinar gamma adalah lubang hitam raksasa yang sedang dalam tahap pembentukan.
Tapi lubang hitam memancarkan dua pancaran, dua aliran radiasi, dari kutub selatan dan dari utara, seperti gasing yang berputar. Radiasi ledakan sinar gamma, yang kami catat, jelas termasuk dalam salah satu aliran ini - aliran yang ternyata diarahkan ke Bumi. Jika aliran radiasi gamma dari sumber semacam itu 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 menghancurkan kehidupan di planet kita sepenuhnya.
Pertama, pulsa elektromagnetik yang dibuat oleh sinar-X dari sumber ledakan sinar gamma akan menonaktifkan semua peralatan elektronik di Bumi. Pancaran sinar-X dan radiasi gamma yang kuat akan menyebabkan kerusakan yang tidak dapat diperbaiki pada atmosfer bumi, menghancurkan lapisan pelindung ozon. Kemudian aliran sinar gamma akan menghangatkan permukaan bumi, menyebabkan badai api dahsyat yang pada akhirnya akan menelan seluruh planet. Mungkin sumber semburan sinar gamma tidak akan meledakkan planet ini, seperti yang diperlihatkan dalam film "Star Wars", tetapi pasti akan menghancurkan semua kehidupan di atasnya, meninggalkan gurun yang hangus.
Dapat diasumsikan bahwa peradaban yang telah melampaui kita dalam pembangunan selama ratusan juta tahun akan belajar mengarahkan lubang hitam tersebut ke target yang diinginkan. Hal ini dapat dicapai dengan belajar mengontrol gerakan planet dan bintang neutron dan mengarahkannya ke bintang yang sekarat pada sudut yang dihitung tepat sebelum runtuh. Upaya yang relatif kecil sudah cukup untuk membelokkan sumbu rotasi bintang dan mengarahkannya ke arah yang diinginkan. Kemudian bintang yang sekarat akan berubah menjadi meriam sinar terbesar yang bisa dibayangkan.
Meringkaskan. Penggunaan laser yang kuat untuk pembuatan senjata sinar portabel atau genggam dan lightsaber harus diklasifikasikan sebagai ketidakmungkinan kelas I - kemungkinan besar, ini akan menjadi mungkin dalam waktu dekat, atau, katakanlah, dalam seratus tahun mendatang. Tetapi tugas yang sangat sulit untuk mengarahkan bintang yang berputar sebelum meledak dan mengubahnya menjadi lubang hitam, yaitu mengubahnya menjadi Bintang Kematian, harus dianggap sebagai kemustahilan Kelas II - sesuatu yang tidak secara jelas bertentangan dengan hukum fisika (lagipula, sumber semburan sinar gamma ada dalam kenyataan)), tetapi hanya dapat terwujud jauh di masa depan, setelah ribuan atau bahkan jutaan tahun.
Dari buku: "Physics of the Impossible".
