Чотири... три... два... один... вогонь!

Зірка смерті - це колосальне зброю розміром з хорошу місяць. Стріляючи в упор на беззахисну планету Альдераан, батьківщину принцеси Леї, Зірка смерті повністю знищує її. Планета зникає полум'я титанічного вибуху, розкидаючи уламки по всій Сонячній системі. Мільярд душ одночасно скрикує в борошні, викликаючи тим самим обурення Сили, яке відчувається в будь-якому місці галактики.

Але чи можливо в дійсності зброю, подібне Зірці смерті з кіноепопеї «Зоряні війни»? Можна так організувати і направити батарею лазерних гармат, щоб в результаті випарувалася ціла планета? А як щодо знаменитих світлових мечів, якими володіли Люк Скайвокер і Дарт Вейдер, що представляють собою промінь світла, але здатних без праці розрубати броньовану сталь? Стануть променеві рушниці, як фазер в серіалі «Зоряний шлях», відповідним зброєю для майбутніх поколінь співробітників правопорядку і солдатів?

Нові, оригінальні і вражають уяву спецефекти «Зоряних воєн» справили надзвичайне враження на мільйони глядачів, але у критиків склалася інша думка. Деякі з них стверджували, що так, звичайно, творці фільму щиро намагалися розважити глядача, але насправді подібні речі абсолютно неможливі. Критики не втомлювалися повторювати, як заклинання: променеві гармати розміром з місяць, здатні рознести на дрібні шматочки цілу планету, - це щось нечуване; неможливі і мечі з раптово затвердіваючого світлового променя. Все це занадто навіть для далекої-далекої галактики. На цей раз Джорджа Лукаса, визнаного майстра спецефектів, трохи занесло.

Можливо, в це важко повірити, але в світловий промінь можна «запхати» необмежену кількість енергії; тут немає ніяких фізичних обмежень. Створення Зірки смерті або світлового меча не суперечить жодному закону фізики. Більш того, пучки гамма-випромінювання, здатні підірвати планету, реально існують у природі. Титанічна сплеск випромінювання, породжуваний далеким таємничим джерелом гамма-сплесків, здатний влаштувати в глибокому космосі вибух, поступається за потужністю тільки самому Великому вибуху. Будь-яка планета, яку примудриться опинитися в прицілі такої «гармати», дійсно буде засмажене або розірваний на шматки.
Променева зброя в історії

Мрія приборкати енергію випромінювання насправді зовсім не нова, її коріння сягають у стародавню релігію і міфологію. Грецький бог Зевс знаменитий тим, що стріляв у смертних блискавками. Північний бог Тор володів чарівним молотом, Мьеллниром, здатним метати блискавки, а індуїстський бог Індра вистрілював енергетичних променем з чарівного списи.

Уявлення про лучі як реальному практичному зброю вперше з'явилося в роботах великого грецького математика Архімеда, можливо, видатного вченого античності, якому вдалося розробити власний варіант примітивного диференціального обчислення за дві тисячі років до Ньютона і Лейбніца. Вважається, що в легендарному битві 214 р. до н.е. проти війська римського генерала Марцелла під час Другої Пунічної війни Архімед, допомагаючи захищати Сіракуз ське царство, спорудив велику батарею сонячних рефлекторів, сфокусував сонячні промені на вітрилах ворожих кораблів і таким чином підпалив їх. (Вчені досі сперечаються, чи дійсно таке променева зброя могла працювати; кілька груп учених намагалися, з різними результатами, відтворити це досягнення.)

Променеві рушниці увірвалися на сторінки наукової фантастики в 1889 р. з класичним романом Герберта Уеллса «Війна світів». У цьому романі прибульці з Марса знищували цілі міста, направляючи на них промені теплової енергії з гармат, встановлених на їх триніжках. Під час Другої світової війни нацисти[3], завжди готові досліджувати і взяти на озброєння останні досягнення техніки, щоб використовувати їх для завоювання світу, теж експериментували з різними типами променевих гармат, у тому числі з акустичними пристроями, які за допомогою параболічних дзеркал фокусували потужні звукові промені.

Зброя, що представляє собою сфокусований світловий промінь[4], захопила уяву публіки після виходу фільму «Голдфінгер» про Джеймса Бонда; це був перший голлівудський фільм, де фігурував лазер. (В ньому легендарного британського шпигуна прив'язали до металевого столу, і потужний лазерний промінь повільно наближався до нього, поступово розплавляючи стіл у нього між ногами і погрожуючи розрізати героя навпіл.)

Спочатку фізики тільки посміялися над ідеєю променевих гармат, висловленої в романі Уеллса, оскільки такі гармати порушували відомі закони оптики. Відповідно до рівнянь Максвелла, світ, який ми бачимо навколо, некогерентен (тобто являє собою мішанину з хвиль з різними частотами і фазами) і швидко розсіюється. Колись вважалося, що когерентний, сфокусований, однорідний промінь світла - такий, як промінь лазера, - отримати неможливо.
Квантова революція

Все змінилося після появи квантової теорії. Вже на початку XX ст. стало ясно, що, хоча закони Ньютона і рівнянь Максвелла вельми успішно описують рух планет і поведінку світла, існує цілий клас явищ, які вони пояснити не в змозі. Як не прикро, вони нічого не говорили про те, чому матеріали проводять електрику, чому метали плавляться при певних температурах, чому гази при нагріванні випромінюють світло, чому деякі речовини при низьких температурах знаходять надпровідність. Щоб відповісти на будь-який з цих питань, необхідно розуміти внутрішню динаміку атомів. Назріла революція. Ньютонова фізика після 250 років панування чекала свого повалення; одночасно крах старого кумира повинне було оповістити про початок родових сутичок нової фізики.

