Γενικά

Νέα ελπίδα: πώς να δημιουργήσετε μια lightsaber;

Κομψά όπλα ... μιας πιο πολιτισμένης εποχής. Έτσι, η φωτογράφηση φώτων παρουσιάστηκε στο κοινό πριν από περίπου 40 χρόνια. Ως ένα αμετάβλητο στοιχείο της περιχώρας του κάθε Τζένι, το λαμπερό ξίφος κρατήθηκε για χιλιάδες χρόνια στη γαλαξιακή δημοκρατία. Μαζί με την πρώτη δημόσια εμφάνιση το 1977, όταν απελευθερώθηκε η πρώτη ταινία Star Wars, το χαρακτηριστικό βόμβο μιας φώτιδας και η επική μάχη μεταξύ Darth Vader και Obi-Wan Kenobi παρέμειναν στη μνήμη του κοινού για πολύ καιρό. Ένας ανώτερος επιστήμονας στο εργαστήριο Fermi εργάζεται σε πραγματικές επιλογές για να φέρει μια φώτα στη ζωή. Και, όπως λέει ο Don Lincoln, σίγουρα θα εμφανιστεί.

Κατασκευάστε μια φώτα

Δεδομένης της επίδρασης του franchise Star Warsτης κοινωνίας, ήταν αναπόφευκτη η εμφάνιση ενός τμήματος της κοινωνίας που ήθελε να κάνει μια φώτα και μάλιστα να εκπαιδεύσει μαζί της. Αλλά ποια τεχνολογία θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση της; Από εδώ ξεκίνησαν οι πρώτες προσπάθειες να αναστραφεί η μηχανή αυτή. Η αντίστροφη μηχανική, στο πλαίσιο αυτό, σκέφτεται πώς μπορεί να γίνει αυτό ... και να μην οικοδομήσουμε ένα τέτοιο σπαθί.

Παραδέξτε ότι θα ήταν ωραίο να αποκτήσετε ένα τέτοιο σπαθίένα δώρο για το νέο έτος. Αλλά οι Ασύρματοι Πόλεμοι, ό, τι μπορεί να πει κανείς, είναι επιστημονική φαντασία. Τι θα μπορούσαν να κάνουν οι επιστήμονες και οι μηχανικοί για να χτίσουν ένα τέτοιο σπαθί (στην οθόνη, φυσικά, είναι όμορφο, αλλά είναι σχεδόν αδύνατο να περιοριστεί η ακτίνα λέιζερ με αυτόν τον τρόπο).

Η ταινία δείχνει ότι τα μαχαίρια φώταεπεκτείνονται σε μήκος 1,2 μ. Περιέχουν σίγουρα κολοσσιαίες ποσότητες ενέργειας και μπορούν να λιώσουν τεράστιους όγκους μετάλλου. Το όπλο αυτό έχει σαφώς μια ισχυρή και συμπαγή πηγή ενέργειας. Μπορούν να κόψουν τη σάρκα χωρίς καμία δυσκολία, αλλά οι χειρολαβές τους δεν είναι ιδιαίτερα καυτές για να κάψουν το χέρι που τους συγκρατεί. Δύο φανάρια δεν περνούν μεταξύ τους και οι λεπίδες έχουν διαφορετικά χρώματα.

Δεδομένου του ονόματος και της εμφάνισης, το πρώτοπροφανής σκέψη: πιθανώς αυτές οι φανοί περιλαμβάνουν κάποιο είδος λέιζερ. Αλλά αυτή η υπόθεση είναι εύκολο να αποκλεισθεί. Τα λέιζερ δεν έχουν σταθερό μήκος, το οποίο είναι εύκολο να ελεγχθεί με έναν απλό δείκτη λέιζερ. Επιπλέον, αν το φως δεν διασκορπίζεται με κάποιο τρόπο, η ακτίνα λέιζερ είναι ουσιαστικά αόρατη. Κανένα από αυτά τα χαρακτηριστικά δεν περιγράφει το σπαθί μας.

