物理學(xué)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用

【專家解說】：物理學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科，在現(xiàn)代社會中，由物理學(xué)孕育出的新技術(shù) 已滲透到生活的各個角落。進(jìn)入20世紀(jì)以來，物理學(xué)與其他學(xué)科的交叉 表現(xiàn)得日益明顯和復(fù)雜，以至人們往往忽視了其中的科學(xué)根源——物理 學(xué)原理。 物理學(xué)是其他學(xué)科的基礎(chǔ)，因而物理學(xué)中的新發(fā)現(xiàn)常常會推進(jìn)相關(guān) 學(xué)科的發(fā)展；反之，其他學(xué)科中的進(jìn)步亦會激勵物理學(xué)家作更深入的研 究。由此，物理學(xué)進(jìn)入軍事領(lǐng)域，是理所當(dāng)然的。 一直以來，物理學(xué)在軍事科學(xué)中的應(yīng)用均占有不小的比例，而軍事武器的不斷發(fā)展在一定程 度上也促進(jìn)了物理學(xué)的進(jìn)步。 幾百年來，一度在科幻作品中出現(xiàn)的那些神秘武器，如光學(xué)武器， 聲波武器，電磁波武器，核武器等，如今已紛紛面世。現(xiàn)代軍事科學(xué)的 知識密度高，綜合性強(qiáng)。許多高精尖現(xiàn)代化軍事武器，比如，紅外制導(dǎo)、 紅外夜視、激光雷達(dá)、聲納及核武器等都與物理學(xué)的最新成就密切相關(guān)。 盡管目前這類武器的性能和狀況還不夠完善，人們對制造與使用這些武 器，也存有較多疑慮和爭議，但通過本文，物理學(xué)與軍事武器的緊密相 關(guān)性仍可略見一斑。 一、聲波武器 我們知道，聲波是機(jī)械縱波，它可以在固體、液體和氣體中傳播。 人們?nèi)粘？梢月牭降穆曇舯闶?20－20000Hz頻率范圍內(nèi)的聲波。 目前軍事領(lǐng)域中應(yīng)用的主要是次聲波部分（即頻率低于20Hz的聲波）。 和可聞聲波相比，次聲波在介質(zhì)中傳播時，能量衰減緩慢，隱蔽性好， 不易為敵人察覺，所以軍事上常用次聲波接收裝置來偵察敵情。 另一方面，次聲波武器還可直接消滅敵人的有生力量。那么，它的 殺傷原理是什么呢？這里要涉及到物理學(xué)的一個重要概念——共振。原 來，次聲武器是利用和人體器官固有頻率相近的次聲波與人體器官發(fā)生 共振，導(dǎo)致器官變形、移位、甚至破裂，以達(dá)到殺傷目的的。次聲武器 大體可分為兩類： （l）“神經(jīng)型”次聲武器。次聲頻率和人腦阿爾法 節(jié)律（8－12Hz）很接近，所以次聲波作用于人體時便要刺激人的大腦， 引起共振，對人的心理和意識產(chǎn)生一定影響：輕者感覺不適，注意力下 降，情緒不安，導(dǎo)致頭昏、惡心；嚴(yán)重時使人神經(jīng)錯亂，癲狂不止，休 克昏厥，喪失思維能力。 （2）“器官型”次聲武器。當(dāng)次聲波頻率和 人體內(nèi)臟器官的固有頻率（4 －18Hz）相近時，會引起人的五臟六腑產(chǎn) 生強(qiáng)烈共振。輕者肌肉痙攣，全身顫抖，呼吸困難；重者血管破裂，內(nèi) 臟損傷，甚至迅速死亡。 次聲武器的優(yōu)點在于： ①突襲性。次聲波在空 氣中的傳播速度為每秒三百多米，在水中傳播更快，每秒可達(dá) 1500m左右。次聲波是常人聽不到、看不見的，故除了傳播迅速之外，次聲波又 具有良好的隱蔽性。 ②作用距離遠(yuǎn)。根據(jù)物理學(xué)原理，聲波的頻率越低， 傳播時介質(zhì)對它的吸收就越小，波的傳播距離也越遠(yuǎn)。