У 1900 р. Макс Планк у Німеччині висловив припущення про те, що енергія не неперервна, як вважав Ньютон, але існує у вигляді маленьких дискретних «порцій», одержали назву «квантів». Потім у 1905 р. Ейнштейн постулював, що світло теж складається з цих крихітних дискретних пакетів (або квантів), пізніше названих фотонами. За допомогою цієї простої, але потужної ідеї Ейнштейн зумів пояснити фотоелектричний ефект, а саме чому метали при опроміненні світлом випускають електрони. Сьогодні фотоелектричний ефект і фотон служать основою для телебачення, лазерів, сонячних батарей і значної частини сучасної електроніки. (Эйнштейнова теорія фотона була настільки революційною, що навіть Макс Планк, зазвичай гаряче виступав на підтримку Ейнштейна, спочатку не міг повірити в неї. Планк писав про Ейнштейна: «Той факт, що іноді він хибить... як, наприклад, вийшло у нього з гіпотезою світлових квантів, не можна, по совісті, ставити йому в провину».)

Потім у 1913 р. датський фізик Нільс Бор дав нам абсолютно нову картину атома; атом у Бору нагадував мініатюрну сонячну систему. Але, на відміну від справжньої Сонячної системи електрони в атомі можуть рухатися навколо ядра тільки в межах дискретних орбіт або оболонок. Коли електрон «перестрибує» з однієї оболонки на іншу, ближчу до ядра і що володіє меншою енергією, він випускає фотон енергії. І навпаки, коли електрон поглинає фотон з певною енергією, він «стрибає» вище, на оболонку, розташовану далі від ядра і володіє більшою енергією.

У 1925 р., з появою квантової механіки і революційних робіт Ервіна Шредінгера, Вернера Гейзенберга і багатьох інших, народилася майже повна теорія атома. Згідно квантової теорії електрон представляв собою частинку, але мав також асоційованою хвилею, що надавало йому одночасно властивості частинки і хвилі. Хвиля ця підпорядковувалася так званого хвильовому рівнянню Шредінгера, що дозволяв розрахувати властивості атома, включаючи всі постулированные Бором «стрибки» електронів.

До 1925 р. атоми вважалися загадковими об'єктами; багато хто, подібно до філософа Ернста Маху, взагалі не вірили в їх існування. Після 1925 р. у людини з'явилася можливість не тільки зазирнути глибоко в динаміку атома, але і цілком достовірно передбачити його властивості. Як не дивно, це означало, що, маючи під рукою досить потужний комп'ютер, можна вивести властивості хімічних елементів безпосередньо із законів квантової теорії. Точно так само, як ньютонова фізика при наявності достатньо великої обчислювальної машини дозволила вченим розрахувати рух усіх небесних тіл всесвіту, квантова фізика, за твердженнями вчених, давала принципову можливість розрахувати всі без винятку властивості хімічних елементів Всесвіту. Крім того, маючи досить потужний комп'ютер, можна було б скласти повну хвильову функцію людської істоти.
Мазери і лазери

У 1953 р. професор Чарльз Таунс з Університету Каліфорнії в Берклі зумів разом з колегами отримати перший пучок когерентного випромінювання, а саме мікрохвиль. Пристрій назвали мазером (maser - за першими літерами слів фрази «microwave amplification through stimulated emission of radiation», тобто «посилення мікрохвиль через стимуляцію випромінювання».) Пізніше, в 1964 р., Таунс разом з російськими фізиками Миколою Басовим і Олександром Прохоровим отримав Нобелівську премію. Незабаром результати вчених були поширені і на видиме світло. Так народився лазер. (А ось фазер - це фантастичне пристрій, що отримав популярність завдяки серіалу «Зоряний шлях».)

Основою лазера служить особлива середовище, яка власне і буде передавати лазерний промінь; це може бути спеціальний газ, кристал або діод. Потім потрібно закачати в цю середу енергію ззовні - за допомогою електрики, радіохвиль, світла або хімічної реакції. Несподіваний приплив енергії збуджує атоми середовища, змушуючи електрони поглинати енергію і стрибати на більш высокоэнергетичные зовнішні електронні оболонки.

У такому збудженому, накачаному стані середовище стає нестабільною. Якщо після цього направити крізь неї промінь світла, то фотони променя, стикаючись з атомами, викличуть раптове звалювання електронів на більш низькі орбіти і вивільнення при цьому додаткових фотонів. Ці фотони, в свою чергу, змусять ще більше число електронів випустити фотони - і незабаром почнеться ланцюгова реакція «схлопування» атомів до незбудженого стану з практично одночасним вивільненням величезної кількості фотонів трильйонів і трильйонів їх - все в той же промінь. Принципова особливість цього процесу полягає в тому, що в деяких речовинах при лавиноподібний вивільнення всі фотони вібрують в унісон, тобто когерентны.

