وبسایت گجت نیوز – سپهر فاتحی: امروزه چندین کشور در حال توسعه انواع تسلیحات لیزری برای استفاده‌های مختلف هستند اما شاید بتوان گفت هیچ یک هنوز موفق به ساخت سلاح‌هایی مانند آنچه در فیلم‌های علمی تخیلی می‌بینیم نشده‌اند.

زمانی که لیزر اختراع شد، استفاده از آن به عنوان یک ابر سلاح در حد ایده‌ای خیالی به نظر می‌رسید. 60 سال از آن زمان گذشته و علیرغم پیشرفت‌های قابل توجه در این زمینه هنوز هم استفاده از لیزر به عنوان یک سلاح قدرتمند دور از دسترس به نظر می‌رسد. نمونه‌های اولیه از تسلیحات لیزری در آزمایش‌ها با موفقیت هواگردهای کوچک، راکت‌ها و پهپادها را نابود کرده‌اند و حداقل یک بار در میدان نبرد واقعی مستقر شده‌اند، اما هنوز تا ساخت سلاح لیزری انقلابی و مرگبار که به اندازه تسلیحاتی نظیر کمان بلند و یا هواپیما چهره جنگ‌ها را تغییر دهند راه زیادی باقی مانده است. پس تکنولوژی فعلی تسلیحات لیزری تا چه حد پیشرفته است و اهمیت آن در میادین نبرد آینده به چه میزان خواهد بود؟

چرا لیزر؟

جدای از این که ایده تسلیحات لیزری مانند آن چه در فیلم‌های علمی تخیلی می‌بینیم بسیار جذاب به نظر می‌رسد، این سلاح‌ها به چه کار می‌آیند؟ و این که نسبت به تسلیحات معمول چه برتری‌هایی دارد؟

بدیهی‌ترین مزیت آن‌ها این است که لیزر اشعه‌ای از نور است و بنابراین با سرعت نور حرکت می‌کند. همیشه در مورد برتری سلاح‌های هایپرسونیک که 7 ماخ سرعت دارند صحبت می‌شود، اما سرعت نور 300000000 متر بر ثانیه، معادل 872705 ماخ است. و این یعنی تنها زمانی متوجه شلیک شدن یک سلاح لیزری خواهید شد که اشعه آن به شما برخورد کرده است!

نکته دیگری که باعث برتری این تسلیحات لیزری شده، دقت بی همتای آن‌ها است. در شرایط کاملا ایده‌آل و یا در برد بسیار کم، اشعه لیزر دقیقا بر روی هدف متمرکز می‌شود. این دقت باعث شده که استفاده از سایت‌های هدفگیری لیزری بر روی سلاح‌های انفرادی به امری معمول تبدیل شود که به تیرانداز کمک می‌کند با دقت بیشتری به هدف شلیک کند.

به علاوه تسلیحات لیزری به میزان زیادی قابل کنترل هستند. با استفاده از آن‌ها می‌توان دقیقا به همان میزان که لازم است به هدف صدمه وارد کرد. لیزر فاقد هرگونه پس زنی است و به هیچ گونه مکانیزم جذب تکانه نیازی ندارد و استفاده از آن بسیار ارزان و در حد 1 دلار به ازاء هر شلیک است و تا زمانی که منبع انرژی وجود داشته باشد می‌تواند به شلیک کردن ادامه دهد.

با این حال لیزرها نقاط ضعف بزرگی هم دارند. آن‌ها نیازمند انرژی بسیار زیادی هستند و مولدهای انرژی مورد نیاز آن‌ها بسیار بزرگ هستند. اگر انتظار دیدن اسلحه کمری لیزری را دارید سخت در اشتباه هستید. باطری که برای به کار انداختن چنین سلاحی نیاز است به قدری قدرتمند و خطرناک خواهد بود که بهتر است از آن به جای نارنجک استفاده کرد.

بهره‌وری تسلیحات لیزری هم بسیار کم است و بیشتر انرژی که مصرف می‌کنند به شکل گرما تلف می‌شود. اشعه آن‌ها نیز می‌تواند به وسیله گرد و خاک، دود، ابر، باران و مه بی اثر شده و یا بر اثر پراکندگی قدرتش را از دست بدهد. جدای از همه این‌ها تسلیحات لیزری به مقادیر زیادی از مواد شیمیایی سمی برای فعالیت نیاز دارند.

