原文发表于2019年12月。今天是奥特曼迪迦最终章在日本上映25周年。让我们回顾一下我们对射线的研究。
奥特曼拥有远超人类的体型和力量，但在凶猛的怪兽面前，单纯的肉搏往往不占上风。而让各路奥特曼在各类挑战中立于不败之地的，就是他们最为人熟知的必杀技——光：
对于这个必杀技，人们总是喜欢直观地称之为“Ultra Light Wave”或者“Ultra Ray”。其实，每个奥特曼的光束技能都有不同的名称。比如在赛文中是 Ray，在阿斯里中是 Ray。这些必杀技名称往往很长，而且发音拗口。对于地球人来说，记住所有这些招式有点困难。
但不管怎么变化，这些花哨的动作都离不开一种基本的光技——空间射线。
在设定中，斯派修姆射线是奥特曼“光之国”战士们修炼的基础技能，也是入门技能。初代奥特曼和杰克奥特曼战斗的大部分怪兽都是用这个技能解决的，也正因如此，它成为了最为人熟知的奥特曼绝招和奥特曼的代表技能。
相信很多人小时候都尝试过模仿奥特曼的动作，交叉双手，试图像他们一样从手掌中挤出点光芒。但显然，没有一个用科学知识武装起来的大脑，即便你能模仿这些动作，也注定是徒劳的。
这并不是说你当初不够努力，当然也不是说这些招数本身就是高不可攀、杜撰的。
这只是方法的问题。
现代物理学会告诉你，奥特曼的必杀技射线的产生并不困难，不管它们的名字有多花哨，原理基本都是一样的。下面我们就来简单介绍一下，以最经典的“斯派西姆射线”为例，揭秘奥特曼必杀技的秘密。
太空射线的特性（产生激光的条件）
对于斯佩西姆射线是如何发射的问题，我们在各类奥特曼百科全书中都可以很容易地找到这样一种概括的描述：斯佩西姆射线的发射原理：奥特曼在右手储存负能量，在左手储存正能量，当两只手接触合在一起的时候就会产生斯佩西姆能量，斯佩西姆能量瞬间转化成能量流射线，以接近光速的速度发射出去击杀对手。
这样的过程解释文字看似很酷，其实只是为了忽悠没学过物理的小学生奥特曼 物理学家，并没有太多有价值的信息。如果真想得到可靠的线索，还不如从看到的现象入手，逆推这个技能的形成过程。
至少我们可以确定的一个基本事实是，射线是一种激光射线。
要探究奥特曼如何从双手中发射激光，首先要了解激光形成的条件和原理。这是分析奥特曼终极技能射线原理的关键。别慌，这个很容易理解。
我们先来说说光是什么。我们日常生活中见到的普通光，大部分都是由原子的“自发辐射”产生的。也就是：
原子获得能量→由低能级跳到高能级→高能级不稳定，不能持续存在→原子由高能级回到低能级（自发辐射）→释放能量（光子）
好吧，我知道你不明白，那我举一个比较容易理解的例子。
原子就像柯比一样，从外界获得能量，但由于自身能承受的能量有限，就会把多余的能量以光子的形式吐出。如此循环就形成了原子的“自发辐射”，吐出的“光子”就是你看到的光。
长期以来，光的自发辐射都是漫无目的地、几乎没有任何规律地进行的，直到1916年，爱因斯坦才提出了光形成的另一种可能性，那就是“受激辐射”。
流程如下：
当一定数量的光子入射时，也会使原子以一定的概率由能级E2（高能级）迅速降至能级E1（低能级），同时辐射出一个与外界光子频率、相位、偏振态和传播方向相同的光子，这个过程称为受激辐射。
好的，我们继续看 Kirby 的例子：
现在我们这里有一堆吃饱喝足的柯比（高能级）贝语网校，它们吐出星星的模式并不固定。但此时如果柯比受到频率为 V 的光子刺激，它也会朝同一方向吐出一个频率相同的光子。
此时，初始刺激光子仍未消失，两个光子再次向前移动，撞击两个新的已满的柯比，新的柯比受到冲击，吐出方向和频率相同的光子，此时，同类型的光子已经有四个了。
如此反复，这些光子呈指数增长并向前传播，由于它们的路径和波长一致，最终会形成一条连续的射线。