比如，炮彈產(chǎn)生 的可聞聲波，由于衰減快，在幾千米外就聽不到了，但它產(chǎn)生的次聲波，可傳到80km以外；而氫彈產(chǎn)生的歡聲波可繞地球傳播好幾圈，行程十幾萬千米。故高強(qiáng)度的次聲武器具有洲際作戰(zhàn)能力。 ③穿透力強(qiáng)。傳播介質(zhì)對低頻率的聲波吸收較小，故次聲波具有很強(qiáng)的穿透能力。一般的可 聞聲波，一堵墻即可將其擋住，而實驗表明，次聲波能穿透幾十米厚的鋼筋混凝土。因此，無論敵人是在掩體內(nèi)躲藏，還是乘坐在坦克中，或 深海的潛艇里，都難以逃脫次聲武器的襲擊。 ④次聲波在殺傷敵人的同時，不會造成環(huán)境污染，不破壞對方的武器裝備，可作為戰(zhàn)利品，取而 用之。 需指出的是，目前次聲武器發(fā)出的次聲波的強(qiáng)度和方向性等因素尚 待進(jìn)一步研究，所以真正應(yīng)用于戰(zhàn)爭的次聲武器還不多見。 據(jù)說，第一臺次聲波發(fā)生器是由法國人在1972年發(fā)明的，它產(chǎn)生的 次聲波可以損害5km以外的人。發(fā)明者還得出結(jié)論：頻率為7Hz的次聲波 可對人體造成致命的打擊。有報道稱，美軍在干預(yù)索馬里期間已經(jīng)試用 過某些音響或聲音武器的樣品。這些武器可以使人的內(nèi)臟發(fā)生震動，把人震昏，使人感到惡心，甚至使腸子里的糞便液化，不斷腹瀉。 此外，超聲波在軍事上的應(yīng)用也很多。由于海水有良好的導(dǎo)電性，對電磁波的吸收能力很強(qiáng)，因而電磁雷達(dá)無法探測水下作戰(zhàn)目標(biāo)（如潛水艇）的方位和距離。所謂超聲波，是 指高頻率的機(jī)械波（頻率大約在20kHz以上）。它具有能流密度大，方 向性好，穿透力強(qiáng)等特點。超聲波在空氣中衰減較快，而在固體、液體中的衰減卻很小，這正好與電磁波相反。這種情況下，超聲波雷達(dá)——聲納，便可發(fā)揮巨大的威力。 二、激光武器 激光是與原子能、半導(dǎo)體、計算機(jī)一起出現(xiàn)的20世紀(jì)的四項重大發(fā) 明之一。它的英文全稱是Light Amplification by Stimuluted Emisslon of Radiation，編寫為 Laser，意為受激輻射光放大器。由于激光有方 向性強(qiáng)，單色性好，亮度高，相干性好等特性，其在軍事上的應(yīng)用十分 廣泛。 激光武器是利用激光束來直接攻擊敵方目標(biāo)的。 其優(yōu)點主要是： （l）速度快，射束直，射擊精確度高。激光束以每秒三十萬公里的速 度傳播，不需提前量，瞬發(fā)即中。 （2）摧堅能力強(qiáng)。激光能量高度集 中，可摧毀任何堅固材料制成的目標(biāo)。 （3）靈活、無慣性，不產(chǎn)生后 座力。因光子的靜質(zhì)量為零，故激光武器不會產(chǎn)生普通槍炮發(fā)射時所產(chǎn) 生的后座力。激光武器易于迅速變換射擊方向，能在短時間內(nèi)射擊多個 目標(biāo)。 （4）抗電磁干擾能力強(qiáng)。 激光武器有多種分類法。按激光能量的不同，可分為低能激光武器 （又稱激光輕武器或激光致盲武器）和高能激光武器（又稱激光炮）； 按激光器種類的不同，可分為固體、氣體、化 學(xué)、難分子、自由電子和 X 射線激光武器等；按激光位置或運(yùn)載工具的不同，分為陸基、車載、 艦載、機(jī)載、星載激光武器；按用途可分為戰(zhàn)術(shù)激光武器和戰(zhàn)略激光武 器；按激光輸出方式的不同可分為連續(xù)式激光武器和脈沖式激光武器。 