Новая надежда: как создать световой меч?

Элегантное оружие… более цивилизованной эпохи. Так световой меч представили зрителям порядка 40 лет назад. Будучи неизменным элементом антуража любого джедая, светящийся меч тысячелетиями хранился в галактической республике. Вместе с первым появлением на публике в 1977 году, когда вышел первый фильм «Звездные войны», характерное гудение светового меча и эпическая битва между Дартом Вейдером и Оби-Ван Кеноби надолго остались в памяти зрителей. Старший ученый лаборатории Ферми прорабатывает реальные варианты воплощения светового меча в жизнь. И, как рассказывает Дон Линкольн, он обязательно появится.

Построить световой меч

Учитывая влияние франшизы «Звездных войн» на общество, было неизбежным появление сегмента общества, который хотел сделать световой меч и даже с ним тренироваться. Но какая технология могла бы лечь в его основу? Отсюда начались первые попытки обратной разработки этого устройства. Обратная разработка, в этом контексте, это мышление о том, как это возможно сделать… а не построить один такой меч.

Признайте, было бы неплохо заполучить такой меч в подарок к Новому году. Но «Звездные войны», как ни крути, это научная фантастика. Что бы могли сделать ученые и инженеры, чтобы построить такой меч (на экране он, конечно, прекрасен, но ограничить луч лазера таким образом практически невозможно).

В фильме показывают, что лезвия световых мечей вытягиваются на 1,2 метра в длину. Они определенно содержат колоссальное количество энергии и могут плавить огромные объемы металла. У этого оружия явно есть мощный и компактный источник энергии. Они могут резать плоть без каких-либо затруднений, но их рукоятки не особо горячи, чтобы обжигать руку, которая их держит. Два световых меча не проходят друг друга насквозь, а у лезвий также бывают разные цвета.

Учитывая название и внешний вид, возникает первая очевидная мысль: наверное, эти световые мечи включают какой-то тип лазера. Но эту гипотезу легко исключить. Лазеры не имеют фиксированную длину, что легко проверить с помощью простой лазерной указки. Кроме того, если свет каким-то образом не рассеивается, лазерный луч по сути невидим. Ни одна из этих характеристик не описывает наш меч.

Плазменные лезвия?

Более реалистичной технологией будет плазма. Такой материал создается после выбивания электронов у атомов газа, в процессе так называемой ионизации. Плазма — четвертое состояние вещества, после хорошо известных твердого, жидкого и газообразного. Примеры плазмы вы тоже в своей жизни видели и немало. Свечение флуоресцентного света — плазма, неоновые огни — тоже.

Эта плазма кажется весьма холодной, поскольку можно потрогать трубку и не обжечь пальцы. Но обычно плазма горячая, с температурой в несколько тысяч градусов. Однако плотность газа во флуоресцентной световой трубе настолько низкая, что даже при высокой температуре общее количество энергии тепла очень низкое. Дополнительная сложность в том, что электроны в плазме имеют энергию значительно выше, чем ионизированные атомы, из которых эти электроны вышли. Тепловая энергия чашки кофе (температура которой намного ниже) значительно выше энергии, заключенной во флуоресцентном свете.

Некоторая плазма, впрочем, вырабатывает существенное тепло. В плазмотронах. Принцип их работы такой, как у лампочки, но с большим количеством электрического тока. Есть много способов сделать плазмотрон, но самый простой включает два электрода и проводящий материал, обычно газ вроде кислорода, азота или чего-то типа. Высокое напряжение на электродах ионизирует газ, превращая его в плазму.

Поскольку плазма является электропроводящей, она может передавать мощный электрический ток целевому материалу, нагревая его и плавя. Такое устройство называется плазменный резак, но в действительности это электрическая дуга (сварка), а плазма выступает в качестве проводника электрического тока. Большинство плазменных резаков хорошо работают, когда разрезаемый материал является проводником, поскольку материал тогда может замкнуть цепь и отправить электрический ток обратно на устройство по кабелю, соединяющему резак с целью. Бывают также двойные резаки, между которыми проходит электричество, они позволяют резать непроводящие материалы.

Итак, плазмотроны могут генерировать области сильного тепла, но требуют огромного количества электрического тока, а световые мечи, похоже, не в силах обеспечить такой ток. Может быть, тогда световые мечи — просто трубки со сверхгорячей плазмой? Тоже нет, поскольку плазма выступает в качестве горячего газа, который расширяется и остывает, подобно обычному огню (который тоже часто бывает плазмой хотя бы в силу того, что светится). Таким образом, если плазма будет лежать в основе светового меча, ее нужно будет в чем-то удерживать.

