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Nouvel espoir: comment créer un sabre laser?

Armes élégantes ... d'une époque plus civilisée. Le sabre laser a donc été présenté au public il y a environ 40 ans. Élément immuable de l'entourage de tout Jedi, l'épée lumineuse est conservée depuis des milliers d'années dans la république galactique. Parallèlement à la première apparition publique en 1977, lors de la sortie du premier film de Star Wars, le bourdonnement caractéristique du sabre laser et la bataille épique entre Dark Vador et Obi-Wan Kenobi sont restés longtemps dans la mémoire du public. Un scientifique expérimenté du laboratoire Fermi travaille sur de réelles options pour donner vie à un sabre laser. Et, comme le dit Don Lincoln, il apparaîtra certainement.

Construire un sabre laser

Compte tenu de l’impact de la franchise Star Wars surla société, il était inévitable l'émergence d'un segment de la société qui voulait faire un sabre laser et même s'entraîner avec. Mais quelle technologie pourrait en constituer la base? C'est à partir de là que les premières tentatives de désossage de ce périphérique ont commencé. L'ingénierie inverse, dans ce contexte, réfléchit à la manière dont cela peut être fait… et non à la construction d'une telle épée.

Admettez que ce serait bien d’avoir une telle épéeun cadeau pour le nouvel an. Mais Star Wars, quoi qu'on en dise, est de la science fiction. Que pourraient faire les scientifiques et les ingénieurs pour construire une telle épée (sur l'écran, bien sûr, c'est magnifique, mais il est presque impossible de limiter le faisceau laser de cette façon).

Le film montre que les lames de sabre lasers'étendre sur 1,2 mètre de long. Ils contiennent des quantités colossales d’énergie et peuvent faire fondre d’énormes quantités de métal. Cette arme a clairement une source d'énergie puissante et compacte. Ils peuvent couper la chair sans difficulté, mais leurs poignées ne sont pas particulièrement chaudes pour brûler la main qui les tient. Deux sabres laser ne se croisent pas et les lames ont également des couleurs différentes.

Étant donné le nom et l’apparence, le premierpensée évidente: probablement ces sabres laser incluent une sorte de laser. Mais cette hypothèse est facile à exclure. Les lasers n'ont pas de longueur fixe, ce qui est facile à vérifier avec un simple pointeur laser. De plus, si la lumière ne se diffuse pas, le faisceau laser est essentiellement invisible. Aucune de ces caractéristiques ne décrit notre épée.

Lames de plasma?

Une technologie plus réaliste serait le plasma. Un tel matériau est créé après élimination des électrons des atomes de gaz, lors du processus dit d’ionisation. Le plasma est le quatrième état de la matière, après le bien connu solide, liquide et gazeux. Vous avez également vu de nombreux exemples de plasma dans votre vie. La lueur de la lumière fluorescente - plasma, néons - aussi.

Ce plasma semble très froid parce queVous pouvez toucher le combiné et ne pas vous brûler les doigts. Mais généralement, le plasma est chaud, avec une température de plusieurs milliers de degrés. Cependant, la densité de gaz dans le tube de lumière fluorescente est si faible que même à des températures élevées, la quantité totale d'énergie thermique est très faible. Une complication supplémentaire est que les électrons dans le plasma ont une énergie beaucoup plus élevée que les atomes ionisés dont ces électrons sont sortis. L'énergie thermique d'une tasse de café (dont la température est beaucoup plus basse) est nettement supérieure à l'énergie contenue dans la lumière fluorescente.

Certains plasma, cependant, produisentchaleur substantielle. Dans les torches à plasma. Le principe de leur fonctionnement est identique à celui d'une ampoule électrique, mais avec une grande quantité de courant électrique. Il existe de nombreuses façons de fabriquer un plasmatron, mais la plus simple implique l'utilisation de deux électrodes et d'un matériau conducteur, généralement un gaz tel que l'oxygène, l'azote ou quelque chose du genre. La haute tension sur les électrodes ionise le gaz, le transformant en plasma.

Puisque le plasma est électriquement conducteur, ilpeut transférer un courant électrique puissant au matériau cible, le chauffer et le faire fondre. Un tel dispositif s'appelle un coupeur de plasma, mais en réalité c'est un arc électrique (soudage), et le plasma agit comme un conducteur de courant électrique. La plupart des découpeurs au plasma fonctionnent bien lorsque le matériau à découper est un conducteur, car le matériau peut alors fermer le circuit et renvoyer du courant électrique à l'appareil via le câble reliant la torche à la cible. Il existe également des doubles couteaux, entre lesquels l'électricité passe, ils permettent de couper des matériaux non conducteurs.

Ainsi, les plasmatrons peuvent générer des zonesforte chaleur, mais nécessitent une énorme quantité de courant électrique, et les sabres laser semblent incapables de fournir un tel courant. Peut-être alors que les sabres laser ne sont que des tubes à plasma super chaud? Non aussi, parce que le plasma agit comme un gaz chaud qui se dilate et se refroidit, à la manière d'un feu ordinaire (qui se trouve être aussi souvent un plasma, ne serait-ce que parce qu'il brille). Ainsi, si le plasma repose sur le sabre laser, il devra être tenu en quelque sorte.