Πλάκες πλάσματος;

Πιο ρεαλιστική τεχνολογία θα ήταν το πλάσμα. Το υλικό αυτό δημιουργείται μετά την εξουδετέρωση των ηλεκτρονίων από τα άτομα του αερίου, στη διαδικασία του λεγόμενου ιονισμού. Το πλάσμα είναι η τέταρτη κατάσταση της ύλης, μετά το γνωστό στερεό, υγρό και αέριο. Είδατε επίσης πολλά παραδείγματα πλάσματος στη ζωή σας. Λάμψη φωτός φθορισμού - πλάσμα, φώτα νέον - πάρα πολύ.

Αυτό το πλάσμα φαίνεται πολύ κρύο γιατίΜπορείτε να αγγίξετε το ακουστικό και να μην καψετε τα δάχτυλά σας. Αλλά συνήθως το πλάσμα είναι ζεστό, με θερμοκρασία αρκετών χιλιάδων μοιρών. Ωστόσο, η πυκνότητα του αερίου στο σωλήνα φθορισμού είναι τόσο χαμηλή που ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες η συνολική ποσότητα θερμικής ενέργειας είναι πολύ χαμηλή. Μια επιπλέον επιπλοκή είναι ότι τα ηλεκτρόνια στο πλάσμα έχουν ενέργεια πολύ υψηλότερη από τα ιονισμένα άτομα από τα οποία προέκυψαν αυτά τα ηλεκτρόνια. Η θερμική ενέργεια ενός φλιτζανιού καφέ (του οποίου η θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλότερη) είναι σημαντικά υψηλότερη από την ενέργεια που περιέχεται στο φθορίζον φως.

Κάποιο πλάσμα, ωστόσο, παράγεισημαντική θερμότητα. Στους φανούς πλάσματος. Η αρχή της λειτουργίας τους είναι η ίδια με αυτή ενός λαμπτήρα, αλλά με ένα μεγάλο ποσό ηλεκτρικού ρεύματος. Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να δημιουργήσετε ένα πλασματρόν, αλλά το απλούστερο περιλαμβάνει δύο ηλεκτρόδια και ένα αγώγιμο υλικό, συνήθως ένα αέριο όπως το οξυγόνο, το άζωτο ή κάτι τέτοιο. Η υψηλή τάση στα ηλεκτρόδια ιονίζει το αέριο, μετατρέποντάς το σε πλάσμα.

Δεδομένου ότι το πλάσμα είναι ηλεκτρικά αγώγιμο, αυτόμπορεί να μεταφέρει ισχυρό ηλεκτρικό ρεύμα στο υλικό στόχου, θέρμανση και τήξη. Μια τέτοια συσκευή ονομάζεται κοπτήρας πλάσματος, αλλά στην πραγματικότητα πρόκειται για ηλεκτρικό τόξο (συγκόλληση) και το πλάσμα λειτουργεί ως αγωγός ηλεκτρικού ρεύματος. Οι περισσότεροι κοπτήρες πλάσματος λειτουργούν καλά όταν το υλικό που κόβεται είναι ένας αγωγός, αφού το υλικό μπορεί στη συνέχεια να κλείσει το κύκλωμα και να στείλει ηλεκτρικό ρεύμα πίσω στη συσκευή μέσω του καλωδίου που συνδέει τον πυρσό με τον στόχο. Υπάρχουν επίσης διπλοί κόπτες, μεταξύ των οποίων περνάει ο ηλεκτρικός ρεύματος, σας επιτρέπουν να κόψετε μη αγώγιμα υλικά.

Έτσι, τα πλασματρόνια μπορούν να δημιουργήσουν περιοχέςισχυρή θερμότητα, αλλά απαιτούν ένα τεράστιο ποσό ηλεκτρικού ρεύματος, και οι φωτοβολίδες φαίνεται ότι δεν μπορούν να παράσχουν ένα τέτοιο ρεύμα. Ίσως οι lightsabers είναι απλώς σωλήνες με υπερβολικά ζεστό πλάσμα; Όχι, επίσης, επειδή το πλάσμα λειτουργεί ως ένα καυτό αέριο που επεκτείνεται και δροσίζει, όπως μια συνηθισμένη φωτιά (η οποία συχνά συμβαίνει επίσης να είναι πλάσμα, μόνο και μόνο επειδή ανάβει). Έτσι, εάν το πλάσμα θα υποβασταστεί στη φώτα, θα χρειαστεί να κρατηθεί με κάποιο τρόπο.