(Уявіть собі вишикувані в ряд доміно. У самому низкоэнергетическом стані кожна кісточка лежить долілиць на столі. У высокоэнергетическом, накачаному стані кісточки стоять вертикально, подібно накачаним атомів середовища. Штовхнувши одну кісточку, ви можете викликати раптове одночасне вивільнення всієї цієї енергії, так само, як це відбувається при народженні лазерного променя.)

У лазері здатні працювати лише деякі матеріали; це означає, що тільки в особливих речовин при зіткненні фотона з збудженим атомом випромінюється фотон, когерентний першому. Це властивість речовини призводить до того, що всі фотони в рождающемся потоці вібрують в унісон, створюючи тонкий лазерний промінь. (Всупереч поширеній легенді лазерний промінь не вічно залишається таким же тонким, як на самому початку. Наприклад, лазерний промінь, випущений в Місяць, буде по дорозі поступово розширюватися і дасть на поверхні Місяця пляма розміром в кілька кілометрів.)

Простий газовий лазер являє собою трубку з сумішшю гелію і неону. Коли через трубку пропускають електрика, атоми поглинають енергію і збуджуються. Потім, якщо відбувається раптове вивільнення всієї запасеної газом енергії, народжується промінь когерентного світла. Цей промінь посилюється за допомогою двох дзеркал, встановлених в обох кінцях трубки, так що промінь відбивається від них по черзі і метається по трубці з боку в бік. Одне з дзеркал абсолютно непрозоро, але інше пропускає невелику частку падаючого на нього світла, випускаючи таким чином промінь назовні.

Сьогодні лазери можна знайти всюди - і в касовому апараті продуктового магазинчика, і оптико-волоконном кабелі, який забезпечує вам доступ в Інтернет, і в лазерному принтері або CD-плеєрі, і в сучасному комп'ютері. Лазери використовуються в хірургії ока, при видаленні татуювань, і навіть в косметичних салонах. У 2004 р. у світі продано лазерів більше ніж на 5,4 млрд дол.
Типи лазерів і їх особливості

Нові лазери зараз відкривають чи не кожен день; як правило, мова йде про виявлення нового речовини, здатного працювати в лазері, або винахід нового методу накачування енергії в робоче тіло.

Питання в тому, чи годяться ці технології для створення променевих рушниць або світлових мечів? Чи можна побудувати лазер, досить великий для забезпечення енергією Зірки смерті? На сьогоднішній день існує приголомшливе різноманітність лазерів, які можна класифікувати за матеріалом робочого тіла і способу закачування енергії (це може бути електрика, потужний світловий промінь, навіть хімічний вибух). Перерахуємо кілька типів лазерів.

• Газові лазери. Ця категорія включає і надзвичайно поширені гелій-неонові лазери, які дають дуже знайомий червоний промінь. Накачують їх за допомогою радіохвиль або електрики. Гелій-неонові лазери володіють невеликою потужністю. А ось газові лазери на вуглекислому газі можна використовувати при підривних роботах, для різання та плавки металів у важкій промисловості; вони здатні давати надзвичайно потужний і абсолютно невидимий промінь;

• Хімічні лазери. Ці потужні лазери зоря жаются від хімічної реакції - наприклад, горіння етилену і трифториду азоту NF3. Такі лазери досить потужні, щоб знайти застосування у військовій області. У США хімічний принцип накачування застосовується в повітряних і наземних бойових лазерах, здатних давати промінь потужністю у мільйони ват і призначених для збивання в польоті ракет малої дальності.

• Ексимерні лазери. Ці лазери отримують енергію від хімічної реакції, у якій зазвичай задіяні інертний газ (тобто аргон, криптон або ксенон) і який-небудь фторид або хлорид. Вони дають ультрафіолетове світло і можуть використовуватися в елек тронної промисловості для витравлювання кро хотных напівпровідникових транзисторів на чіпах, а також в хірургії ока для проведення найтонших операцій по технології Lasik.

• Напівпровідникові лазери. Діоди, які ми так широко використовуємо у всіляких електрон вих пристроях, можуть давати потужні лазерні промені, які використовуються в промисловості для різання і зварювання. Ці ж напівпровідникові лазери працюють і в касових апаратах, зчитуючи штрих-коди з обраних вами товарів.

• Лазери на барвниках. У цих лазерах в якості робочого тіла використовуються органічні фарбуєте. Вони надзвичайно корисні в отриманні ультра коротких імпульсів світла, які часто мають тривалість близько однієї трильйонної частки секунди.
Лазери і променеві рушниці?

Беручи до уваги величезну різноманітність комерційних лазерів і потужність лазерів військових, важко не задатися питанням: чому у нас немає променевих рушниць і гармат, придатних до використання на полі бою? У фантастичних фільмах променеві рушниці і пістолети того чи іншого сорту, як правило, є найбільш поширеним і звичним зброєю. Чому ми не працюємо над створенням такої зброї?

Проста відповідь на це питання полягає у відсутності у нас портативних джерел енергії достатньої потужності. Це не дрібниця. Для променевого зброї знадобилися б мініатюрні батареї розміром з долоню, але відповідні при цьому за величезної потужності електростанції. В даний час єдиний спосіб отримати у користування потужність великої електростанції-побудувати таку. А найменший військовий прилад, здатний служити вмістищем для подібних енергій, - мініатюрна воднева бомба, яка, на жаль, може знищити не тільки мета, але й вас самих.