Heureusement, il existe un tel mécanisme. Un plasma constitué de particules chargées (à grande vitesse) peut être contrôlé par des champs magnétiques. En fait, certaines des technologies les plus prometteuses liées à la fusion nucléaire utilisent des champs magnétiques pour confiner le plasma. La température et l'énergie totale contenues dans le plasma synthétisé sont si élevées que même le récipient en métal les contenant fondrait.

Peut-être que les sabres laser feront l'affaire. Des champs magnétiques puissants couplés à un plasma extrêmement chaud et dense offrent un moyen possible de créer un sabre laser. Mais nous n'avons pas encore fini.

Si nous prenons deux tubes à plasma, quitenus magnétiquement, ils se passeront l'un à l'autre ... il n'y aura pas de duels épiques. Par conséquent, nous devons trouver un moyen de créer un noyau solide avec des épées. Et le matériau dont il sera composé doit résister aux températures élevées.

Peut-être que la céramique qui peutexposé à des températures élevées sans fondre, se ramollir ou se déformer. Mais le noyau en céramique solide pose un problème: lorsque le Jedi n’utilise pas l’épée, il s’accroche à sa ceinture et le manche mesure 20-25 centimètres de long. Le noyau en céramique devrait sortir de la poignée comme un enfer hors d'une tabatière.

Force brute


C'est comme ça que je (Don Lincoln) imagineconstruire un sabre laser, bien que mon projet ait des problèmes. Dans Star Wars: Épisode IV - Un nouvel espoir, Obi-Wan Kenobi a coupé la main d'un extraterrestre avec un léger mouvement décontracté. Cet instant indique en silence à quel point le plasma doit être chaud.

Dans Star Wars: Épisode I - La menace fantôme. »Qui-Gon Jinn insère son sabre laser dans une lourde porte, en effectuant d'abord une profonde coupure, puis en la faisant simplement fondre. Si vous regardez cette séquence et supposez que la porte est en acier, en tenant compte du temps passé à chauffer et à faire fondre le métal, vous pouvez calculer l'énergie qu'une telle épée devrait posséder. Il s'avère que quelque part autour de 20 mégawatts. Compte tenu de la consommation moyenne d'un réseau électrique domestique - environ 1,4 kilowatts - avec un sabre laser, vous pouvez alimenter 14 000 maisons ordinaires jusqu'à épuisement de la batterie.

Une source d'énergie de cette densité est clairement au-delàlimites de la technologie moderne, mais peut-être pouvons-nous supposer que les Jedi connaissent un secret. À la fin, ils voyagent plus vite que la vitesse de la lumière.

Mais il y a un problème physique. Une telle énergie implique que le plasma sera incroyablement chaud et à seulement quelques centimètres de la main du propriétaire de l'épée. Et cette chaleur sera émise sous forme de rayonnement infrarouge. La main du Jedi devrait être carbonisée instantanément. Ainsi, une sorte de force doit retenir la chaleur. Et encore une fois, les lames d’épée utilisent des longueurs d’onde optiques, de sorte que le champ de force doit contenir le rayonnement infrarouge, mais doit être visible.

De telles études techniques conduisent inévitablement àau besoin de technologies inconnues. Mais au moins, nous pouvons simplement dire qu’un sabre laser est constitué d’une sorte d’énergie concentrée enfermée dans un champ de force.

La mémoire vous dit comment Michael Okuda, techniqueLe consultant en franchise Star Trek a expliqué la nouvelle technologie qui rendait les transporteurs possibles. Il a ajouté que des "compensateurs de Heisenberg" seraient nécessaires pour corriger les problèmes causés par le principe d'incertitude de Heisenberg. C'est le fameux principe de la mécanique quantique selon lequel il est impossible de connaître simultanément l'emplacement et la vitesse d'une particule avec une grande précision. Puisqu'une personne est composée de nombreuses particules (atomes et leurs composants), si vous essayez de scanner une personne pour connaître l'emplacement de tous ses atomes, vous ne pourrez pas mesurer avec précision leur position et leur mouvement. Ainsi, lorsque vous essayez de reconstruire quelqu'un, vous ne pourrez pas collecter avec précision les protons, les neutrons et les électrons. À un niveau physique profond et fondamental, le principe d’incertitude de Heisenberg stipule que de tels transporteurs sont impossibles. Mais qui est Heisenberg pour les créateurs de Star Trek? Quand les journalistes de Time ont demandé comment un tel appareil fonctionnait, ils ont répondu "très bien, merci".

Néanmoins, il était intéressant de savoir commentla science moderne est sur le point de créer une technologie emblématique de la science-fiction. Dans le cas du sabre laser, le meilleur de la technologie moderne est une arme à plasma enfermée dans un champ magnétique. Oui, il aura également un noyau en céramique qui utilise une source d’énergie très dense, ainsi qu’un champ de force qui bloque le rayonnement infrarouge, mais non visible. Ugh, juste cracher.

Il reste à demander aux ingénieurs à quel point il sera difficile de faire tout cela. Mais ils peuvent, non?