General

Нова надія: як створити світловий меч?

Елегантне зброю ... більш цивілізованої епохи. Так світловий меч представили глядачам близько 40 років тому. Будучи незмінним елементом антуражу будь-якого джедая, що світиться меч тисячоліттями зберігався в галактичної республіці. Разом з першою появою на публіці в 1977 році, коли вийшов перший фільм «Зоряні війни», характерне гудіння світлового меча і епічна битва між Дартом Вейдером і Обі-Ван Кенобі надовго залишилися в пам'яті глядачів. Старший вчений лабораторії Фермі опрацьовує реальні варіанти втілення світлового меча в життя. І, як розповідає Дон Лінкольн, він обов'язково з'явиться.

Побудувати світловий меч

З огляду на вплив франшизи «Зоряних воєн» насуспільство, було неминучим поява сегмента суспільства, який хотів зробити світловий меч і навіть з ним тренуватися. Але яка технологія могла б лягти в основу? Звідси почалися перші спроби зворотного розробки цього пристрою. Відтворення програмного коду, в цьому контексті, це мислення про те, як це можливо зробити ... а не побудувати один такий меч.

Визнайте, було б непогано дістати такий меч вподарунок до Нового року. Але «Зоряні війни», як не крути, це наукова фантастика. Що б могли зробити вчені та інженери, щоб побудувати такий меч (на екрані він, звичайно, прекрасний, але обмежити промінь лазера таким чином практично неможливо).

У фільмі показують, що леза світлових мечіввитягуються на 1,2 метра в довжину. Вони безумовно містять колосальну кількість енергії і можуть плавити величезні обсяги металу. У цієї зброї явно є потужне і компактне джерело енергії. Вони можуть різати плоть без будь-яких ускладнень, але їх рукоятки не особливо гарячі, щоб обпалювати руку, яка їх тримає. Два світлових меча не проходять один одного наскрізь, а у лез також бувають різні кольори.

З огляду на назву і зовнішній вигляд, виникає першаочевидна думка: мабуть, ці світлові мечі включають якийсь тип лазера. Але цю гіпотезу легко виключити. Лазери не мають фіксовану довжину, що легко перевірити за допомогою простої лазерної указки. Крім того, якщо світло якимось чином не розсіюється, лазерний промінь по суті невидимий. Жодна з цих характеристик не описує наш меч.

Плазмові леза?

Більш реалістичною технологією буде плазма. Такий матеріал створюється після вибивання електронів у атомів газу, в процесі так званої іонізації. Плазма - четвертий стан речовини, після добре відомих твердого, рідкого і газоподібного. Приклади плазми ви теж у своєму житті бачили і чимало. Світіння флуоресцентного світла - плазма, неонові вогні - теж.

Ця плазма здається вельми холодною, оскількиможна помацати трубку і не обпекти пальці. Але зазвичай плазма гаряча, з температурою в кілька тисяч градусів. Однак щільність газу в флуоресцентної світловий трубі настільки низька, що навіть при високій температурі загальна кількість енергії тепла дуже низька. Додаткова складність в тому, що електрони в плазмі мають енергію значно вище, ніж іонізовані атоми, з яких ці електрони вийшли. Теплова енергія чашки кави (температура якої набагато нижче) значно вище енергії, укладеної в флуоресцентного світлі.

Деяка плазма, втім, виробляєістотне тепло. У плазмотронах. Принцип їх роботи такий, як у лампочки, але з великою кількістю електричного струму. Є багато способів зробити плазмотрон, але найпростіший включає два електроди і проводить матеріал, зазвичай газ на кшталт кисню, азоту або чогось типу. Висока напруга на електродах іонізує газ, перетворюючи його в плазму.

Оскільки плазма є електропровідний, вонаможе передавати потужний електричний струм цільовим матеріалу, нагріваючи його і плавлячи. Такий пристрій називається плазмовий різак, але в дійсності це електрична дуга (зварювання), а плазма виступає в якості провідника електричного струму. Більшість плазмових різаків добре працюють, коли розрізається матеріал є провідником, оскільки матеріал тоді може замкнути ланцюг і відправити електричний струм назад на пристрій по кабелю, що з'єднує різак з метою. Бувають також подвійні різаки, між якими проходить електрику, вони дозволяють різати непровідні матеріали.

Отже, плазмотрони можуть генерувати областісильного тепла, але вимагають величезної кількості електричного струму, а світлові мечі, схоже, не в силах забезпечити такий струм. Може бути, тоді світлові мечі - просто трубки з сверхгорячей плазмою? Теж ні, оскільки плазма виступає в якості гарячого газу, який розширюється і охолоджується, як звичайний вогню (який теж часто буває плазмою хоча б в силу того, що світиться). Таким чином, якщо плазма буде лежати в основі світлового меча, її потрібно буде в чомусь утримувати.