Існує і друга проблема - стабільність випромінюючого речовини, або робочого тіла. Теоретично кількість енергії, яку можна закачати в лаз єр, нічим не обмежена. Але проблема в тім, що робоче тіло ручного лазерного пістолета виявилося б нестабільним. Кристалічні лазери, приміром, перегріваються і тріскаються, якщо закачати в них занадто багато енергії. Отже, для створення надзвичайно потужного лазера - такого, що здатен був би випарувати предмет або нейтралізувати супротивника, - потрібно, можливо, використовувати енергію вибуху. У цьому випадку, природно, про стабільність робочого тіла можна вже не думати, адже наш лазер буде одноразовим.

Проблеми зі створенням портативних джерел енергії і стабільних випромінювальних матеріалів роблять існування променевих рушниць неможливим при нинішньому рівні техніки. Взагалі, променеву гармату створити можна, тільки якщо підвести до неї кабель від джерела енергії. Можливо, із застосуванням нанотехнологій ми зможемо коли-небудь створити мініатюрні батареї, здатні зберігати або генерувати енергію, якої вистачило б для створення потужних сплесків - необхідного атрибуту ручного лазерного зброї. В даний час, як ми вже переконалися, нанотехнологій перебувають у зародковому стані. Так, вченим вдалося створити на атомному рівні деякі пристрої - дуже дотепні, але абсолютно непрактичні, такі як атомні рахунки або атомна гітара. Але цілком може так статися, що ще в цьому або, скажімо, в наступному столітті нанотехнології дійсно дадуть нам мініатюрні батареї для зберігання казкового кількості енергії.

Зі світловими мечами та ж проблема. Після виходу в 1970 р. фільму «Зоряні війни» іграшкові світлові мечі миттєво здобули неймовірну популярність серед хлопчаків. Багато критиків вважали своїм обов'язком вказати, що в реальності такі пристрої неможливі. По-перше, світ неможливо зробити твердим. Світ рухається зі швидкістю світла, тому отвердить його неможливо. По-друге, промінь світла не може різко обриватися в просторі, як це роблять світлові мечі в «Зоряних війнах». Промінь світла неможливо зупинити, він вічно перебуває в русі; реальний світловий меч йшов далеко в небо.

Насправді існує спосіб виготовити свого роду світловий меч із плазми, або перегрітого іонізованого газу. Якщо плазму розігріти в достатній мірі, вона буде світитися в темряві і різати сталь, до речі кажучи, теж. Плазмовий світловий меч міг би представляти собою тонку телескопічну трубку, яка висувається з рукоятки.

У трубку з рукоятки випускається гаряча плазма, яка потім виходить назовні через маленькі отвори по всій довжині «клинка». Плазма, піднімаючись з рукоятки вздовж клинка і виходячи назовні, утворює довгий світиться циліндр перегрітого газу, досить гарячого, щоб плавити сталь. Такий пристрій іноді називають плазмовим факелом.

Таким чином, ми можемо створити високоенергетичне пристрій, що нагадує світловий меч. Але тут, як і в ситуації з променевими рушницями, доведеться обзавестися спочатку потужної портативної батареєю. Так що або ви за допомогою нанотехнологій створите мініатюрну батарею, здатну забезпечувати ваш світловий меч громадною кількістю енергії, або вам доведеться з'єднати його з джерелом енергії за допомогою довгого кабелю.

Отже, хоча променеві рушниці і світлові мечі можна в якійсь формі створити і сьогодні, ручна зброя, яку ми бачимо в науково-фантастичних фільмах, при сучасному рівні техніки неможливо. Але пізніше в цьому столітті або, може бути, в наступному розвиток науки про матеріали і нанотехнологій цілком може призвести до створення того чи іншого виду променевої зброї, що дозволяє нам визначити його як неможливість I класу.
Енергія для Зірки смерті

Щоб побудувати " Зірку смерті - лазерну гармату, здатну знищити цілу планету і навести жах на галактику, як показано в «Зоряних війнах», необхідно створити самий потужний лазер, який тільки можна уявити. В даний час найбільш потужні, напевно, на Землі лазери використовуються для отримання температур, які в природі можна виявити тільки в ядрах зірок. Можливо, ці лазери і засновані на них реактори синтезу коли-небудь допоможуть нам на Землі приборкати зоряну енергію.

У реакторах синтезу вчені намагаються відтворити процеси, які відбуваються в космосі при формуванні зірки. Спочатку зірка постає як величезний куля неоформленого водню. Потім гравітаційні сили стискають газ і тим самим розігрівають його; поступово температура всередині досягає астрономічних значень. Приміром, глибоко в серце зірки температура може зрости до 50-100 млн градусів. Там досить жарко, щоб ядра водню почали злипатися один з одним; при цьому виникають ядра гелію і виділяється енергія. У процесі синтезу гелію з водню невелика частина маси перетворюється на енергію згідно з відомої формули Ейнштейна Е = mc2. Це і є джерело, з якого зірка черпає свою енергію.

