热核反应和万有引力：莫斯科物理工程学院解释为何需要超高功率的激光装置

上世纪50年代的第一代激光器就能产生在固定实验室条件下无法获得的电磁场。当然，在一些自然现象下，主要是在宇宙条件下，会产生可比强度的电磁辐射，甚至是更高强度的电磁辐射，但在实验室试验中不可能利用它们。 

地心和宇宙内部

今天激光器被用来对显微距离和时距进行超精确测量。2015年这帮助美国"激光干涉引力波天文台"（LIGO）和欧洲引力波天文台（Virgo）解决了一个基础物理过去百年来所面对的一个最复杂的任务--"捕捉"引力波。两年后，作出这项发现的学者们被授予了诺贝尔物理学奖。

俄罗斯国立核能研究大学莫斯科物理工程学院理论核物理系教授谢尔盖•波普鲁任科介绍说："激光干扰仪是激光干涉引力波天文台装置的中央因素，在它上面完成了难度不可思议的引力波传导引发的空间度量。引力波是由两个黑洞相撞产生的。"

俄罗斯国立核能研究大学莫斯科物理工程学院激光和等离子体技术研究所代所长安德烈•库兹涅佐夫指出，激光学的发展未来有助于制造出一种自宇宙存在以来慢一微秒但仍对万有引力变化做出非常精准反应的钟表。

他解释说："这将给予什么？在学会测量这种精度后，我们可以测量地球万有引力场的局部变化，这有助于解决找寻矿产产地的任务。借助于特殊的激光钟表，我们可以发现石油、天然气、重金属、稀有金属元素的矿层，直到能够制造出潜艇可以据此航行的万有引力地图。"

激光钟表可以为基础科学服务。有种假设是，在宇宙扩张时基础恒量也在变化--普朗克常数(Plancks constant)，质量和电子电荷。为了证实这种假设，需要或者超久，或者超精准的测量时间，超稳定激光钟表可能有助于做到这一切。

安德烈•库兹涅佐夫指出："俄罗斯国立核能研究大学莫斯科物理工程学院的学者们今年就获得了结果，这种结果有助于相信，这种基础试验整体而言是可以开展的。这是非常高级的工作，由我们与俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所共同开展。"

激光物理学的大多试验都要求激光束具有高功率和高强度。

谢尔盖•波普鲁任科解释说："借助于这种激光束，可以在只有地心才能达到的高压和高温下在实验室中获取和研究物质。这听上去很离奇，但激光和望远镜一起，都成了远宇宙研究的主要工具之一。"

加热和保持

用激光束更紧地挤压物质有助于把它加热到几亿度的温度，在这种温度下可能出现热核聚变(英语thermonuclear fusion)的可控合成。

安德烈•库兹涅佐夫介绍说："人类在最新的历史上学会了在炸弹中利用热核能，但迄今都无法和平利用热核能，因为没能成功解决保持和处理热核反应时释放的极大能量的问题。"

热核合成需要使两个轻核接近，以便获得一个更重的核子。 

安德烈•库兹涅佐夫指出："与原子反应相比，热核反应有何优势？与铀不同的是，人类的重氢储量够用几百万年，也就是说我们获得了无尽的能源储备。从另一方面来说，热核反应有助于制造新发动机，实现人类的梦想--不仅把人送往火星，也送往太阳系的其它角落及其范围之外。"

当物理规律不再起作用

激光器可以和主力加速器、同步加速器、回旋加速器一起，加快带电荷的离子。为此它们不仅应该达到极大的脉冲能量，还应该达到高强度--脉冲应该最大限度地短，且严格聚焦。

谢尔盖•波普鲁任科强调，"尤其重要的是，把激光辐射的最大强度增加3---4个数量级有助于创造完全独特的条件。其中可能形成超紧密的电子-阳电子-光电子等离子体。这种物质在宇宙诞生时可能存在。在这种等离子体中，电磁辐射与物质的联系是如此的紧密相连， 以至于电动力学的普通规律，其中包括量子电动力学（Quantum Electrodynamics）的普通规律，都失去了适用性。这种物质的性质目前完全令人不解--这的确是基础物理的罕见例子！"。

在不久的将来，已经能够观察到与辐射摩擦（其中包括莫斯科物理工程学院理论物理学家们预测的质子加速新机制）相关的系列效果：为此需要强度为10²³-10²⁴瓦特/平方厘米的激光场。这种强度现在还达不到，但在捷克、法国、中国和其他国家中正在建造的新激光装置中可能获得，在动力方面比现有的装置高1-2数量级。据预测，它们在几年后可能投入生产。

莫斯科物理工程学院和许多激光实验室积极合作，其中包括位于布拉格的"捷克国际激光研究中心"（ELI Beamlines international Laser Research Centre），这里现在正在组装一台强大的激光器。莫斯科物理工程学院激光和等离子体技术研究所的一些毕业生和工作人员在"捷克国际激光研究中心"工作，他们会前往莫斯科物理工程学院开展试验。