
序言
War is peace. Freedom is slavery. Ignorance is strength.
— George Orwell, 1984①
我是个军迷。小时候看电影,里面的正面人物挥舞驳壳枪的姿势让我格外羡慕。及至后来年秩渐长,在工作学习之余我也偶尔会思索战争对人类社会演化进程的影响,加上读的是物理学专业,于是时常有关于武器与物理学,或者说战争与物理学的思考。2018年,有幸承担了国家的一个软课题,我便趁机给自己加码设置了一个特别的任务:理一理物理学与战争(武器)的关系,从物理学的角度看战争(武器)的进化,从战争(武器)的需求角度考察其对物理学的促进作用。
不得不说,这是个非常草率的决定。我是一个不合格的物理学家,更不是军事专家或者军工专家。虽然此前我对相关问题有过一些思考,但毕竟不系统,实际写起来难度太大了。本书的第一缺陷,如同笔者其他书籍所表现的那样,是作者学术水平的局限。本书第二但也是极为令人遗憾的缺陷是,由于作者没有任何实际接触到本书所涉及的一些对象的机会,因此它难免有隔靴搔痒之嫌。你说它浮光掠影、走马观花、蜻蜓点水、浅尝辄止、不求甚解都不过分。我唯有努力从物理原理的角度出发去思考问题,提供关于武器设计与应用的尽可能正确、详尽的物理知识,庶几可让本书多少有点存在的价值。
序言军事物理学本书首先是一本物理书,其次才是一本试图从物理角度论述军事问题的书,正如“第二波打击力量应该有第一波打击的能力”,这第二位的特征恰才是首要的动机。全书分为十章,除去首尾各一章有些形而上味道的内容以外,中间八章大体按照物理学专业自身的内容来讨论其军事应用。力学、运动与动力学、热力学、物质科学、振动与波、电磁学、光学、原子物理与核物理,以其用之于军事目的的功能与方式不同而各有阐述,其中光学因其军事应用的多样性以及其不管是作为基础科学还是应用科学都仍在蓬勃发展的现实而占据最大的篇幅。不得不说,本书撰写过程给笔者带来的关键认识是,未来军事技术进步最关键的地方在于光学。
撰写本书的目的之一是想说清楚战争(武器)视角之下的基础物理。笔者希望这能有助于我国各军兵种的人员理解自己手中武器的原理与性能,从而更好地使用和维护手中的武器。实际上,懂得自己手中武器的原理与价值所在,也是一个好战士的必备素养。笔者当然也希望本书能对武器研发有所帮助,虽然这很难做到。其二,从战争(武器)的角度看物理也不妨成为学习物理的一个重要途径。对军事的爱好,几乎是一个融化在男性血液中的情愫——既爱红装又爱武装的姑娘们内心也激荡着同样的情怀。将对军事问题的阐述当作讲述物理学的主线,这也算是为物理的学习提供了一个独特的抓手。物理学是一个博大精深、盘根错节的有机整体,通过多种不同的切入方式学习是获得对物理学深刻理解的前提。顺便说一句,本书内容驳杂,难度也是深浅不一,不同章节对读者的知识储备要求不一样。建议读者遇到一时不易理解的段落时径直跳过去即可。
虽然军事物理中的诸多元素是笔者无法接触到的,这本书依然是一个好的尝试的开端。我不知道我们的军事院校里是否有合格的军事物理学通识教材,至少我作为一个普通军迷,没有看到市面上有这样的书籍流传。本书作为引玉之砖,或许可作充数之用。我希望这本书能够得到广大军事爱好者的青睐,能为他们提供一些从武器的角度来看未必真实、但从物理学的角度来看则是还算严谨的军事物理学知识。如果能够得到专业院校的青睐,能为我国武装力量建设和军事专业人才培养略尽绵薄,那真是意外之喜了。
我必须再一次强调本书的内禀缺陷。本书涉及的任何一个话题都无法深入论述,原因大约有三: 1)问题本身就有无限的深度与广度(这是我极力想传达的信息); 2)这本书的篇幅有限(这是句废话); 3)作者实在是能力有限(这是我隐瞒不了的)。对于具有军事价值的物理知识,将任何一条展开来阐述,都不是一人(就算他是专家)、一书能胜任的。此外,谈论武器问题还会遭遇保密、讹传、误导性信息等问题。故而,本书更多地是关注武器的基本物理原理而非技术细节,在讨论具体装备时用到的参数只能是典型值或者原则上合理的值,而不是确切值。军事物理学的每一个话题都恢弘庞大,把它们编织起来作为单篇叙事,不是一件容易的事儿,作者仅凭一己之力显然力有不逮。撰写本书的过程让笔者充分体会了自己学问的不扎实。这本书流于肤浅还漏洞百出,不能令读者满意也不能令作者满意,尽在意料之中。作为补偿,本书在各章后面都会就一些关键内容列出比较有影响力的专著供深度阅读,其中的非英文专著会给出译名。本书只能对军事物理学提供一些泛泛之论,读者朋友如欲深度钻研以成为某个方面的行家,建议阅读相关专著。顺带说一句,为了避免笔者用词不准确,也为了方便感兴趣的读者查找资料,一些关键概念后面会附上英文或其他文字的原文。
