這樣的戰(zhàn)爭甚至可以用“優(yōu)雅”這兩個字來形容。沒有彌漫的硝煙，沒有震耳欲聾的爆炸，這一切都將被一束束悄無聲息的激光所取代。前年，美國空軍的合同承包商對波音747飛機進行了改裝，為其安裝了化學(xué)激光武器并進行了試驗。經(jīng)過改裝后帶有激光武器的波音747飛機能在彈道導(dǎo)彈距離目標(biāo)還有上千千米時將其擊毀；“定向能量”火炮能以光速對戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈進行攔截，將其烤焦并在半空引爆。這并不是上世紀80年代美國里根政府“星球大戰(zhàn)”計劃中的幻想，而是在大約10年前提出的現(xiàn)代計劃，而且這一切的實現(xiàn)都不是在遙遠的未來，而是在不遠的明天。

　　在位于美國新墨西哥州沙漠中的白沙導(dǎo)彈基地外，美軍的戰(zhàn)術(shù)高能激光已經(jīng)摧毀了數(shù)十枚“卡秋莎”火箭彈和炮彈。然而，前些年的發(fā)展卻給激光武器的熱愛者當(dāng)頭潑了一盆涼水，激光武器的前景突然變得像“星球大戰(zhàn)”計劃那樣黯淡。要產(chǎn)生足以將一枚導(dǎo)彈燒焦的、能量高達數(shù)千千瓦的激光，需要上千升的有毒化學(xué)物質(zhì)—乙烯基、氮基和三氟化物，這樣的激光武器不僅異常笨重，更糟糕的是，發(fā)射不了幾次就必須重新裝填一批化學(xué)物質(zhì)。將數(shù)量龐大的有毒化學(xué)物質(zhì)安放在飛機中或是運送到戰(zhàn)場上的想法令將軍們望而卻步。此外，在大雨或者濃霧中激光的穿透力也會大打折扣。去年，美軍取消了他們的戰(zhàn)術(shù)高能武器項目，很多人都認為，下一個馬上就會輪到預(yù)算嚴重超支的747激光武器發(fā)射平臺。但是，激光武器的魅力是難以抗拒的，尤其是其經(jīng)過超遠距離后仍然具有極高的精度這一優(yōu)點令美國軍方對其難以割舍。“沒有聲音、沒有煙霧，悄無聲息地就能將敵人擊倒，而且還能長時間地射擊而無需裝填，”美國海軍陸戰(zhàn)隊的Bradley Lott少將說，“如果激光武器能具有這樣的性能，那將是海軍陸戰(zhàn)隊員夢寐以求的。”既然化學(xué)激光器無法滿足要求，那么如何才能獲得具有實用價值的激光呢？

　　我們可以按照下面的兩個步驟進行。首先，五角大樓意識到，如果想獲得實用的激光武器，就不能操之過急，必須首先將預(yù)期目標(biāo)降低。例如，不要一開始就要求激光武器能摧毀彈道導(dǎo)彈，而可以從火箭彈這樣相對容易的目標(biāo)開始。其次，必須有新的技術(shù)出現(xiàn)。兩種在“星球大戰(zhàn)”計劃時期提出的激光技術(shù)—自由電子激光器和固體激光器—最近又被重新提出，在美國軍方的支持下，提出這兩種技術(shù)的實驗室現(xiàn)在又滿懷信心地開始了工作。

　　曲折之路所有激光器的工作原理都大同小異：讓某種類型的原子處于激發(fā)態(tài)，這些原子就會釋放出光子。釋放出的光子被反射回被激發(fā)的原子中，導(dǎo)致更多的光子被釋放出來。但是與燈泡發(fā)出的散射的光不同，這些光子具有極佳的方向性，反射回的光子與兩次激發(fā)出的光子的路線完全相同。此外，與由光譜中幾乎所有波長的可見光合成的普通光線不同，激光的波長是單一的(具體的波長取決于產(chǎn)生激光的增益介質(zhì)，即原子的類型)。只要將足夠能量的激光照射到物體上，物體表面就會產(chǎn)生高溫直至燃燒。第一次激光試驗是上世紀60年代進行的，當(dāng)時采用的增益介質(zhì)是紅寶石晶體。但是這種最早期的固體激光器產(chǎn)生的激光只有幾百瓦的功率—這種激光對于眼外科手術(shù)來說倒是正合適。