В даний час вчені намагаються приборкати енергію ядерного синтезу двома шляхами. Обидва шляхи виявилися куди більш складними для реалізації, ніж уявлялося раніше.
Інерційне утримання для лазерного термоядерного синтезу

Перший метод заснований на так званому інерційному стягнення. За допомогою найбільш потужних на Землі лазерів в лабораторії штучно створюється шматочок сонця. Твердотільний лазер на неодимовом склі ідеально підходить для відтворення високих температур, які можна виявити тільки в ядрах зірок. В експерименті використовуються лазерні системи розміром з хороший завод; ціла батарея лазерів, що входять в таку систему, вистрілює в довгий тунель серію паралельних променів. Потім ці потужні лазерні промені відбиваються від системи невеликих дзеркал, встановлених навколо сферичного обсягу. Дзеркала точно фокусують всі лазерні промені, направляючи їх на крихітний кульку з багатого воднем речовини (такого, як дейтерид літію, активна речовина водневої бомби). Зазвичай вчені використовують кулька розміром з шпилькову голівку і вагою всього близько 10 мг.

Лазерна спалах миттєво розігріває поверхню кульки, викликаючи випаровування верхнього шару речовини і різке стиснення кульки. Він «схлопывается», і яка при цьому виникає ударна хвиля доходить до самого центру і змушує температуру всередині кульки підскочити до мільйонів градусів - рівня, необхідного для злиття ядер водню з утворенням ядер гелію. Температура і тиск досягають таких астрономічних значень, що виконується критерій Лоусона, той самий, який виконується також у ядрах зірок при вибухи водневих бомб. (Критерій Лоусона стверджує, що для запуску термоядерної реакції синтезу у водневій бомбі, в зірку або в реакторі повинні бути досягнуті певні рівні температури, щільності і часу утримання.)

У процесі термоядерного синтезу з інерційним утриманням вивільняється величезна кількість енергії, у тому числі у вигляді нейтронів. (Температура дейтериду літію може досягати 100 млн градусів за шкалою Цельсія, а щільність - двадцятикратної щільності свинцю.) Відбувається сплеск нейтронного випромінювання від кульки. Нейтрони потрапляють в сферичне «ковдра» з речовини, що оточує камеру реактора, і нагрівають його. Потім отримане тепло використовується для кип'ятіння води, а пар вже можна використовувати для обертання турбіни та отримання електрики.

Проблема, однак, полягає в тому, щоб сфокусувати високоенергетичні промені і рівномірно розподілити їх випромінювання з поверхні крихітні кульки. Першою серйозною спробою лазерного термоядерного синтезу стала «Шива» - двадцатилучевая лазерна система, побудована в Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса (LLNL) і запущена в 1978 р. (Шива - багаторука індуїстського пантеону, яку нагадує многолучевая лазерна система.) Результати роботи лазерної системи «Шива» просто ошелешили; проте з її допомогою вдалося довести, що лазерний термоядерний синтез технічно можливий. Пізніше на зміну «Шиви» прийшов лазер «Нова», десятикратно перевершував «Шиву» по потужності. Але і «Нова» виявилася не в стані забезпечити водневого кульці належне запалювання. Як би те ні було, обидві ці системи проклали шлях до намічених досліджень на новій установці National Ignition Facility (NIF), спорудження якої розпочалося у LLNL в 1997 р.

Передбачається, що робота NIF почнеться в 2009 р. Ця жахлива машина являє собою батарею з 192 лазерів, які видають у короткому імпульсі величезну потужність 700 трлн ват (сумарний вихід приблизно 70 0000 великих атомних енергоблоків). Це новітня лазерна система, розроблена спеціально для повного термоядерного спалювання насичених воднем кульок. (Критики вказують також на її очевидне військове значення - адже така система здатна імітувати процес детонації водневої бомби; можливо, вона дозволить створити ядерну зброю нового типу - бомбу, засновану виключно на процесі синтезу, для детонації якої вже не потрібен урановий або плутонієвий атомний заряд.)

Але навіть система NIF, призначена для забезпечення процесу термоядерного синтезу і має у своєму складі найпотужніші на Землі лазери, не може хоча б віддалено зрівнятися за потужністю з руйнівною силою Зірки смерті, відомої нам по «Зоряним війнам». Для створення подібного пристрою нам доведеться пошукати інші джерела енергії.
Магнітне утримання для термоядерного синтезу

Другий метод, який в принципі могли б використовувати вчені для забезпечення Заїзди смерті енергією, відомий як магнітне утримання - процес, при якому гаряча воднева плазма утримується на місці за допомогою магнітного поля.

Саме цей метод, цілком можливо, стане прототипом для перших комерційних термоядерних реакторів. В даний час самий просунутий проект цього типу - Міжнародний термоядерний експериментальний реактор (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor). У 2006 р. кілька країн (в тому числі Європейський союз, Сполучені Штати, Китай, Японія, Корея, Росія та Індія) вирішили побудувати такий реактор в Кадараші на півдні Франції. У ньому водень повинен розігріватися до 100 млн градусів за Цельсієм. Не виключено, що ITER стане першим термоядерним реактором в історії, якому вдасться зробити енергії більше, ніж спожити. Він розрахований на виробництво 500 МВт потужності протягом 500 (поточний рекорд становить 16 МВт потужності протягом однієї секунди). Планується, що перша плазма буде отримана в ITER до 2016 р., а установка повністю вступить в дію в 2022 р. Проект коштує 12 млрд дол. і є третім за вартістю науковим проектом в історії (після Манхеттенського проекту і Міжнародної космічної станції).