本书撰写过程中,爆发了俄乌冲突,这很可能是改变人类社会21世纪进程的重大事件。一场战争撕掉了人类所有用“文明”一词概括的遮羞布。今日的世界已经是一个高度关联的体系,战争会以所有人都不熟悉的方式自顾自地进行,没有任何一个国家能够免于战争的影响。对于中国这样的大国,世界上任何一地的战争、任何一种形式的战争都不容我们冷眼旁观。我们热爱这和平的空气,但我们也要对战争的现实危险抱有足够的警觉。产生敌意的物理情境不消失,敌人就不会消失。埋头发展经济的路是走不通的。军事实力是维护经济成就的基础,没有军事实力保护的经济行为是相当有限的。货币唯一的根基是军事实力,而军事的基础是物理学。
写作本书时笔者所抱有的一个期望是,希望本书能激发起青少年为了保家卫国而努力学习科学技术尤其是学习物理学的热情,唤起他们为了保家卫国而去掌握先进科学技术的自觉。当我们的国家遭遇战争威胁时,我们都会毫不犹豫地挺身而出。保家卫国从来都是热血少年的崇高职责,但光凭一腔热血是不够的。今天的世界里,欲成为一个合格的国家与民族的卫士、世界和平的守护者,必然要掌握最先进的武器,理解其赖以实现的科学技术,只有这样才能够应对来自各种层面的挑战。当然,我个人是个和平主义者,我祝愿人类社会能早日摆脱战争的威胁。我尤其希望,我们的国家能为世界提供一个有能力享受长久和平的典范。为此,我们有必要自觉地认真学习、好好工作,齐心协力建设一个强大的国家,让我们的人民永远免于战争的威胁!《孙子兵法》所谓“无恃其不攻,恃吾有所不可攻也”,或可看作我国作为一个爱好和平的国家的军事发展理念。渴望和平的人们,武装起来!为了和平,准备打仗!我想指出,在一个依然存在战争进程的动荡世界里,如何实现和平的问题也首先是个物理问题。
如果这本书真能对我国的国防建设有些微的贡献,笔者倍感与有荣焉。
是为序。
2020年8月动笔
2022年3月初稿于北京
001 /序言
007 /第一章战争与物理学
013 /第二章古代武器
014 /2.1 原始武器
016 /2.2 古代金属兵器
019 /2.3 物理的眼光看冷兵器
026 /2.4 弹射武器
029 /2.5 结束语031 /第三章力学与运动
032 /3.1 引言
034 /3.2 速度、动量与动能
037 /3.3 动量与动量守恒
039 /3.4 机械能守恒定律
041 /3.5 落体运动与弹道
045 /3.6 火箭方程
049 /3.7 动能武器
051 /3.8 广延物体的运动
058 /3.9 陀螺与陀螺仪
059 /3.10 结束语063 /第四章物质科学
064 /4.1 物质的形态
067 /4.2 气体
074 /4.3 液体
078 /4.4 固体
085 /4.5 等离子体
088 /4.6 量子技术与量子物质
091 /4.7 结束语
095 /第五章火、热与热力学
096 /5.1 火与热
099 /5.2 热力学基础
103 /5.3 战争的热力学必然性
106 /5.4 热机的迭代
108 /5.5 军事领域中的热问题
113 /5.6 再说热力学与战争117 /第六章机械振动与机械波
118 /6.1 振动
126 /6.2 起振与减振
128 /6.3 机械波
132 /6.4 船头航迹
134 /6.5 振动与波的探测
137 /6.6 声波武器与声波通讯
139 /6.7 声波多普勒效应
141 /6.8 结束语
145 /第七章电磁学
146 /7.1 电磁现象简介
148 /7.2 电磁现象的简单应用
152 /7.3 洛伦兹力与电磁推进
162 /7.4 电磁波与通讯
165 /7.5 雷达技术
168 /7.6 电磁波多普勒效应
170 /7.7 结束语173 /第八章光与光学
174 /8.1 光的基础知识
176 /8.2 照明与侦察
181 /8.3 伪装与隐身
186 /8.4 隐身技术
191 /8.5 激光的军事意义
205 /8.6 结束语
207 /第九章核物理与核武器
208 /9.1 原子与原子核的结构
212 /9.2 质能关系
216 /9.3 核裂变的发现
220 /9.4 链式反应与原子弹
224 /9.5 聚变反应与氢弹
227 /9.6 中子弹
228 /9.7 从恐怖笼罩下的和平
到永久和平231 /第十章物理学视角下的军事战略
232 /10.1 兵书战策
234 /10.2 战争中的对偶性问题
240 /10.3 战争中的宇称问题
241 /10.4 战争中的虚实问题
244 /10.5 兵形势
245 /10.6 维度扩展
248 /10.7 固定点与不变性
250 /10.8 强关联与非线性
251 /10.9 结束语
253 /跋
255 /图片来源
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