书城科普物理的妙趣
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第5章 世界真神奇(5)

1948年初,一艘荷兰货船在通过马六甲海峡时,一场风暴过后,全船海员莫名其妙的死光;在匈牙利鲍拉得利山洞入口,3名旅游者齐刷刷的突然倒地,停止了呼吸……

上述惨案,引起了科学家们的普遍关注,其中不少人还对船员的遇难原因进行了长期的研究,就以上面提到的第一桩惨案来说,船员们是怎么死的?是死于天火或是雷击的吗?不是,因为船上没有丝毫燃烧的痕迹;是死于海盗的刀下的吗?不!遇难者遗骸上没有看到死前打斗的迹象;是死于饥饿干渴的吗?也不是!船上当时贮存着足够的食物和淡水,至于前面提到的第二桩惨案,是自杀还是他杀?死因何在?凶手是谁?

经过反复调查,终于弄清了制造上述惨案的“凶手”,是一种为人们所不很了解的次声波。

揭开次声波杀人之谜

频率小于20Hz(赫兹)的声波叫做次声波。次声波不容易衰减,不易被水和空气吸收。而次声波的波长往往很长,因此能绕开某些大型障碍物发生衍射。某些次声波能绕地球2至3周。某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近,容易和人体器官产生共振,对人体有很强的伤害性,危险时可致人死亡。

次声波的产生

在自然界中,海上风暴、火山爆发、大陨石落地、海啸、电闪雷鸣、波浪击岸、水中漩涡、空中湍流、龙卷风、磁暴、极光等都可能伴有次声波的发生,在人类活动中,诸如核爆炸、导弹飞行、火炮发射、轮船航行、汽车争驰、高楼和大桥摇晃,甚至像鼓风机、搅拌机、扩音喇叭等在发声的同时也都能产生次声波。

著名的“杀人乐曲”《黑色星期天》所弹奏的旋律也是属于次声波。

次声波危害的研究

美国一个物理学家罗伯特·伍德专门为英国伦敦一家新剧院做音响效果检查,当剧场开演后,罗伯特·伍德悄悄打开了仪器,仪器无声无息地在工作着。不一会儿,剧场内一部分观众便出现了惶惶不安的神情,并逐渐蔓延至整个剧场,当他关闭仪器后,观众的神情才恢复正常。这就是著名的次声波反应试验。

原来,人体内脏固有的振动频率和次声频率相近似(0.01~20赫兹),倘若外来的次声频率与体内脏的振动频率相似或相同,就会引起人体内脏的“共振”,从而使人产生上面提到的头晕、烦躁、耳鸣、恶心等等一系列症状。

特别是当人的腹腔、胸腔等固有的振动频率与外来次声频率一致时,更易引起人体内脏的共振,使人体内脏受损而丧命。前面开头提到的发生在马六甲海峡的那桩惨案,就是因为这艘货船在驶近该海峡时,恰遇上海上起了风暴,风暴与海浪摩擦,产生了次声波,次声波使人的心脏及其它内脏剧烈抖动、狂跳,以致血管破裂,最后促使死亡。

因此,科学家们发现,当次声波的振荡频率与人们的大脑节律相近,且引起共振时,能强烈刺激人的大脑,轻者恐惧、狂癫不安,重者突然晕厥或完全丧失自控能力,乃至死亡。当次声波振荡频率与人体内脏器官的振荡节律相当,而且人处在强度较高的次声波环境中,五脏六腑就会发生强烈的共振。刹那间,大小血管就会一齐破裂,导致死亡。

能摧毁卫星的激光炮

激光武器的分类

激光作为武器,有很多独特的优点。首先,它可以用光速飞行,每秒30万千米,任何武器都没有这样高的速度。它一旦瞄准,几乎不要什么时间就立刻击中目标。另外,它可以在极小的面积上、在极短的时间里集中超过核武器100万倍的能量,还能很灵活地改变方向,没有任何放射性污染。

目前,世界上的激光武器主要分三个大类:

