©Wikipedia
Помните световые мечи джедаев из киноэпопеи «Звездные войны» Джорджа Лукаса? Готов спорить, хотели такой в детстве? Тогда физики из Университета Лестера вас явно порадуют. Они рассмотрели возможность создания подобного оружия, опираясь на современные научные знания и известные нам технологии. Мы, в свою очередь, решили не только рассказать о версии ученых из Лестера, но и представить свою концепцию светового меча.
Квантовая механика и меч: 1:0
Исследователи из Университета Лестера подошли к вопросу комплексно. Ученые основывались на физике плазмы и других научных данных. В результате они пришли к выводу, что меч, аналогичный по принципу действия и функциональности тому, что мы видели в кино, при использовании современных технологий создать невозможно.
Сама невозможность дуэлей на мечах с исключительно световыми лезвиями следует из решений уравнений Максвелла. Свет может рассеивать другой свет только в некоторых нелинейных средах, воссоздать которые практически невозможно. В линейных средах, к которым относятся и вакуум космоса, и атмосфера Земли, свет не взаимодействует со светом при пересечении их траекторий.
В кино меч устроен следующим образом. Энергия вырабатывается неким сверхмощным аккумулятором, после чего поступает на специальные кристаллы. В этих кристаллах энергия преобразуется в поток направленных фотонов. Подобные преобразования происходят в кристаллах лазеров. Фотоны проходят через положительно заряженную энергетическую линзу, являющуюся загадкой для современной науки, которая фокусирует пучок вне меча на установленном расстоянии. Поток практически моментально притягивается обратно к выходному отверстию меча, которое заряжено отрицательно. В результате образуется тонкая арка, которая имеет вид лезвия меча.
Примечательно, что в своей статье авторы апеллируют к принципу Паули – одному из основных принципов квантовой механики. Именно ему якобы противоречит световой меч. Тем не менее принцип Паули относится только к фермионам – частицам с полуцелым спином (собственным моментом количества движения элементарных частиц, имеющим квантовую природу и не связанным с перемещением частицы как целого – прим. авт.), в то время как фотоны света – это бозоны, спин которых может быть только целым.
Джедайский меч вовсе не из света!
На самом деле создание такого меча является невозможным сразу по нескольким причинам. Свет не имеет заряда, так что его нельзя ни зарядить, ни притянуть после этого обратно. Но даже если бы свет можно было зарядить, то для обратного захвата вырвавшегося луча столь высокой энергии понадобился бы такой мощный магнит, что джедая бы притянуло вместе с мечом к ближайшему металлическому предмету.
Кадр из к/ф «Звездные войны»
Как сделать джедайский меч?
Таким образом, по мнению ученых из Университета Лестера, «световой меч» должен состоять не из света, а чего-то похожего на него, что способно светиться, отражать удары и практически моментально прожигать материю на своем пути. Таким условиям соответствует высокотемпературная плазма: ее можно удержать в устойчивом состоянии, а очень высокая температура позволяет практически моментально прожигать любые предметы на ее пути. Температура плазмы должна составлять как минимум 4000 К – при этом даже вольфрам не станет для лезвия меча препятствием.
При столь высокой температуре даже удержать плазму на месте достаточно сложно, не говоря уже о придании ей удобной формы лезвия меча. На сегодняшний день известно несколько способов удержания плазмы, среди которых гравитационный, магнитный и инерционный. Все они обязаны своим появлением попыткам создать контролируемую реакцию термоядерного синтеза. Гравитационные и инерционные способы неприменимы в данном случае, так как требуют огромной плотности частиц и очень громоздкого оборудования. На сегодняшний день наиболее правдоподобной является конструкция с использованием магнитных механизмов удержания плазмы. Именно ее и проработали ученые из Университета Лестера.
Очень тяжелая «артиллерия»
Меч, разработанный учеными, больше похож на булаву или бутылку. Плазма в нем удерживается двумя магнитными кольцами, расположенными с двух сторон от нее, в результате чего между ними и создается закрученный в спираль поток плазмы, по форме напоминающий кеглю. Метод позволяет удерживать плазму с температурой более миллиона градусов, чего более чем достаточно, чтобы моментально прожечь любую известную нам материю.
Кольцо на конце «лезвия» – явное отхождение от того, что мы видели в кино, но оно необходимо для удержания плазмы. Кроме того, оно должно быть соединено с рукояткой, так как для его питания требуется немалая энергия. Во много раз большая энергия необходима для постоянного создания и подачи раскаленной плазмы. При современных знаниях электроэнергия, потребляемая подобным устройством, может передаваться в рукоятку меча по проводу, минимальная толщина которого явно превысит толщину руки джедая, который будет держать меч. Если сюда добавить остальное громоздкое оборудование, необходимое для получения плазмы и ее удержания, то масса меча вполне может сравняться с массой человека.
Даже если в современном обществе найдется человек, способный поднять подобную массивную конструкцию, то вряд ли ему суждено пережить первое же успешное испытание. Дело в том, что подобным мечом лучше не размахивать, не говоря уже о сражении, так как капли раскаленной плазмы будут разлетаться в разные стороны, прожигая все на своем пути. Получается очень опасная игрушка, а никак не оружие.
Версия Naked Science
В качестве альтернативы разработанной учеными из Университета Лестера теоретической модели меча мы решили предложить собственную модель подобного устройства. Наша версия светового меча имеет ряд неоспоримых достоинств. Во-первых, ее можно создать на практике, во всяком случае, в ближайшее десятилетие. Во-вторых, она действительно основана на свете. В-третьих, таким мечом можно сражаться без риска погибнуть самому в ту же минуту. Разумеется, не стоит рассматривать наше устройство как полный аналог того, что вы видели в кино – мы уже выяснили, что это невозможно с точки зрения современной науки.
Как известно, свет с точки зрения современной науки невозможно ограничить отрезком без каких-либо материальных приспособлений. Представьте себе луч, который заключен между двумя зеркалами, плоскости которых находятся параллельно друг другу. Одно из них отражает лучи лишь в одном направлении, а прямо за ним находится излучатель. В идеальном случае зеркала отражают все сто процентов попадающего на них света, так что свет оказывается в ловушке между ними.
Если на пути между двумя зеркалами у луча нет препятствий, то расход энергии на его поддержание практически нулевой, даже если мощность самого луча очень большая. Но если препятствие все же появится, то луч начнет его нагревать. Больше мощность – быстрее нагрев, вплоть до почти моментального прожигания любого препятствия.
Конечно, такое устройство будет похоже на световой меч из «Звездных войн» еще меньше, чем плазменная бутылка, придуманная в Лестере. Но если разместить целый массив лазерных излучателей таким образом, чтобы лучи от них располагались в виде кольца колонн, то внутри этого кольца будет незадействованное пространство. В нем можно разместить элементы конструкции, которые и будут держать зеркало, расположенное на конце «лезвия». Штангу, на которой зеркало крепится к рукоятке меча, можно сделать телескопической, что еще больше увеличит внешнее сходство с тем, что мы видели в кино.
Читайте также
«Зона 51» оказалась реальностью
Как фотографировать звездное небо
К каким психологическим последствиям приводит массовая слежка
Почему дамы влюбляются в «ботаников»?