激光武器是高新技術(shù)兵器中的佼佼者之一，它的研究時間最長，技 術(shù)也最成熟。激光武器的發(fā)展對各國的軍事戰(zhàn)略都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，同 時它也是最有希望把人類從當(dāng)前的核恐怖中解放出來的武器之一。在目前的實際應(yīng)用中，激光武器通常要和其他武器配合使用，還不能完全取 代常規(guī)武器。原因在于：（l）在大氣中使用時，大氣對激光能量有嚴(yán)重的衰減作用，云、霧、雨、雪、空中煙塵對激光特性影響更大，其射 程和威力受到限制。 （2）隨射程增加，落到目標(biāo)上的光斑增大，導(dǎo)致 靶面上的激光功率密度降低，限制了激光武器的有效作用距離； （3） 熱暈和氣體擊穿會造成激光能量的嚴(yán)重?fù)p耗，阻擋激光的傳播。（熱暈 是指大氣吸收激光能量后，因內(nèi)外層溫度不同而引起光束擴(kuò)散的現(xiàn)象； 氣體擊穿是指大氣吸收激光能量后，中性氣體被電離的現(xiàn)象。）人眼最敏感的光是波長為 0.54微米的綠光。實驗表明，人射到瞳 孔的綠光能量只要達(dá)到7×10－7焦耳就會燒傷視網(wǎng)膜，能量再高將造成 人眼的永久失明，嚴(yán)重的還會危及生命。目前，美國已經(jīng)出現(xiàn)了能夠令攻擊目標(biāo)暫時或永久性失明的致盲激光武器。 三、電磁武器 電磁波是指迅速變化的電磁場在空間的傳播。人類從形成之日起便生活在電磁波的汪洋大海之中。電磁波在軍事上的應(yīng)用異常豐富。所謂 電子對抗（又稱電子戰(zhàn)）便是指敵我雙方利用專門的設(shè)備、器材產(chǎn)生和 接收處于無線電波段內(nèi)的電磁波，以電磁波為武器，阻礙對方的電磁波 信號的發(fā)射和接收，保證自己的發(fā)射和接收。 電磁波對人體是有害的。據(jù)說，美國有人提出設(shè)計電磁槍，該電磁 槍將會“誘發(fā)癲癇病那樣的癥狀”。 另有一種所謂的“熱槍”，采用的是電磁波段中的微波。熱槍能夠產(chǎn)生使人體溫升高至40.6—41.7攝氏度 的作戰(zhàn)效果，讓敵人不舒服、發(fā)燒甚至死亡。 1980 －1983年，一個叫埃爾登·伯德的美國人，從事了海軍陸戰(zhàn)隊非殺傷性電磁武器的研究。他說：“我們正在研究大腦里生物電的活動 和如何影響這種活動。”他發(fā)現(xiàn)，通過使用頻率非常低的電磁輻射，可使動物處于昏迷狀態(tài)。此外，他還設(shè)計了磁場的反應(yīng)實驗，指出：“這 些磁場是非常微弱的，但結(jié)果是非殺傷性的可逆轉(zhuǎn)的。我們可以使一個人暫時傷殘?！?據(jù)中國電磁輻射測試中心經(jīng)過兩年的跟蹤檢測證實，超量的電磁輻 射會造成人體神經(jīng)衰弱、食欲下降、心悸胸悶、頭昏目眩、甚至腦部腫 瘤。 迄今為止，電磁武器的研制離實戰(zhàn)要求仍有較大距離，其中最大的 困難是電磁波的功率問題。由于電磁場能量隨距離的增大而迅速減弱， 如此能量的波束難以瞄準(zhǔn)相應(yīng)的目標(biāo)。這些原因?qū)е码姶盼淦鞯难芯窟h(yuǎn)遠(yuǎn)落后于聲波武器和激光武器。 四、核武器 將核能引入戰(zhàn)場是武器發(fā)展史上的重要里程碑，核能的軍事應(yīng)用首先是核武器的誕生。核武器的研究和發(fā)展有近50年的歷史，至今已制造 出的核武器達(dá)幾十種之多，而人們通常所說的核武器是指原子彈、氫彈 和中子彈等。 重核和輕核分別通過聚變核反應(yīng)和裂變核反應(yīng)可以轉(zhuǎn)化成更穩(wěn)定的中核，這兩種反應(yīng)均可釋放出核間的巨大能量。