而要摧毀一枚導(dǎo)彈，激光的功率必須達到幾千千瓦，這也是科研人員放棄了早期的固體激光器、轉(zhuǎn)向笨重的化學(xué)激光器的原因，可最終等待他們的依然是失敗。然而，還有另外一種產(chǎn)生激光的方法，采用這種方法的激光器不需要大量有毒的化學(xué)物質(zhì)，不需要晶體，甚至不需要增益介質(zhì)，這就是自由電子激光器(FEL)。這種激光器利用超高能量的電子束來激發(fā)反應(yīng)。這種類型的激光器是“星球大戰(zhàn)”計劃和美國國家導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的核心，也是科學(xué)家George Neil和Bob Yamamoto合力為導(dǎo)彈防御系統(tǒng)合同承包商TRW公司開發(fā)的最神秘的武器。很多人都對激光武器喪失了信心，認為那只不過是一個看上去很美的幻境。但是，TRW公司自由電子激光器項目的首席科學(xué)家Neil和工程師Yamamoto都不這么認為。他們都是激光武器堅定的支持者和虔誠的信徒，他們認為只要經(jīng)過足夠的研究，用自由電子激光器擊落巡航導(dǎo)彈并不是什么幻想。而且退一萬步講，即使最終無法擊落巡航導(dǎo)彈，相關(guān)的研究也會極大地促進原子物理學(xué)、光學(xué)和超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展。
 

　　但是在經(jīng)過10年的研究、耗費了5億美元的資金后，TRW公司實驗室里面的自由電子激光器僅僅產(chǎn)生了功率為11瓦的激光—差不多相當(dāng)于一個燈泡的1/10。又經(jīng)過了幾年幾乎毫無進展的研究之后，五角大樓終于失去了耐心，并于1989年中止了合同。“星球大戰(zhàn)”計劃作為一個笑話被扔進了垃圾桶。Neil對此感到十分憤怒。他認為，是軍方過高的期待和不切實際的計劃葬送了他的激光武器。在此后幾年進行的一些科學(xué)會議上，Neil不斷鼓吹重新啟動自由電子激光器的研究。“人們都認為我一定是瘋了，他們覺得這種激光器根本不可能實現(xiàn)。”他說，“而且從當(dāng)時的情形來看，他們這么想是有道理的。”在“星球大戰(zhàn)”計劃慘敗之后，BobYamamoto有15年的時間沒有接觸任何軍用項目。他轉(zhuǎn)而為TRW公司自由電子激光武器的合作伙伴之一、勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室工作，負責(zé)建造供高能武器試驗用的磁場。勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室位于加利福尼亞州伯克利附近，那里正是Yamamoto成長和上大學(xué)的地方。在這里他找到了新的樂趣—改裝汽車并與他童年時的玩伴進行賽車。無論是在實驗室還是車庫，Yamamoto都獲得了善于攻堅的名聲。由于這個名聲和之前在激光領(lǐng)域的工作經(jīng)驗，他于2003年開始主持一個由美國軍方資助的、總金額為5000萬美元的固體激光項目。由于相關(guān)技術(shù)的進步，固體激光這種曾一度被認為是不可行的技術(shù)又讓人們重新看到了希望。Yamamoto認為，固體激光技術(shù)和他之前參與研究的自由電子激光技術(shù)一樣完美而迷人。“人們在定向能量武器上已經(jīng)花了幾十年的時間，”他說，“我希望自己是第一個將其變成現(xiàn)實的人。”