З вигляду установка ITER схожа на великий бублик, обплетений зовні величезними кільцями електричної обмотки; всередині бублика циркулює водень. Обмотку охолоджують до стану надпровідності, а потім накачують у неї гігантська кількість електроенергії, створюючи магнітне поле, яке і утримує плазму всередині бублика. Коли ж електричний струм пропускають безпосередньо через бублик, газ всередині його нагрівається до зоряних температур.

Причина, по якій вчені так зацікавлені в проекті ITER, проста: в перспективі він обіцяє створення дешевих джерел енергії. Паливом для термоядерних реакторів служить звичайна морська вода, багата воднем. Виходить, принаймні на папері, що термоядерний синтез може забезпечити нас дешевим і невичерпним джерелом енергії.

Так чому ж у нас досі немає реакторів термоядерного синтезу? Чому вже кілька десятиліть - з того моменту, як у 1950-х рр. була розроблена схема процесу - ми не можемо домогтися реальних результатів? Проблема в тому, що рівномірно стиснути водневе паливо неймовірно важко. У ядрах зірок гравітація примушує водень приймати ідеальну сферичну форму, в результаті чого газ прогрівається чисто і рівномірно.

Лазерний термоядерний синтез в установці NIF вимагає, щоб промені лазерів, воспламеняющие поверхню водневого кульки, були абсолютно однаковими, а досягти цього надзвичайно важко. В установках з магнітним утриманням більшу роль набуває той факт, що магнітне поле має північний та південний полюси; в результаті рівномірно стиснути газ в правильну сферу надзвичайно важко.

Найкраще, що ми здатні створити, - це магнітне поле у формі бублика. Але процес стиснення газу нагадує стискання в руках повітряної кульки. Кожен раз, коли ви стискаєте кульку з одного кінця, повітря оприлюднює його в іншому місці. Стискати кулька одночасно і рівномірно у всіх напрямках - непросте завдання. Гарячий газ, як правило, витікає з магнітною пляшки; рано чи пізно досягає стін реактора, і процес термоядерного синтезу припиняється. Саме тому так важко стиснути водень в достатній мірі і утримувати його стисненим навіть протягом секунди.

На відміну від сучасних атомних станцій, де відбувається розщеплення атомів, реактор термоядерного синтезу не буде давати великої кількості ядерних відходів. (Кожен з традиційних атомних енергоблоків виробляє в рік 30 т надзвичайно небезпечних ядерних відходів. На противагу цьому ядерні відходи термоядерного реактора здебільшого будуть представляти собою радіоактивний сталь, яка залишиться після його розбирання.)

Не варто сподіватися, що найближчим часом термоядерний синтез повністю вирішить енергетичні проблеми Землі. Француз П'єр-Жілль де Женн, нобелівський лауреат в області фізики, каже: «Ми говоримо, що покладемо Сонце в ящик. Гарна ідея. Проблема в тому, що ми не знаємо, як зробити цей ящик». Але дослідники сподіваються, що, якщо все піде добре, років через сорок ITER допоможе вченим прокласти шлях до комерційного виробництва термоядерної енергії - енергії, яка одного разу може стати джерелом електрики для наших будинків. Коли-небудь, можливо, термоядерні реактори дозволять нам на Землі безпечно користуватися зоряною енергією і пом'якшать тим самим наші енергетичні проблеми. Але навіть термоядерні реактори з магнітним утриманням не зможуть забезпечити енергією зброю, подібне Зірці смерті. Для цього потрібні зовсім нові розробки.
Рентгенівські лазери з ядерної накачуванням

Існує ще одна можливість побудувати лазерну гармату Зірки смерті на підставі сьогоднішніх технологій - за допомогою водневої бомби. Батарея рентгенівських лазерів, обуздывающих і фокусуючих потужність ядерної зброї, могла б в теорії дати достатньо енергії для роботи пристрою, здатного підірвати цілу планету.

Ядерні реакції вивільняють приблизно в 100 млн разів більше енергії на одиницю маси, ніж хімічні. Шматки збагаченого урану розміром не більше тенісного м'яча вистачило б, щоб спалити у вогняному вихорі ціле місто, незважаючи на те що в енергію перетворюється лише 1% маси урану. Як ми вже говорили, існує безліч способів накачування енергії в робоче тіло лазера, а значить, і в лазерний промінь. Найпотужніший з цих способів - набагато потужніший, ніж всі інші, - полягає у використанні енергії вибуху ядерної бомби.

Рентгенівські лазери мають величезне значення, як військовий, так і наукове. Дуже маленька довжина хвилі рентгенівського випромінювання дозволяє використовувати такі лазери для зондування на атомних відстанях і дешифрування атомної структури складних молекул, що надзвичайно складно робити звичайними методами. Можливість «бачити» атоми в русі і розрізняти їх розташування усередині молекули змушує зовсім по-новому поглянути на хімічні реакції.

Воднева бомба випромінює величезну кількість енергії у вигляді рентгенівського випромінювання, тому рентгенівські лазери можна накачувати енергією ядерного вибуху. В науці з рентгенівськими лазерами найтісніше пов'язаний Едвард Теллер, «батько водневої бомби.

Між іншим, саме Теллер в 1950-е рр. свідчив перед конгресом, що Роберту Оппенгеймеру, який очолював до цього Манхеттенський проект, не можна довірити подальшу роботу над водневою бомбою з-за його політичних поглядів. Показання Теллера призвели до того, що Оппенгеймер зганьбили і позбавлений допуску до секретних матеріалів; багато видатні фізики так і не змогли пробачити цього Теллеру.

