中國產生反物質的超強超短雷射 有多強?

2020-11-23 觀察者網

近日，「中科院上海光機所利用超強超短雷射成功產生反物質」這則新聞廣為傳播。這是國內首次報導利用雷射產生反物質。不過，很多網友在被「反物質」一詞吸引的同時，卻忽略了背後另一個更重大且更有意義的成就——中國在「超強超短雷射」上的一些突破。

什麼是「超強超短雷射」？

不少人第一眼看到「超強超短」會對其發生誤解。超強很好理解，而超短，不少人容易把其理解為「距離上的長短」，但實際上，這裡的「短」是時間上的長短。

大功率雷射是各國夢寐以求的，因為，它能幹的事實在是太多，比如軍事愛好者們所熟知的雷射武器，還有製造人工可控核聚變所需條件等等。

耗資數十億美元的美國「國家點火裝置」中使用的燃料球，他們使用192門雷射在十億分之一秒的時間內同時發射並擊中鉛筆頭大小的燃料球，從而引發核聚變。

然而，大功率雷射並非那麼容易產生，並不是說給一個雷射設備提供的能量越大，雷射的功率就會越大。顯然，單純地提供大能量以進一步提高雷射的功率現在已經變得很難，造價也越發昂貴。

怎麼辦？

我們知道：功率=功/時間=w/t

既然在「功」上突破已經很昂貴且很難，那麼，我們就從「時間」上來突破。

顯而易見，相同的功，做功時間越短，功率就會越大。當時間趨於無窮小時，功率就會趨於無窮大。

1瓦特（功率）=1焦耳/1秒。

對於1焦耳的能量來說，如果我們把雷射的脈衝時間從1秒縮短到0.1秒，那麼我們就得到了10瓦的功率。

如果從1秒縮短0.001秒，我們就得到了1000瓦的功率。

同理，如果縮小到1皮秒呢？那麼我們就得到了1,000,000,000,000瓦的功率（1萬億瓦）。

對於普通大眾來說，1萬億瓦的功率其實已經大到了不可思議。然而，我國造出的超短雷射脈衝，在時間尺度上是飛秒級別，其功率比上面的1萬億瓦還要多3個0，達到了1000萬億瓦的級別。

相信，研究雷射的業內人士每天說「飛秒」、「阿秒」的次數絕對比很多人每天說「秒」的次數還要多，為此，我們先用一張表格來溫故一下時間的量級：

我國造出的雷射脈衝，在時間上短到飛秒級別，對應的雷射也稱為「飛秒雷射」。1000萬億瓦等於1拍瓦（PW），中科院上海光學精密機械研究所（以下簡稱上海光機所）的雷射設備，其功率達到了5拍瓦。

它能產生很多極端條件

超強超短雷射功率如此的大，以至於，它能產生很多極端條件，而這些條件只有在恆星內部或是黑洞邊緣才能產生。

一、超強的光強

目前，超強超短雷射所能獲得的最高光強為10^22瓦/平方釐米。這是一個多大的光強呢？如果我們把地球上接收到的太陽總輻射同時聚焦在一根頭髮絲粗細的尺度上，獲得的光強也只有10^21瓦/平方釐米。

二、超高的能量密度

超強超短雷射目前可以達到3×10^10焦耳/立方釐米，這相當於是在1立方釐米的小體積內爆炸20噸的TNT炸藥。

三、超強的光壓

光會產生壓力，這就是光壓，也叫輻射壓。還在科幻中的「太陽帆」就是以此為動力。太陽產生的光壓很小很小，但是超強超短雷射產生的光壓接近大氣壓的1萬億倍。

科幻設想中的太陽帆

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