Нова надія: як створити світловий меч?
Елегантну зброю… більш цивілізованою епохи. Так світловий меч представили глядачам близько 40 років тому. Будучи незмінним елементом антуражу будь-якого джедая, що світиться меч тисячоліттями зберігався в галактичної республіки. 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 науковець лабораторії Фермі опрацьовує реальні варіанти втілення світлового меча в життя. І, як розповідає Дон Лінкольн, він обов’язково з’явиться.
Побудувати світловий меч
Враховуючи вплив франшизи «Зоряних воєн» на товариство, було неминучим поява сегменту суспільства, який хотів зробити світловий меч і навіть з ним тренуватися. Але яка технологія могла б лягти в його основу? Звідси почалися перші спроби зворотньої розробки цього пристрою. Зворотна розробка, в цьому контексті, це мислення про те, як це можна зробити… а не побудувати один такий меч.
Визнайте, було б непогано отримати такий меч в подарунок 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 мечів витягуються на 1,2 метра в довжину. Вони безумовно містять колосальну кількість енергії і можуть плавити величезні об’єми металу. У цієї зброї явно є потужний і компактний джерело енергії. Вони можуть різати плоть без будь-яких труднощів, але їх рукоятки не надто гарячі, щоб обпалювати руку, яка їх тримає. Два світлових меча не проходять один одного наскрізь, а у лез також бувають різні кольори.
Враховуючи назву і зовнішній вигляд, виникає перша очевидна 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, у 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 дуже холодною, оскільки можна помацати трубку і не обпекти пальці. Але зазвичай гаряча плазма з температурою в кілька тисяч градусів. Однак щільність газу у флуоресцентної світловий трубі настільки низька, що навіть при високій температурі загальна кількість енергії тепла дуже низька. Додаткова складність у 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 у флуоресцентному світлі.
Деяка плазма, втім, виробляє істотне тепло. В плазмотронах. Принцип їх роботи такий, як у лампочки, але з великою кількістю електричного струму. Є багато способів зробити плазмотрон, але найпростіший включає два електрода і провідний матеріал, зазвичай газ начебто кисню, азоту або чогось типу. Висока напруга на електродах іонізує газ, перетворюючи його в плазму.
Оскільки плазма є електропровідною, вона може передавати потужний електричний струм цільовим матеріалу, нагріваючи його і плав’я. Такий пристрій називається плазмовий різак, але в дійсності це електрична дуга (зварювання), а плазма виступає як провідник електричного струму. Більшість плазмових різаків добре працюють, коли матеріал, що розрізається, 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 електрика, вони дозволяють різати непровідні матеріали.
Отже, плазмотрони можуть генерувати області сильного тепла, але вимагають величезної кількості електричного струму, а світлові мечі, схоже, не в змозі забезпечити такий струм. Може бути, тоді світлові мечі — просто трубки з надгарячої плазмою? Теж немає, оскільки плазма виступає в якості гарячого газу, який розширюється і охолоджується, подібно звичайному 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 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 синтезованої плазмі, настільки високі, що розплавили б навіть містить їх металевий посуд.
Можливо, світловим мечам підійде. Сильні магнітні поля укупі з надгарячої і щільною плазмою пропонують можливий спосіб створити світловий меч. Але ми ще не закінчили.
Якщо ми візьмемо дві трубки з плазмою, які утримуються 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 він буде складатися, повинен бути стійкий до високих температур.
Можливо, підійде кераміка, яка може піддаватися 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 до пояса, а рукоять в довжину 20-25 сантиметрів. Керамічне ядро має вистрибувати з рукоятки, як чорт з табакерки.
Груба сила
Ось так я (Дон Лінкольн) уявляю будівництво світлового меча, хоча і у мого проекту є проблеми. В «Зоряні війни: Епізод IV — Нова надія» Обі-Ван Кенобі відрубує руку інопланетянину легким невимушеним рухом. Цей момент мовчки вказує на те, якою гарячою повинна бути плазма.
В «Зоряні війни: Епізод I — Прихована загроза» Квай-Гон Джин вставляє свій світловий меч у важку двері, спочатку роблячи глибокий розріз, а потім просто її розплавляючи. Якщо поглянути на цю послідовність і припустити, що двері сталева, врахувати час, витрачений на нагрів і плавку металу, можна підрахувати енергію, якою повинен володіти такий меч. Виходить десь 20 мегават. Враховуючи середній витрата 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 за межі сучасних технологій, але, можливо, ми можемо допустити, що джедаї знають якийсь секрет. Зрештою, вони подорожують швидше швидкості світла.
Але є фізична проблема. Така енергія передбачає, що плазма буде неймовірно гарячої і на відстані всього кількох дюймів від руки власника меча. І це тепло буде випромінюватися у формі інфрачервоного випромінювання. Рука джедая повинна миттєво обуглиться. Значить, якась сила повинна утримувати тепло. І знову ж, леза мечів використовують оптичні довжини хвиль, тому силове поле повинно утримувати інфрачервоне випромінювання, але пропускати видиме.
Такі технічні дослідження неминуче призводять до 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, технічний консультант 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 та їх складових), якщо ви коли-небудь спробуєте просканувати кого-небудь, щоб з’ясувати місце розташування всіх його атомів, ви не зможете точно виміряти їх стан та рух. А значить, коли спробуєте зібрати кого-небудь, не зможете точно зібрати протони, нейтрони і електрони воєдино. На глибокому й 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, дякую».
Тим не менш, було цікаво дізнатися, наскільки близька сучасна наука до створення знакової науково-фантастичної технології. У випадку зі світловим мечем, найкраще, на що здатні сучасні технології, це плазмове 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 все це зробити. Але вони зможуть, правда?