一是致盲型。属于轻型激光武器,用于致盲敌方的飞机、舰船等。适合于装备在飞机和卫星上。

二是近距离战术型。属于中型激光武器,可用来击落导弹和飞机,适应于大型舰船和地面重武器部队。

三是远距离战略型。属于重型激光武器,需求的能量最大,它可以反卫星、反洲际弹道导弹,成为最先进的大威力重型防御武器,需要较庞大的地面能源设备支持。

如何摧毁目标

激光怎样击毁目标呢?科学家们认为有两个方面:一是穿孔,二是层裂。所谓穿孔,就是高功率密度的激光束使靶材表面急剧熔化,进而汽化蒸发,汽化物质向外喷射,反冲力形成冲击波,在靶材上穿一个孔。

所谓层裂,就是靶材表面吸收激光能量后,原子被电离,形成等离体“云”。“云”向外膨胀喷射形成应力波向深处传播。应力波的反射造成靶材被拉断,形成“层裂”破坏。除此以外,等离子体“云”还能辐射紫外线或X光,破坏目标结构和电子组件。

激光武器作用的面积很小,但破坏在目标的关键部位上,可造成目标的毁灭性破坏。这和惊天动地的核武器相比,完全是两种风格。

较高的性价比

激光武器的性价比是比较高的。在防空武器方面,当前主体是导弹,激光武器与之相比消耗费用要便宜得多。例如,一枚“爱国者”导弹要60~70万美元,一枚短程“毒刺”式导弹要2万美元,而激光发射一次仅需数千美元,今后随着技术的发展,激光发射一次的费用可降至数百美元。

全能的人造卫星

人造卫星的用途

人造地球卫星是当今科技的伟大创举之一,人造卫星在国防军事上、经济生活上具有非常重要的价值和影响力。有广播、电视、电话使用的通信卫星;有观察天气变化的气象卫星;有对地面物体进行导航定位的导航定位卫星;有地球资源探测卫星和海洋卫星等等。

军事卫星

世界上目前发射的4000多颗卫星中,大部分为军事卫星,这里面包括侦察卫星、导弹预警卫星、导航卫星等等。

众所周知,美国拥有全世界最先进的高科技卫星侦察设备,在以往的军事战争中,发挥着非常重要的作用。比如,美国的高分辨率侦察卫星可以对地面目标进行电子拍照,再以电磁信号把数据发回地面接收站。这种高科技的卫星勘察技术实在令敌军不寒而栗,对于遏制和监控对方的军情设备和军事信息发挥着举足轻重的作用。

通讯卫星

所有通信卫星都运行在3.5万千米的轨道上,因为在那个高度上,它每小时3万千米的速度绕地球一圈,所需的时间恰好等于地球自转的周期——约24小时。如果卫星与赤道成一线运动,它将与地球同步,或称相对静止——“固定”于地球上某一点的上空。

卫星通信系统是由空间部分——通信卫星和地面部分——通信地面站构成的。在这一系统中,通信卫星实际上就是一个悬挂在空中的通信中转站。它居高临下,视野开阔,只要在它的覆盖照射区以内,不论距离远近都可以通信,通过它转发和反射电报、电视、广播和数据等无线信号。

万能的雷达

雷达的工作原理

1935年,英国著名的物理学家、国家物理研究所无线电研究室主任沃特森·瓦特发明了世界上第一台实用型的军事雷达。这种既能发射无线电波,又能接收反射射波的装置,它能在很远的距离就探测到飞机的踪影。

雷达所起的作用和眼睛、耳朵相似,当然,它不再是大自然的杰作,同时,它的信息载体是无线电波。

事实上,不论是可见光或是无线电波,在本质上是同一种东西,都是电磁波,传播的速度都是光速,差别在于它们各自占据的频率和波长不同。

其实,雷达就相当于神话中的千里眼和顺风耳。雷达的工作原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向,处在此方向上的物体反射碰到的电磁波;雷达天线接收此反射波,送至接收设备进行处理,提取有关该物体的某些信息。

测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差,因电磁波以光速传播,据此就能换算成目标的精确距离。

测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。测量仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。

雷达的应用

雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标,且不受雾、云和雨的阻挡,具有全天候、全天时的特点,并有一定的穿透能力。因此,它不仅成为军事上必不可少的电子装备,而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境检测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。

雷达的探测精度非常高,以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状。其空间分辨力可达几米到几十米,且与距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面显示了很好的应用潜力。