这一过程被称为“受激辐射光放大”，简称“激光”。
但激光的实现有一个前提条件，那就是激发态物质中“满碳”（高能级原子）的数量必须大于“普通碳”（低能级原子），这样才能保证能激发出足够多的光子。但现实情况是，物质的稳定态几乎总是由低能级原子主导。
因此，人类在发现激光的原理之后，经过了几十年却依然没有真正制造出激光，最关键的原因就是没能找到合适的方法，人为地让“喂养的碳水化合物”的数量大于“普通碳水化合物”的数量——也就是实现所谓的“粒子数反转”——而这正是激光形成的关键。
奥特曼的大招也是激光，当然必须要通过“粒子数反转”来实现激光的发射，那么奥特曼是怎么做到的呢？
在初代奥特曼第二集中，科学搜查队的队长村松提到：
斯派修姆射线的形成需要一种名为“斯派修姆”的物质，这种物质在火星上大量存在，是奥特曼的宿敌巴尔坦星人极为惧怕的物质。
“”物质是什么？
斯佩西姆和红宝石
刺杀外星人纳克尔的凶手知道答案。
为了杀死奥特曼，纳克尔人仔细分析了奥特曼的斯派修姆射线的诸多精确数据：斯派修姆物质的结构比例为3000个铝原子：8个铬原子，而斯派修姆射线拥有50万度的高温和50万马力的能量功率。
出拳的是纳克尔 (Nakel) 球星。
可能你会觉得纳克尔人只是在吹牛，但其实从现代物理学得到的结果来看，这个数据是非常严谨的。
问题是，地球上是否存在这样一种铬铝比约为0.27%（8/3000）的复合材料呢？是的，有，那就是红宝石。红宝石的定义会告诉你：“红宝石的主要成分是氧化铝（Al2O2）。红色来自铬（Cr），主要是Cr2O2奥特曼 物理学家，含量一般为0.1~3%，个别情况下可达4%。”
1958年，终于有人和们站在了同一起跑线上。美国物理学家 利用高强度的闪光管激发一块材料中的铬原子，实现了激光发射，后来成功制作出了第一台激光器——这台激光器所采用的工作材料就是红宝石。
实现原理是这样的：首先我们要让红宝石中的铬原子实现“粒子数反转”，用Kirby的例子来说就是：
①首先用能量刺激“正常卡比”（E₁能级）变成“吃饱的卡比”（E₃能级）；
②“吃得过饱的卡迪”（能级E₃）无法存在太久，降级为“吃饱的卡迪”（能级E₂）；
③此时，会出现大量的“满卡比”（E₂能级），和少量的“正常卡比”（E₁能级），形成“粒子数反转”。
通过粒子数反转，出现大量能级为E₂的原子后，仅用一个光子刺激就能成功产生激光线。
至此，奥特曼大招的发动方法已经清晰了：
从上图我们可以看出，在超能射线的介绍中，所谓的“右手储存负能量，左手储存正能量，两手接触结合产生超能射线”其实只是大招的点火装置。超能射线形成的关键在于奥特曼所携带的超能物质，以及奥特曼体内可以持续输出的庞大能量。
因此奥特曼交叉双臂的姿势其实是发动必杀技最不重要的一个环节，通过后面的故事我们也可以发现，不同的奥特曼可以根据自己的喜好来定制必杀技的发动方式。
例如，Ace 将安装在肘部：
Seven 喜欢把它装在额头上：
把这个东西放在你的眼球上也没有什么错：
总结
事实上，自从人类掌握激光技术之后，奥特曼的终极大招就不再只是天马行空的想象了。
除了原有的红宝石激光器，如今人们已经研发出了多种工作材料，使激光发射更具针对性。也就是说，“材料”（红宝石）已经不再是人类发射激光的必要介质。
如果你手头有合适的材料，制作自己的 Ray 微型版本也不成问题。
图片来自知乎@英田激光
激光技术本身早已被人类应用于军事以外的广泛领域，如医学、工业等。这也意味着，激光除了保护地球之外，也在为提高人类的幸福感做出巨大的贡献。
所以科学永远高于玄学，拯救地球其实是人类自己可以做到的，学好数理化，你就是下一个奥特曼。
