科幻電影的未來想像:雷射很普遍,但雷射槍怎麼還沒出現?

科幻電影的未來想像:雷射很普遍,但雷射槍怎麼還沒出現?
Photo Credit: Julian Stratenschulte / AP / 達志影像
我們想讓你知道的是

為什麼我們在科幻電影裡看到雷射槍這麼多年了,它還沒有成為軍隊裡的標準武器呢?

文:曲建仲(臺灣大學電機工程學系博士,政治大學科技管理與智慧財產研究所兼任助理教授。致力臺灣科技教育多年,擅長以淺顯易懂的文字由淺入深,帶領讀者了解艱深困難的科技原理)

瑪麗.雪萊(Mary Shelley)所撰寫的科幻小說《科學怪人》(Frankenstein),自1818年到今年(2018年)恰好滿200年,故事裡描述,一位瘋狂醫生試著以科學的方式讓死屍復活,製造出科學怪人法蘭克斯坦。《科學怪人》為科幻小說打造了一個里程碑,開啟了人類對未來科技的想像。

200年來,不同類型的科幻小說陸續出現,也有許多故事被拍成電影。導演與編劇在電影裡努力將小說中的文字敘述實體化,各種尖端的科技產品透過他們豐富的想像力和巧手展現在螢幕前。

就拿近幾十年來經典的科幻電影,及其著名的科技產品來舉例:《星球大戰》(Star War)裡的雷射槍、光劍、複製人大軍、人工智慧機器人C-3PO和R2-D2;《星空奇遇記》(Star Trek)裡的無線通話器、手持式顯示器和人員無線傳送;《回到未來》(Back to the Future)裡的時空穿梭、飛行車、飛行滑板;《鐵甲威龍》(Robocop)裡的頭載式顯示器、機械骨骼;《未來戰士》(Terminator)裡的無人攻擊機、機器戰士與液態金屬;《未來報告》(Minority Report)裡的虛擬實境、混合實境與無人駕駛車等,每一個都可以說是科幻電影的經典橋段。

這些電影多已發行超過10年,這些科技產品中哪些已經在我們真實的生活裡實現?哪些正在發展中尚未普及?哪些又是理論上可行但實際上無法做到呢?

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圖片來源:作者提供
《星際大戰》裡的 R2-D2機器人模型。(MorgueFile)
雷射很普遍,但雷射槍怎麼還沒出現?

雷射(laser)在現在生活中已有相當多應用,要了解雷射,可以先從它的「全名」開始說起。Laser是「Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation」的縮寫,意思是「利用激發放射來增加光的強度」。一般的光源是自發放射,而雷射光為激發放射,簡單的說,雷射光就是受激發產生同方向、同頻率和同相位的光子,成為能量集中、放大的光束。

有別於一般光源的波各不相同而產生相互干擾的現象,雷射光較一般光由於能量集中,能照得更遠,能量更強的還可以用來切割物體。雷射光擊中物體時會產生一定的破壞力,可以用來當作武器嗎?

傳統的火箭或飛彈,不但飛行的速度不夠快,還必須含有火藥與彈殼,精準的導向系統還需要價格昂貴的處理器、精密電路和導航系統等,發射後會隨著爆炸損毀。因此這些武器的價格居高不下:一枚愛國者飛彈(Patriot)的售價大約新臺幣6000萬元(約1500萬港元),一枚響尾蛇飛彈(AIM-120)的售價大約新臺幣900萬元(約230萬港元),可以想像現代戰爭打的根本就是財力。雖然花很多錢,這些飛彈的速度仍不夠快,還是有被攔截的可能。相較之下,雷射武器是以光速前進,光速每秒可以繞行地球赤道7圈半,也就是發射時就擊中了,完全沒有被攔截的可能,而且雷射光發射系統使用的處理器、精密電路、導航系統等不會損毀,因此價格便宜多了。

可能有人要問,那為什麼我們在科幻電影裡看到雷射槍這麼多年了,它還沒有成為軍隊裡的標準武器呢?原因在於雷射光的產生必須要很大的電源,高能量的固態雷射或氣體雷射共振腔體積龐大,而體積小的半導體雷射能量太低無法產生有效的破壞力。

美國軍方已經發展出能夠把多個小功率的半導體雷射匯合後產生高功率的雷射武器,應用在戰艦或陸地上,發展中的第六代戰機也將使用雷射武器取代飛彈。我們可以說科幻電影裡的雷射槍已經漸漸成真,但是由於電源的限制,要製作出手持式雷射槍和絕地武士光劍目前還是不可能的事。

本文經科學月刊授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航