Ευτυχώς, υπάρχει ένας τέτοιος μηχανισμός. Ένα πλάσμα που αποτελείται από φορτισμένα σωματίδια (σε υψηλή ταχύτητα) μπορεί να ελέγχεται από μαγνητικά πεδία. Στην πραγματικότητα, ορισμένες από τις πιο ελπιδοφόρες τεχνολογίες που σχετίζονται με την πυρηνική σύντηξη χρησιμοποιούν μαγνητικά πεδία για να περιορίσουν το πλάσμα. Η θερμοκρασία και η συνολική ενέργεια που περιέχονται στο συνθετικό πλάσμα είναι τόσο υψηλές ώστε ακόμη και το μεταλλικό δοχείο που τις περιέχει θα τήκεται.

Ίσως οι φωτισμοί θα κάνουν. Τα ισχυρά μαγνητικά πεδία σε συνδυασμό με το υπερ-ζεστό και πυκνό πλάσμα προσφέρουν έναν πιθανό τρόπο δημιουργίας μιας φώτιδας. Αλλά δεν έχουμε κάνει ακόμα.

Αν πάρουμε δύο σωλήνες πλάσματος, το οποίοκρατούνται μαγνητικά, θα περάσουν μεταξύ τους ... δεν θα υπάρξουν επικές νίκες. Επομένως, πρέπει να καταλάβουμε πώς να φτιάξουμε έναν πυρήνα με σπαθιά. Και το υλικό από το οποίο θα αποτελείται πρέπει να είναι ανθεκτικό στις υψηλές θερμοκρασίες.

Ίσως τα κεραμικά που μπορούνεκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες χωρίς τήξη, μαλάκυνση ή στρέβλωση. Αλλά ο στερεός κεραμικός πυρήνας έχει πρόβλημα: όταν ο Jedi δεν χρησιμοποιεί το σπαθί, κρέμεται από τη ζώνη του και η λαβή έχει μήκος 20-25 εκατοστά. Ο κεραμικός πυρήνας πρέπει να βγει από τη λαβή σαν μια κόλαση από ένα καπνοδόχο.

Βίαιη δύναμη


Αυτός είναι ο τρόπος που φαντάζομαι ο ίδιος (Don Lincoln)οικοδομώντας μια φώτα, αν και το πρόγραμμά μου έχει προβλήματα. Στο Star Wars: Επεισόδιο IV - Μια νέα ελπίδα, ο Obi-Wan Kenobi έκοψε το χέρι ενός αλλοδαπού με μια ελαφριά, χαλαρή κίνηση. Αυτή η στιγμή δείχνει σιωπηλά πόσο ζεστό πρέπει να είναι το πλάσμα.

Στο Star Wars: Επεισόδιο Ι - Η Φανταστική Απειλή. "Ο Qui-Gon Jinn εισάγει τη φώτα του σε μια βαριά πόρτα, κάνοντας μια βαθιά κοπή και στη συνέχεια το λιώνει απλά. Αν κοιτάξετε αυτή την ακολουθία και υποθέσετε ότι η πόρτα είναι χάλυβας, λαμβάνοντας υπόψη το χρόνο που δαπανάται για τη θέρμανση και το τήγμα του μετάλλου, μπορείτε να υπολογίσετε την ενέργεια που πρέπει να διαθέτει ένα τέτοιο σπαθί. Αποδεικνύεται κάπου περίπου 20 μεγαβάτ. Με δεδομένη τη μέση κατανάλωση οικιακού ηλεκτρικού δικτύου - περίπου 1,4 κιλοβάτ - με μία φώτα, μπορείτε να τροφοδοτήσετε 14.000 συνηθισμένα σπίτια μέχρι να εξαντληθεί η μπαταρία.