(Мої власні контакти з Теллером почалися ще в старших класах школи. Я тоді провів серію експериментів по природі антиматерії, виграв головний приз на науковій ярмарку в Сан-Франциско і поїздку на Національну наукову ярмарок в Альбукерке, штат Нью-Мексико. Разом з Теллером, який завжди приділяв увагу талановитим молодим фізикам, я взяв участь у передачі місцевого телебачення. Пізніше я отримав від Теллера інженерну стипендію імені Герца, яка допомогла мені оплатити навчання в Гарварді. Кілька разів на рік я їздив до Теллеру додому, в Берклі, і там досить близько познайомився з його родиною.)

Принципово рентгенівський лазер Теллера являє собою невелику ядерну бомбу, оточену мідними стержнями. Вибух ядерного боєприпасу породжує сферичну вибухову хвилю інтенсивного рентгенівського випромінювання. Ці промені високої енергії проходять через мідні стрижні, які відіграють роль робочого тіла лазера і фокусують енергію рентгенівського випромінювання в потужні пучки. Отримані рентгенівські промені можна потім направити на ворожі боєголовки. Звичайно, такий пристрій можна використовувати тільки один раз, оскільки ядерний вибух призведе до саморуйнування рентгенівського лазера.

Перше випробування рентгенівського лазера, що отримало назву «тест Кабре» (СаЬга), було проведено в 1983 р. В підземній шахті була висаджена воднева бомба, а потім безладний потік рентгенівського випромінювання від неї був сфокусований і перетворений в когерентний рентгенівський лазерний пучок. Спочатку випробування були визнані успішними; фактично саме цей успіх у 1983 р. надихнув президента Рейгана на історичну заяву про намір побудувати оборонний щит із «Зоряних воєн». Так була запущена багатомільярдна програма будівництва мережі пристроїв, подібних рентгенівським лазерів з ядерної накачуванням, для збивання ворожих міжконтинентальних балістичних ракет. Роботи за цією програмою тривають і сьогодні. (Пізніше з'ясувалося, що датчик, призначений для реєстрації і вимірювання випромінювання під час історичного випробування, був зруйнований; таким чином, його показаннями довіряти не можна було.)

Чи справді можна збивати боєголовки балістичних ракет за допомогою такого нетривіального пристрою? Не виключено. Але не слід забувати, що ворог може придумати безліч простих і недорогих способів нейтралізації подібного зброї (так, можна було б обдурити радар, випустивши мільйони дешевих помилкових цілей; або надати боєголовці обертання, щоб розсіяти таким чином рентгенівське випромінювання; або придумати хімічне покриття, яке захистило б боєголовку від рентгенівського променя). Врешті-решт, супротивник міг би просто налагодити масове виробництво боєголовок, які пробили б щит «Зоряних воєн» просто за рахунок своєї кількості.

Тому рентгенівські лазери з ядерної накачуванням на даний момент не в змозі захистити від ракетного нападу. Але чи можна створити на їх основі Зірку смерті, здатну знищити цілу планету або стати дієвим засобом захисту від наближення астероїда?
Фізика Зірки смерті

Чи можна створити зброю, здатне знищити цілу планету, як в «Зоряних війнах»? В теорії відповідь проста: так. Причому декількома шляхами.

Для енергії, що вивільняється при вибуху водневої бомби, немає ніяких фізичних обмежень. Ось як це відбувається. (Докладний опис водневої бомби навіть сьогодні уряд США відносить до вищої категорії секретності, але в загальних рисах її пристрій досить добре відомо.) Воднева бомба виготовляється в кілька етапів. Об'єднавши потрібну кількість етапів в належній послідовності, можна отримати ядерну бомбу майже будь-який наперед заданої потужності.

Перший етап - стандартна бомба на реакції ділення, або атомна бомба; в ній енергія урану-235 використовується для генерації сплеску рентгенівського випромінювання, як це відбулося в Хіросімі. За частку секунди до того, як вибух атомної бомби рознесе все на шматки, з'являється розширюється сфера потужного рентгенівського імпульсу. Це випромінювання обганяє власне вибух (так як рухається зі швидкістю світла); його встигають сфокусувати заново і направити на контейнер з дейтеридом літію - активною речовиною водневої бомби. (Як саме це робиться - все ще державна таємниця.) Рентгенівське випромінювання падає на дейтерид літію, змушує його миттєво стиснутися і розігріває до мільйонів градусів, викликаючи тим самим другий вибух, набагато потужніше першого. Сплеск рентгенівського випромінювання, що виникає при цьому другому вибуху, можна потім перефокусувати на другу порцію дейтериду літію і викликати третій вибух. Ось принцип, згідно з яким можна помістити поруч безліч контейнерів з дейтеридом літію і отримати водневу бомбу неймовірної потужності. Так, найбільш потужною бомбою в історії людства була двоступенева воднева бомба, яку підірвав у 1961 р. Радянський Союз. Тоді стався вибух потужністю 50 млн т в тротиловому еквіваленті, хоча теоретично ця бомба здатна була дати потужність більш ніж в 100 мегатонн тротилу (що приблизно в 5000 разів більше потужності бомби, скиненої на Хіросіму).