　　槍口之下Yamamoto的固體激光器的核心部件是一系列面積約6平方厘米的透明薄片，這些略帶紫色的透明薄片正是那種我們期望能讓軍艦和飛機上的火炮射出激光的東西。這些薄片是加入了釹元素(在受到激發(fā)時，釹原子就會釋放出光子，并最終形成激光)的陶瓷狀物質(zhì)。盡管它們并不能持續(xù)不斷地產(chǎn)生激光(每發(fā)射10秒鐘就要冷卻至少1分鐘)，但是其產(chǎn)生激光的能力永遠不會衰減。此外固體激光器還有另外一個顯著的優(yōu)點，那就是體積很小。Yamamoto的固體激光器長度還不到9米，很容易就可以裝進一輛卡車在戰(zhàn)場上進行機動，然后對戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈進行攔截。“我等待這一天已經(jīng)很久了。”Yamamoto說。Yamamoto設(shè)計的固體激光器能夠在戰(zhàn)場上使用的另一個原因是人們對激光武器的期望降低了。要引爆160千米外的一枚巡航導(dǎo)彈需要的激光功率為幾千千瓦，固體激光器發(fā)出的激光永遠也達不到這個功率。但是要照射并引爆一兩千米之外的一枚火箭，只要100千瓦的功率就足夠了。Yamamoto已經(jīng)接近成功了。他向我展示了幾十片5厘米見方、2.5厘米厚的鋼板和鋁板，每一片上面都布滿了燒灼的痕跡和熔化后留下的孔洞。一片編號為“6-6-05”的鋼板幾乎已經(jīng)完全熔化了，熔化的金屬在鋼板的底部形成了淚珠一樣的痕跡。“你相信這一切是真的嗎？”他帶著孩子氣的笑容高聲問我，看上去一點不像一個50多歲的人。“就像被一道閃電擊中了一樣，鋼板在瞬間就熔化了。這真是令人感到不可思議！”通過改進增益介質(zhì)和提高脈沖頻率，這位利弗莫爾國家實驗室的科學(xué)家在去年3月將激光的功率提高到了45千瓦—幾乎比3年前提高了3倍。我到達勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的那一天，這里正處于一片緊張的氣氛之中。每片陶瓷增益介質(zhì)都被一組由2880個發(fā)光二極管組成的陣列環(huán)繞著，看上去就像是個鐘控收音機。當(dāng)這些發(fā)光二極管發(fā)出閃光時，會激發(fā)陶瓷增益介質(zhì)中的釹原子，開始產(chǎn)生激光的連鎖反應(yīng)。但是，發(fā)光二極管的數(shù)量越多，溫度的不均勻也就越嚴重，這將導(dǎo)致最終產(chǎn)生的激光質(zhì)量下降。這是一個嚴重的問題，因為五角大樓要的是完美、連續(xù)的激光脈沖，最好能像是一束連續(xù)的激光一樣。一個軍方的小組在下個周四要來這里進行檢查，檢查的結(jié)果將直接影響Yamamoto的小組能否獲得他們開展下一個項目的資金資助—開發(fā)100千瓦的、武器級的激光器。所以，Yamamoto的小組正在對備用光學(xué)系統(tǒng)—一組帶有200多個激勵器的棱鏡，可以對激光的缺陷進行補償—進行最后的檢查。在我們的交談結(jié)束的時候，他很有禮貌地對我表示歉意說：“實在是對不起，我們現(xiàn)在正處于槍口之下。”

　　一波三折當(dāng)我于幾天后遇到George Neil時，他倒并不是那么匆忙。這位清瘦的58歲長跑運動員(不久前他剛剛參加了在加拿大落基山脈舉行的、全長125千米的馬拉松比賽，這項賽事一向有“死亡競賽”的美稱)已經(jīng)在自由電子激光器行業(yè)投入了超過1/4個世紀的時間。至少還要數(shù)年的時間，他的自由電子激光器的功率才能達到Y(jié)amamoto的固體激光器目前的水平，所以他有足夠的時間，領(lǐng)著我在位于弗吉尼亞州紐波特紐斯市的托馬斯·杰斐遜國家加速器實驗室中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。他打開了兩扇磁力門，里面雜亂無章地堆滿了72米長的銅管、鋼管和橡膠管。所有這些管子都是為了同一個目的制造的：生成強大的電子脈沖，并將其加速到0.99999倍光速。