Μια πηγή ισχύος αυτής της πυκνότητας είναι ξεκάθαρατα όρια της σύγχρονης τεχνολογίας, αλλά ίσως μπορούμε να υποθέσουμε ότι οι Jedi γνωρίζουν κάποιο μυστικό. Στο τέλος, ταξιδεύουν ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός.

Αλλά υπάρχει ένα φυσικό πρόβλημα. Μια τέτοια ενέργεια υποδηλώνει ότι το πλάσμα θα είναι απίστευτα ζεστό και μόνο λίγα εκατοστά από το χέρι του ιδιοκτήτη του ξίφους. Και αυτή η θερμότητα θα ακτινοβολείται με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας. Το χέρι του Jedi θα πρέπει να καεί αμέσως. Έτσι, κάποια δύναμη πρέπει να διατηρήσει τη θερμότητα. Και πάλι, οι λεπίδες ξίφους χρησιμοποιούν οπτικά μήκη κύματος, οπότε το πεδίο δύναμης πρέπει να κρατά την υπέρυθρη ακτινοβολία, αλλά να μεταδίδει ορατά.

Τέτοιες τεχνικές μελέτες οδηγούν αναπόφευκτα σεστην ανάγκη για άγνωστες τεχνολογίες. Αλλά τουλάχιστον μπορούμε απλά να πούμε ότι μια λέιζερ αποτελείται από ένα είδος συμπυκνωμένης ενέργειας που περικλείεται σε ένα πεδίο δύναμης.

Η μνήμη σας λέει πώς ο Michael Okuda, τεχνικόςΟ σύμβουλος franchise της Star Trek εξήγησε τη νέα τεχνολογία που έκανε τους μεταφορείς εφικτό. Είπε ότι υπήρχαν «αντισταθμιστές του Heisenberg», δήθεν αναγκαίοι για να διορθώσουν τα προβλήματα που προκλήθηκαν από την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg. Αυτή είναι η περίφημη κβαντομηχανική αρχή, σύμφωνα με την οποία δεν μπορείτε ταυτόχρονα να γνωρίζετε τη θέση και την ταχύτητα ενός σωματιδίου με μεγάλη ακρίβεια. Δεδομένου ότι ένα άτομο αποτελείται από πολλά σωματίδια (άτομα και τα συστατικά τους), αν προσπαθήσετε ποτέ να σαρώσετε κάποιον για να μάθετε τη θέση όλων των ατόμων του, δεν θα μπορείτε να μετρήσετε με ακρίβεια τη θέση και την κίνηση. Έτσι, όταν προσπαθείτε να ξαναφτιάξετε κάποιον, δεν θα είστε σε θέση να συλλέξετε με ακρίβεια πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια μαζί. Σε ένα βαθύ και θεμελιώδες φυσικό επίπεδο, η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg λέει ότι οι μεταφορείς αυτοί είναι αδύνατοι. Αλλά ποιος είναι ο Heisenberg για τους δημιουργούς του Star Trek; Όταν οι Time reporters ρώτησαν πώς λειτουργεί μια τέτοια συσκευή, απάντησαν "πολύ καλά, ευχαριστώ".

Παρ 'όλα αυτά, ήταν ενδιαφέρον να γνωρίζουμε πώςη σύγχρονη επιστήμη βρίσκεται κοντά στη δημιουργία εικονικής τεχνολογίας sci-fi. Στην περίπτωση της φώτιδας, το καλύτερο που μπορεί να έχει η σύγχρονη τεχνολογία είναι ένα όπλο πλάσματος που περικλείεται σε ένα μαγνητικό πεδίο. Ναι, θα έχει επίσης ένα κεραμικό πυρήνα που χρησιμοποιεί μια πολύ πυκνή πηγή ενέργειας, καθώς και ένα πεδίο δύναμης που εμποδίζει την υπέρυθρη, αλλά όχι την ορατή ακτινοβολία. Ugh, φτύνω.

Απομένει να ζητήσουμε από τους μηχανικούς πόσο δύσκολο θα είναι να κάνουμε όλα αυτά. Αλλά μπορούν, σωστά;