لیزر چیست؟

ایده تسلیحات لیزری خیلی پیش از ابداع لیزر وجود داشت. شاید بهترین مثال، رمان علم تخیلی اچ.جی. ولز به نام نبرد دنیاها باشد که در آن ارتش بسیار پیشرفته‌ای از مریخی‌ها به زمین حمله می‌کنند. در این داستان مریخی‌ها که بدن‌هایی معمولی دارند، ماشین‌های جنگی فلزی عظیمی را در اختیار دارند و سلاح آن یک اشعه گرما است که مانند عمل می‌کند و می‌تواند اشیاء را ذوب کرده و فلز را بشکافد.

دهه‌ها پس از داستان اقای ولز، ادعای ساخت اسعه مرگبار بارها در روزنامه‌ها و مجلات علمی مطرح شد. اولین ادعاها اندکی پیش از جنگ جهانی اول اغاز شدند و تا دهه 60 میلادی ادامه داشتند. برخی این ادعاها را بر اساس تحقیقات علمی می‌کردند، مانند رابرت واتسون وات که یکی از دانشمندانی بود که در اختراع رادار سهیم بود و برخی دیگر مانند هرس گریندل متیوز که ادعا می‌کرد می‌تواند با استفاده از اشعه‌ای الکتریکی هواپیماها را در آسمان منهدم کند، تنها به دنبال شهرت بودند. حتی برخی از این ادعاها پروژه‌هایی تقلبی در برخی ارتش‌ها بود تا باعث گمراهی دشمن شده و آن‌ها را وادار به اتلاف منابع در تحقیقاتی کنند که انتها آن بن‌بست بود.

اما چگونگی ابداع لیزر به اواخر قرن 19 میلادی بازمی‌گردد که یک فیزیکدان به نام مکس پلنک فهمید انرژی به شکل بسته‌ها مجزا ظاهر می‌شود که به آن‌ها کوانتا می‌گویند و رابطه بین انرژی و فرکانس پرتوزایی را کشف کرد. در سال 1905 انیشتن پیشنهاد داد که نور از واحدهایی به نام فتون تشکیل شده. این تغییرات اساسی در درک ما از ماهیت نور به معرفی مفهومی جدید و البته انقلابی منتهی شد. این که مواد با دریافت انرژی می‌توانند از خود فتون ساتع کنند.

کلمه لیزر نیز کوتاه شده عبارت “تقویت نور به روش گسیل القایی تابش” است. اولین لیزر در سال 1960 توسط تئودور میمن در آزمایشگاه تحقیقاتی هیوز در شهر مالیبو ایالت کالیفرنیا ابداع شد. این دستگاه ساده بر اساس کار چارلز تاونز که در سال 1954 دستگاه “مستر” را اختراع کرده بود (دستگاهی مشابه لیزر که با امواج الکترومغناطیس کار می‌کرد) و همچنین کارهای تئوریک آرتور شالو که به همراه تاونر در 1985 مقاله‌ای کلیدی را منتشر کرده بودند، ساخته شده بود. تاونز و شالو در سال 1960 به صورت مشترک موفق به کسب حق ثبت اختراع اولین لیزر شدند.

این دستگاه ظاهری عجیب داشت. این وسیله یک میله از جنس یاقوت مصنوعی بود که درون یک لامپ پیچ خورده قرار داشت. شاید برای کسانی که در مورد لیزر چیزی نمی‌دانند فهمیدن چگونگی عملکرد آن مشکل باشد. اما قاعده کلی پشت این دستگاه و همه لیزرهای مدرن امروزی در حقیقت بسیار ساده است.

اولین دستگاه لیزر

لیزر به سادگی یک اشعه نور است. بخش مورد اهمیت آن این است که لیزر یک اشعه منسجم و تک رنگ از نور است. یک لامپ رشته‌ای حبابی معمولی را در نظر بگیرید که با گرم شدن رشته درونش توسط الکتریسیته نور تولید می‌کند. نور ساطع شده از این لامپ که ترکیبی از چندین طول موج مختلف است در همه جهات پخش می‌شود.

اما نور لیزر منسجم است، یعنی تمامی فتون‌ها در یک مسیر حرکت می‌کنند. به علاوه نور حاصل در یک طول موج است، مانند نواختن یک نت بر روی ویولون. در مجموع در حالی که نور معمولی در همه جهات و در طول موج‌های مختلف پخش می‌شود، لیزر می‌تواند یک طول موج از نور را دقیقا به سمت یک نقطه بتاباند، بدون این که این نور با نورهای دیگر در طول‌ موج‌های دیگر تداخل کند. این نور در صورتی که انرژی کافی داشته باشد می‌تواند فلز را هم بشکافد.