На щастя, такий механізм є. Плазмою, що складається з заряджених частинок (з високою швидкістю), можна керувати магнітними полями. Насправді, ряд найбільш перспективних технологій, пов'язаних з ядерним синтезом, використовують магнітні поля для утримання плазми. Температура і загальна енергія, укладені в синтезується плазмі, настільки високі, що розплавили б навіть містить їх металевий посуд.

Можливо, світловим мечів підійде. Сильні магнітні поля вкупі зі сверхгорячей і щільною плазмою пропонують можливий спосіб створити світловий меч. Але ми ще не закінчили.

Якщо ми візьмемо дві трубки з плазмою, якіутримуються магнітно, вони будуть проходити один одного наскрізь ... ніяких епічних дуелей не буде. Тому нам потрібно з'ясувати, як зробити у мечів тверде ядро. І матеріал, з яких воно буде складатися, повинен бути стійкий до високих температур.

Можливо, підійде кераміка, яка можепіддаватися впливу високих температур без плавлення, розм'якшення або викривлення. Але у твердого керамічного ядра є проблема: коли джедай не користується мечем, той звисає у нього з пояса, а рукоять в довжину 20-25 сантиметрів. Керамічне ядро ​​має вистрибувати з рукоятки, як чорт із табакерки.

Груба сила


Ось так я (Дон Лінкольн) уявляюбудівництво світлового меча, хоча і у мого проекту є проблеми. У «Зоряних війнах: Епізод IV - Нова надія» Обі-Ван Кенобі відрубує руку інопланетянину легким невимушеним рухом. Цей момент мовчки вказує на те, який гарячої повинна бути плазма.

У «Зоряних війнах: Епізод I - Прихована загроза »Квай-Гон Джин вставляє свій світловий меч в важкі двері, спочатку роблячи глибокий розріз, а потім просто її розплавлюючи. Якщо поглянути на цю послідовність і припустити, що двері сталева, врахувати час, витрачений на нагрівання і плавку металу, можна перерахувати енергію, якою повинен володіти такою меч. Виходить десь 20 мегават. З огляду на середню витрату побутової електромережі - приблизно 1,4 кіловата - одним світловим мечем можна живити 14 000 звичайних будинків, поки не вичерпається батарея.

Джерело живлення такої щільності явно виходить замежі сучасних технологій, але, можливо, ми можемо допустити, що джедаї знають якийсь секрет. Зрештою, вони подорожують швидше за швидкість світла.

Але є фізична проблема. Така енергія має на увазі, що плазма буде неймовірно гарячою і на відстані всього декількох дюймів від руки власника меча. І це тепло випромінюватиметься в формі інфрачервоного випромінювання. Рука джедая повинна миттєво обвуглитися. Значить, якась сила повинна утримувати тепло. І знову ж таки, леза мечів використовують оптичні довжини хвиль, тому силове поле повинно утримувати інфрачервоне випромінювання, але пропускати видиме.

Такі технічні дослідження неминуче призводятьдо необхідності невідомих технологій. Але ми хоча б можемо просто сказати, що світловий меч складається з деякого роду концентрованої енергії, укладеної в силовому полі.

Пам'ять підказує, як Майкл Окуда, технічнийконсультант франшизи «Зоряний шлях», пояснив нову технологію, яка зробила можливими транспортери. Він сказав, там були «компенсатори Гейзенберга», імовірно необхідні для виправлення проблем, викликаних принципом невизначеності Гейзенберга. Це знаменитий квантово-механічний принцип, згідно з яким ви не можете одночасно знати з високою точністю розташування і швидкість частинки. Оскільки людина складається з безлічі частинок (атомів і їх складових), якщо ви коли-небудь спробуєте просканувати кого-небудь, щоб з'ясувати місце розташування всіх його атомів, ви не зможете точно виміряти їх положення і рух. А значить, коли спробуєте пересобрать кого-небудь, не зможете точно зібрати протони, нейтрони і електрони воєдино. На глибокому і фундаментальному фізичному рівні, принцип невизначеності Гейзенберга говорить, що такі транспортери неможливі. Але хто такий Гейзенберг для творців «Зоряного шляху»? Коли журналісти Time запитали, як працює такий пристрій, вони відповіли «дуже добре, спасибі».

Проте було цікаво дізнатися, наскількиблизька сучасна наука до створення знакової науково-фантастичної технології. У випадку зі світловим мечем, краще, на що здатні сучасні технології, це полум'яне зброю, укладену в магнітному полі. Так, ще у нього буде керамічна серцевина, яка використовує дуже щільний джерело енергії, а також силове поле, яке блокує інфрачервоне, але не видиме випромінювання. Тьху, раз плюнути.

Залишилося запитати інженерів, наскільки складно буде все це зробити. Але ж вони зможуть, правда?