К счастью, такой механизм есть. Плазмой, состоящей из заряженных частиц (с высокой скоростью), можно управлять магнитными полями. На самом деле, ряд наиболее перспективных технологий, связанных с ядерным синтезом, используют магнитные поля для удержания плазмы. Температура и общая энергия, заключенные в синтезируемой плазме, настолько высоки, что расплавили бы даже содержащий их металлический сосуд.

Возможно, световым мечам подойдет. Сильные магнитные поля вкупе со сверхгорячей и плотной плазмой предлагают возможный способ создать световой меч. Но мы еще не закончили.

Если мы возьмем две трубки с плазмой, которые удерживаются магнитно, они будут проходить друг друга насквозь… никаких эпичных дуэлей не будет. Поэтому нам нужно выяснить, как сделать у мечей твердое ядро. И материал, из которых оно будет состоять, должен быть устойчив к высоким температурам.

Возможно, подойдет керамика, которая может подвергаться воздействию высоких температур без плавления, размягчения или искривления. Но у твердого керамического ядра есть проблема: когда джедай не пользуется мечом, тот свисает у него с пояса, а рукоять в длину 20-25 сантиметров. Керамическое ядро должно выпрыгивать из рукоятки, как черт из табакерки.

Грубая сила

Вот так я (Дон Линкольн) представляю строительство светового меч, хотя и у моего проекта есть проблемы. В «Звездных войнах: Эпизод IV — Новая надежда» Оби-Ван Кеноби отрубает руку инопланетянину легким непринужденным движением. Этот момент молча указывает на то, какой горячей должна быть плазма.

В «Звездных войнах: Эпизод I — Скрытая угроза» Квай-Гон Джинн вставляет свой световой меч в тяжелую дверь, сначала делая глубокий разрез, а затем просто ее расплавляя. Если взглянуть на эту последовательность и предположить, что дверь стальная, учесть время, затраченное на нагрев и плавку металла, можно подсчитать энергию, которой должен обладать такой меч. Выходит где-то 20 мегаватт. Учитывая средний расход бытовой электросети — примерно 1,4 киловатта — одним световым мечом можно запитать 14 000 обычных домов, пока не иссякнет батарея.

Источник питания такой плотности явно выходит за пределы современных технологий, но, возможно, мы можем допустить, что джедаи знают какой-то секрет. В конце концов, они путешествуют быстрее скорости света.

Но есть физическая проблема. Такая энергия подразумевает, что плазма будет невероятно горячей и на расстоянии всего нескольких дюймов от руки владельца меча. И это тепло будет излучаться в форме инфракрасного излучения. Рука джедая должна мгновенно обуглиться. Значит, какая-нибудь сила должна удерживать тепло. И опять же, лезвия мечей используют оптические длины волн, поэтому силовое поле должно удерживать инфракрасное излучение, но пропускать видимое.

Такие технические исследования неизбежно приводят к необходимости неизвестных технологий. Но мы хотя бы можем просто сказать, что световой меч состоит из некоторого рода концентрированной энергии, заключенной в силовом поле.

Память подсказывает, как Майкл Окуда, технический консультант франшизы «Звездный путь», объяснил новую технологию, которая сделала возможными транспортеры. Он сказал, там были «компенсаторы Гейзенберга», предположительно необходимые для исправления проблем, вызванных принципом неопределенности Гейзенберга. Это знаменитый квантово-механический принцип, согласно которому вы не можете одновременно знать с высокой точностью местоположение и скорость частицы. Поскольку человек состоит из множества частиц (атомов и их составляющих), если вы когда-либо попытаетесь просканировать кого-нибудь, чтобы выяснить местоположение всех его атомов, вы не сможете точно измерить их положение и движение. А значит, когда попытаетесь пересобрать кого-нибудь, не сможете точно собрать протоны, нейтроны и электроны воедино. На глубоком и фундаментальном физическом уровне, принцип неопределенности Гейзенберга говорит, что такие транспортеры невозможны. Но кто такой Гейзенберг для создателей «Звездного пути»? Когда журналисты Time спросили, как работает такое устройство, они ответили «очень хорошо, спасибо».

Тем не менее было интересно узнать, насколько близка современная наука к созданию знаковой научно-фантастической технологии. В случае со световым мечом, лучшее, на что способны современные технологии, это плазменное оружие, заключенное в магнитном поле. Да, еще у него будет керамическая сердцевина, использующая очень плотный источник энергии, а также силовое поле, которое блокирует инфракрасное, но не видимое излучение. Тьфу, раз плюнуть.

Осталось спросить инженеров, насколько сложно будет все это сделать. Но они ведь смогут, правда?

Источник