اما این عمل چگونه انجام می‌شود؟ لیزر با پمپاژ انرژی به چیزی که ناحیه فعال لیزر یا محیط لیزری نام دارد ایجاد می‌شود. یک ماده مایع، جامد یا گاز که با دریافت انرژی برانگیخته شده و از خود نور ساطع می‌کند. در اولین دستگاه لیزر، این ماده میله‌ای از جنس یاقوت مصنوعی بود که در میان یک لامپ زنون قرار داشت. در دو سر میله یک آینه قرار داشت که یکی از آن‌ها نیمه نقره کاری شده بود تا اگر نور شدید بود از آن عبور کند.

زمانی که لامپ زنون روشن می‌شد، فتون‌ها را به سمت اتم‌ها میله می‌تاباند. اتم‌ها برانگیخته می‌شدند و به سطح بالاتری از انرژی می‌رفتند و از خود فتون‌هایی با طول موج متفاوت ساطع می‌کردند. برخی از این فتون‌ها از سطح آینه‌ها بازگشته و در طول میله حرکت می‌کردند و با جذب شدن توسط سایر اتم‌ها دوباره باعث تکرار شدن این فرایند می‌شدند. فتون‌های که می‌رفتند و بر می‌گشتند باعث ایجاد پدیده‌ای به نام اثر آبشاری می‌شدند. یعنی همه فتون‌ها در یک طول موج و در یک جهت به صورت رفت و برگشتی حرکت می‌کردند. زمانی که انرژی این فتون‌ها به اندازه کافی زیاد می‌شد از آینه نیمه نقره کاری شده انتهایی به شکل یک اشعه منسجم عبور می‌کردند.

حتی زمانی که لیزر تنها در حد یک تئوری بود، وزارت دفاع آمریکا به پتانسیل این تکنولوژی به عنوان یک سلاح و یا کاربرد آن‌ در بخش‌های دیگر پی برد و میلیون‌ها دلار را صرف توسعه چیزی که گاهی از آن به عنوان بزرگترین دستاورد نظامی پس از بمب اتم یاد می‌شود کرد. اولین دستگاه لیزر تنها می‌توانست نور را به شکل مقطعی ایجاد کند، اما در فوریه 1961 آزمایشگاه بل موفق به ساخت اولین لیزر مداوم شد و در همان سال اولین لیزرهای تجاری وارد بازار شدند.

لیزر از همان ابتدا در رسانه‌ها و محافل علمی و مهندسی مساله‌ای هیجان انگیز بود. از آن تکنولوژی‌هایی که کسی نمی‌توانست برای آن هیچ گونه محدودیتی قائل شود. در زمانی بسیار کوتاه از این تکنولوژی در زمینه‌هایی مثل فاصله یابی، ارسال سیگنال، نشانه گذاری دوربرد در شب، هدایت موشک و ارتباطات آنالوگ با طول موج بلند و همچنین در موارد غیرنظامی مثل جراحی، تحقیقات فیزیک، شیمی و زیست استفاده شد.

لیزر حتی باعث به وجود آمدن روشی جدید در تصویربرداری به نام هولوگرافی شد که با استفاده از آن تصاویر سه بعدی خلق می‌شود. اما از همه هیجان انگیزتر این بود که لیزر مانند اشعه مرگبار معروف داستان‌ها بود. حتی لیزرهای اولیه به قدری پرانرژی بودند که می‌توانستند از میان چوب، پلاستیک، سیمان و فلز عبور کنند.

هرچند متاسفانه بر خلاف تمام انتظارات، هرگز تسلیحات لیزری قدرتمندی ساخته نشد. دلیل این مسئله کم‌کاری و یا عدم توجه به این زمینه نبود. آمریکا، بریتانیا و روسیه در دهه 60 مبالغ زیادی را صرف پروژه‌های تحقیقاتی با هدف توسعه تسلحات لیزری کاربردی کردند که البته هیچ کدام نتیجه دلخواه را نداشتند.

اما دلیل آن چه بود ؟ بخشی از پاسخ این سوال، مسئله‌ای است که امروز بهتر از دهه 60 درک می‌کنیم. این که چگونه باید یک سلاح لیزری ساخت. مشخص شد که ساخت لیزر بخش آسان کار بوده و تبدیل آن به یک سلاح سخت‌تر و نیازمند زمان بیشتری است.