戰場神兵——電磁炮
在當今時代，即使很簡單的設想也依然能產生非常先進的發明。
2010年12月，有報道稱美國研發出一種叫「電磁炮」的新式武器，發射的炮彈可以達到音速的5倍，射程是常規武器的10倍。這種武器將於2025年之前正式配備於美國海軍軍艦……
又是一種電磁武器！不過，這個新武器跟我刊2010年04期介紹的「電磁脈衝炸彈」可不一樣。電磁脈衝炸彈實際上是殺傷力極強的電磁波，而電磁炮發射的炮彈是名副其實的炮彈，只是這種炮彈不是通過傳統的火藥，而是通過電磁力來發射的而已。說起來真讓人感覺不可思議，這種武器雖貴為新，原理卻特別簡單，假如「道破天機」，你一定會說「哎呀，我怎麼就沒想到！」
彈丸，使勁跑！
給一根螺線管通電，就會產生磁場，這是我們在中學都學過的物理知識。在螺線管外部，磁場方向從Ｎ極到Ｓ極，而在螺線管內部，磁場方向則從Ｓ極到Ｎ極，總而言之，通電螺線管就相當於一根條形磁鐵，唯一不同的是，條形磁鐵是實心的，而螺線管是中空的。
讓我們先來分析一顆磁性彈丸穿越一根螺線管時的情況。假設一顆鐵磁性彈丸從左到右射向一根通電螺線管，首先在螺線管外面，彈丸因受磁力吸引而加速；在管內，前一半路程彈丸還在加速，因為磁力一直在屁股上推著它走；但一旦越過中心線，這一磁力就反過來阻礙它前進了，所以在後一半路程它開始減速；等彈丸飛出螺線管，前一程的加速被後一程的減速剛好抵消，彈丸又恢復了原先的速度，既沒增加，也沒減少。
現在，沿著一條直線軌道安裝上一系列螺線管，每個螺線管都有獨立的開關，可自行決定通斷電。假設磁性彈丸在第一根螺線管中加速飛行了前半段路程，當越過中心線剛要減速時，突然讓螺線管斷電，這樣一來，本來緊接著要發生的減速過程就避免了；與此同時，給第二根螺線管通上電，於是彈丸受第二根螺線管的磁力吸引，繼續加速，飛進第二根螺線管內，接下去發生的事情跟第一根螺線管完全一樣……彈丸在這一系列螺線管中不斷加速，加速，直至最後被拋射出去。
不難看出，實現這一過程的關鍵是要把握好各個螺線管通斷電的時間——彈丸一越過螺線管中心線，就必須給這根螺線管斷電，同時給下一根螺線管通上電。那麼，有什麼辦法能自動化地實現這一點呢？辦法很多。譬如我們可以在每一根螺線管的中心線處，從上到下照射一束激光，這束激光與外電路相連，當彈丸飛越中心線時，光被擋斷，就會產生信號讓外電路及時切斷該螺線管的電源，並自動讓下一個螺線管通電。
電磁炮改寫火炮記錄
從上述工作原理，我們不難得出電磁炮有以下幾個優點：首先，電磁炮不需要火藥，因此它發射炮彈時幾乎是悄無聲息的，這可以用來製造無聲的槍支；其次，彈丸是在中空的螺線管中飛行，與管壁沒有接觸，所以沒有磨損；再者，常規的火炮既不能發射克級重量的彈丸，也不能發射大於百千克的炮彈，而電磁炮發射的物體可大可小，既可小到幾克重，也可大到幾噸重。
當然，與傳統火炮相比，電磁炮的真正優勢在於它能把彈丸加速到很高的速度。多年來，傳統火炮雖然一直在改進之中，但已沒有多少潛力可挖掘，因為它使用固體火藥，受火藥燃氣的膨脹速度限制，其炮彈初速度在理論上很難超過2千米/秒。一般火炮的射擊速度約為0.8千米/秒，步槍子彈的射擊速度為l千米/秒。而電磁炮輕而易舉就將這一紀錄改寫：目前它可將3克重的彈丸加速到11千米/秒，將300克重的彈丸加速到4千米/秒；有的專家甚至預言，將來的速度可提高到100千米/秒的量級。
因為炮彈的速度快，這就又賦予電磁炮射程遠、攻擊遠距離目標時迅速等特點。我們還看到，電磁炮的威力取決於螺線管磁場強弱，而螺線管磁場跟線圈密繞程度很有關係，但考慮到線圈有電阻要發熱，所以密繞程度受到材料的限制。未來，假如用超導材料做螺線管，線圈的電阻為零，螺線管磁場就可以做得更強，那麼電磁炮的威力還可以進一步提升。
分子啊，你慢些走
電磁炮的原理簡單而巧妙，如果反其道而行之，我們還可以用它來減速分子、原子。
我們知道，物質在超低溫狀態下會表現出許多異乎尋常的性質，所以自上個世紀以來，科學家們一直在設法逼近溫度的極限——絕對零度。
早在1970年代，化學家就發現，把一團氣體通過小孔快速擠壓進真空，伴隨著急劇擴散，氣流的溫度會顯著降低。但這團氣體仍在以很快的速度移動，沒辦法停下來。
舉例來說，如果一股氣流以1000米/秒的速度噴進真空，那麼溫度差不多會降到0.01K，但這團氣體整體還在以1000米/秒的速度向前移動，如果不靜止下來，科學家就難以研究。怎麼讓它停下來呢？他們想到了電磁炮。
我們知道，大多數分子和原子都是有磁性的，它們就好像一根根小磁針。現在讓我們建造一個小型的電磁炮，把氣流引入電磁炮的螺線管中，為了防止氣體逸出，我們可以把螺線管線圈繞在一根封閉的玻璃管上，裡面裝氣體。這些氣體分子現在就是電磁炮的「彈丸」。
前面講到，為了讓彈丸持續加速，一旦彈丸越過螺線管中心線，為了避免其減速，我們就要及時給螺線管斷電。而現在我們的目標是給這些氣體分子減速，那麼只要反其道而行之就成了：先斷開螺線管，一旦氣流越過螺線管中心線，就接通電源，於是減速過程開始了；等氣流到達第二根螺線管中心線，斷開第一根螺線管電源，接通第二根螺線管電源，於是氣流在第二根螺線管里的減速又開始了……如此等等，經過層層減速，直至氣流速度降為零，氣體分子最後只剩下無規則運動的速度。這時科學家得到的將是靜止的、溫度為0.01K的一團氣體，他們就可以在實驗室研究了。
同樣的一套裝置，既可用來加速，又可用來減速，這真可謂「運用之妙，存乎一心」。
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