在經(jīng)過精確調(diào)節(jié)的微波場中，管道中的電子脈沖會吸收能量并加速，隨后進入擺動器。在那里，電子在29個磁體的作用下上下運動，釋放出光子，開始產(chǎn)生激光的連鎖反應(yīng)。Neil的擺動器的作用就相當(dāng)于Yamamoto的固體激光器中的陶瓷增益介質(zhì)和化學(xué)激光器中有毒的化學(xué)物質(zhì)。他下一步的改進方向是提高電子束的能量和質(zhì)量。美國軍方對自由電子激光器發(fā)出的激光波長可調(diào)這一優(yōu)點很感興趣。絕大多數(shù)波長的激光在穿過大氣后強度會降低，一場小雨也會使激光的威力減弱，但是自由電子激光器則可以根據(jù)天氣情況選擇合適的激光波長，從而盡量避免能量的損失。勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的主任助理Doug Beason認為他們的固體激光器已經(jīng)奪得了激光器競賽中的獎杯，但是別人就不能再將其奪走嗎？在“星球大戰(zhàn)”計劃之后，超級長跑家Neil調(diào)整了自己的時間和步伐，耐心等待著自由電子激光技術(shù)的發(fā)展。他用了5年的時間為托馬斯·杰斐遜國家加速器實驗室建造了一臺巨大的粒子加速器，實驗室的主任承諾在那之后他可以重新開始自由電子激光器的研究。終于，在1995年，Neil和他的小組研制出了一臺能產(chǎn)生1千瓦激光的自由電子激光器—不是像上世紀80年代人們期望的那種超級激光器。1999年，他們的自由電子激光的能量超過了“星球大戰(zhàn)”時期各種激光器的記錄。2003年，新的自由電子激光器發(fā)出的激光能量達到了10千瓦，創(chuàng)造了新的記錄。“我始終相信這一天會到來，”Neil帶著得意的微笑說，“只要我們向一個合理的目標(biāo)前進。”現(xiàn)在，Neil的自由電子激光器又重新吸引了美國軍方的注意，五角大樓每年為他提供1400萬美元的資金，用于自由電子激光器的研究。美國海軍希望能在下一代的驅(qū)逐艦上安裝自由電子激光武器?，F(xiàn)在的軍艦上缺乏能攔截導(dǎo)彈和“基地”組織在2000年用于襲擊“卡爾·文森號”航母的那種小艇的精確武器。激光武器是個理想的選擇，但是在充滿水蒸氣的大海上，只有自由電子激光器才能完成這項任務(wù)。去年12月，Neil等到了一個巨大的好消息，美國海軍為其提供了一份為期8年、總金額1.8億美元的研究項目。“有很多困難的問題需要解決，”Neil說，“但是，我們終于起步了。”在興奮的同時，Neil也感到有些不安，因為這份合同是在同他的老朋友、老同事Bob Yamamoto競爭之后得到的。他的成功就意味著Yamamoto的失敗—原本計劃用于Yamamoto小組開發(fā)武器級固體激光器的資金轉(zhuǎn)而投向了諾思羅普·格魯門公司的一個研究小組。格魯門公司研究小組與Yamamoto小組的固體激光器設(shè)計并沒有很大不同，只是用幾塊較小的晶體取代了Yamamoto的固體激光器中較大的透明陶瓷。每塊晶體上匯聚的能量都較小，因此產(chǎn)生的激光的缺陷也相對較小。“我們對一塊口香糖大小的晶體竟然能產(chǎn)生如此巨大的能量感到驚訝。”格魯門公司研究小組的項目主管JeffSollee說。這是一位在定向能量武器方面有30多年經(jīng)驗的老兵，參與了美軍絕大多數(shù)“戰(zhàn)術(shù)高能激光武器”項目的研究。五角大樓給了Sollee 33個月的時間，讓他開發(fā)出武器級的固體激光器。與此同時，盡管沒有得到五角大樓的認可，Yamamoto仍在默默地對他的激光器進行改進。這種局面并不完全出乎他的意料，在他的生涯中也不是第一次面對這種局面。“從現(xiàn)在開始，我們要非常非常的低調(diào)。”他說，“但是，我們還沒有失敗。”