Однак для займання цілої планети потрібні зовсім інші потужності. Для цього Зірці смерті довелося б запустити в космос тисячі таких рентгенівських лазерів, які потім повинні були б вистрілити одночасно. (Для порівняння скажемо, що у розпал холодної війни Сполучені Штати і Радянський Союз накопичили приблизно по 30 000 ядерних бомб.) Сумарної енергії такого величезного числа рентгенівських лазерів вистачило б, щоб запалити поверхню планети. Тому Галактична імперія майбутнього, що відстоїть від нас на сотні тисяч років, змогла б, зрозуміло, створити таку зброю.

Для високорозвиненої цивілізації є й інший шлях: створити Зірку смерті, яка б використала енергію космічного джерела гамма-сплесків. Від такої Зірки смерті виходила б спалах випромінювання, потужності поступається лише Великому вибуху. Джерела гамма-сплесків - це природне явище, вони існують в космосі; тим не менше цілком можна уявити, що коли-небудь розвинена цивілізація зможе приборкати їх величезну енергію. Не виключено, що якщо взяти під контроль обертання зірки задовго до її колапсу і народження гиперновой, то можна буде направити «постріл» джерела гамма-сплесків в будь-яку точку простору.
Джерела гамма-сплесків

Космічні джерела гамма-сплесків були вперше помічені в 1970-х рр. на запущено американськими військовими супутниках «Вела» (Vela), призначених для видимістьения «зайвих спалахів - свідоцтв незаконного вибуху ядерної бомби. Але замість спалахів на поверхні Землі супутники зареєстрували гігантські сплески випромінювання з космосу. Спочатку несподіване відкриття викликало в Пентагоні справжню паніку: невже Поради випробовують нову ядерну зброю в далекому космосі? Пізніше було встановлено, що сплески надходять рівномірно з усіх напрямів небесної сфери; це означало, що насправді вони приходять в галактику Чумацький Шлях ззовні[5]. Але, якщо припустити дійсно внегалактическое походження сплесків, то потужність їх вийде воістину астрономічна - адже вони здатні «висвітлити» всю видиму всесвіт.

Після розвалу Радянського Союзу в 1990 р. Пентагон несподівано розсекретив величезну кількість астрономічних даних[6]. Астрономи були вражені. Вони раптом зрозуміли, що перед ними нове загадкове явище з тих, що змушують час від часу переписувати підручники і довідники.

Тривалість гамма-сплесків невелика і складає від декількох секунд до декількох хвилин, тому для їх виявлення і аналізу необхідна ретельно організована система датчиків. Спочатку супутники реєструють сплеск гамма-випромінювання і посилають на Землю точні координати джерела. Отримані координати передаються на оптичні або радіотелескопи, які, в свою чергу, наводяться на вказану точку небесної сфери.

Хоча зараз про гамма-сплески відомо далеко не все, одна з теорій їх походження свідчить, що джерела гамма-сплесків - «гиперновые» надзвичайної сили, що залишають після себе масивні чорні діри. В цьому випадку виходить, що джерела гамма-сплесків - жахливі чорні діри в стадії формування.

Але чорні діри випускають два джета, два потоку випромінювання, з південного полюса і з північного, як у обертового дзиги. Випромінювання гамма-сплеску, який ми реєструємо, належить, очевидно, одного з цих потоків - того, який виявився спрямований у бік Землі. Якби потік гамма-випромінювання від такого джерела виявився б спрямований точно на Землю, а сам джерело перебував би в нашій галактичної околиці (на відстані кількох сотень світлових років від Землі), його потужності вистачило б, щоб повністю знищити життя на нашій планеті.

Спочатку електромагнітний імпульс, створений рентгенівським випромінюванням від джерела гамма-сплесків, вивів би з ладу все електронне обладнання на Землі. Потужний промінь рентгенівського і гамма-випромінювання завдав би земній атмосфері непоправної шкоди, знищивши захисний озоновий шар. Потім потік гамма-випромінювання розігрів б поверхню Землі, викликавши жахливі вогняні бурі, які згодом охопили б усю планету. Може бути, джерело гамма-сплесків і не підірвав би планету, як показано у фільмі «Зоряні війни», але напевно знищив би на ній все живе, залишивши після себе обвуглену пустелю.

Можна припустити, що цивілізація, яка випередила нас у розвитку на сотні мільйонів років, навчиться направляти подібні чорні діри на бажану мету. Цього можна домогтися, якщо навчитися керувати рухом планет і нейтронних зірок і направляти їх у вмираючу зірку під точно розрахованим кутом безпосередньо перед колапсом. Відносно невеликих зусиль буде достатньо, щоб відхилити вісь обертання зірки і націлити її в потрібному напрямку. Тоді вмираюча зірка перетвориться в найбільшу променеву гармату, яку тільки можна уявити.

Підіб'ємо підсумок. Використання потужних лазерів для створення портативного або ручного променевого зброї і світлових мечів слід віднести до I класу неможливості - по всій видимості, це стане можливим в недалекому майбутньому або, скажімо, в найближчі сто років. Але надзвичайно складне завдання націлювання обертається зірки перед вибухом і перетворенням її в чорну діру, тобто перетворення її на Зірку смерті, повинна розглядатися як неможливість II класу - щось, що не суперечить явно законам фізики (адже джерела гамма-сплесків існують в реальності), але може бути реалізовано тільки в майбутньому, через тисячі або навіть мільйони років.