原子彈即是利用了其中的能量。原子彈的核裝料是純的鈾235或钚239、鈾233.這類原子核在中子轟 擊下發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓及裂變碎片和各種射線，最終形成了沖擊波、光輻射、早期核輻射、放射性污染以及電磁脈沖等殺傷破壞因素，其巨大殺傷力對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)產(chǎn)生了重大的影響。 氫彈是以氘和氚作為核裝料，其爆炸即是氫的同位素的聚變反應(yīng)。 氫彈的殺傷破壞因素與原子彈相同，但威力比原子彈大得多。氫彈的爆 炸過程就是原子彈爆炸加上輕核聚變的過程，由此可見其份量。中子彈是氫彈小型化的產(chǎn)物，是一種戰(zhàn)術(shù)核武器。中子彈爆炸時產(chǎn)生的沖擊波、光輻射及放射性污染的殺傷破壞作用比原子彈和氫彈小得多，但它的貫穿輻射殺傷作用頗大，其能量所占比例超過40％。中子彈 爆炸時放出大量高能中子和γ射線，對人員具有殺傷作用。核武器正朝著小型化、高精度、低當(dāng)量的方向發(fā)展，這也是現(xiàn)代軍事武器的發(fā)展趨勢：靈活、機(jī)動。 本文描述的物理學(xué)在軍事武器中的應(yīng)用，是從物理學(xué)原理的應(yīng)用角度考慮的。武器本身是中性的，無善惡之分，關(guān)鍵看掌握在誰手中，應(yīng)用于什么場合。 原子彈的實際應(yīng)用，最初是以毀滅性的殺人武器的形式出現(xiàn)的：1945年美國在日本的廣島、長崎市投下了兩顆原子彈。這一事實與物理學(xué)家的初衷是相違背的。世界著名物理學(xué)家愛因斯坦對此非常震驚。他竭盡全力地阻止對原子彈的研制和使用，甚至提議建立一個世界性的主 權(quán)政府以控制原子彈，維持世界和平。 1953年，愛因斯坦在給一位日本記者的信中寫到：“我是一名忠誠但并非絕對的和平主義者，也就是說，我反對在任何情況下使用武力，但在想要摧毀生命的敵人面前，就是另 一種情況了”。這非常有代表性地反映了世界上許多物理學(xué)家對社會的 良知。在地球上使用核武器，其后果不堪設(shè)想：核武器導(dǎo)致地球表面產(chǎn)生 大面積強(qiáng)烈爆炸，直接干擾大氣層中的臭氧層，從而使地球表面透過大量的紫外線，地球的生態(tài)環(huán)境和氣候?qū)a(chǎn)生嚴(yán)重的、不可挽回的后果。隨著科技的發(fā)展，武器裝備的數(shù)量和質(zhì)量都在不斷增大和提高。各種核武器的數(shù)量已增大到驚人的地步。 美國和前蘇聯(lián)兩個大國的核儲備都在 9－13 × 109噸“ TNT”當(dāng)量之間，并各自擁有3－4萬枚核彈頭，英、法、印及我國也都有限度地發(fā)展了核武器，具備一定的核反擊能力。 據(jù)估計，全球核武器總當(dāng)量大約在25 x109噸“TNT”左右，世界人均折 合5噸“TNT”。一旦核戰(zhàn)爭爆發(fā)，僅現(xiàn)有的核武器就能將地球炸得天翻 地覆，無數(shù)城市化為灰燼。實際上，核戰(zhàn)爭是人類自我毀滅的戰(zhàn)爭。我 們需要的是正義與和平。研制使用現(xiàn)代的最新武器，目的是消滅武器，消滅侵略，以維護(hù)世界的和平，國家的安寧。歷史告訴我們，任何一種新技術(shù)的應(yīng)用，一種新武器的出現(xiàn)，一開始的確具有強(qiáng)大的威力。但隨著時間的推移和技術(shù)的發(fā)展，總是被更新 式、更優(yōu)異的武器所取代。世界，正是在這樣一種矛盾對立中曲折向前發(fā)展著。