Плазменные горелки это самое близкое, что у нас есть, к настоящим световым мечам, но не пытайтесь драться с ними на дуэли.
В далекой-далекой галактике два световых меча излучают энергию. В этом противостоянии пара врагов размахивая этим оружием навстречу друг другу. При столкновении их лезвий разлетаются крошечные искры.
Световые мечи из «Звездных войн» — это, пожалуй, самые крутые гаджеты в научной фантастике. Это высокоэнергетическое оружие может расплавить, разрезать и прожечь практически все, что угодно, причем с минимальным сопротивлением. Но когда один световой меч встречается с другим, они сталкиваются друг с другом, клинок к клинку, создавая эпические поединки.
Световой меч может быть отличным оружием, если вы джедай или ситх, но может один из них существует в реальном мире? Оказывается, заставить луч света вести себя как твердый меч намного сложнее, чем это выглядит на большом экране.
Проходя через
Это оружие не имеет аналогов в реальном мире. Предполагается, что они сделаны как из лазеров, так и из плазмы. Лазеры генерируют высокофокусированные лучи света. Плазма — это чрезвычайно горячий газ, который становится электрически заряженным. (Молния — это разновидность плазмы).
И лазеры, и плазма сталкиваются с одной и той же фундаментальной проблемой при воссоздании одного из фирменных эффектов светового меча: они не могут врезаться в предметы, подобные твердым.Рассмотрим что-нибудь твердое, например теннисный мяч. Когда теннисные мячи сталкиваются, они отскакивают друг от друга, потому что атомы в одном мяче толкаются об атомы в другом.
Лазер, однако, состоит из фотонов. Это безмассовые, не имеющие заряда частицы, из которых состоит свет. Когда один пучок фотонов встречается с другим, они проходят друг сквозь друга. Представьте себе, что вы пытаетесь провести дуэль с помощью пары фонариков — лучи просто проходят друг сквозь друга. Без массы или заряда фотонам просто нечего делать чтобы противостоять.
Плазма сталкивается с аналогичной проблемой. Плазма, хотя и состоит из материи, состоит из заряженных частиц. Магнитные поля могут придать ей форму светящегося столба в форме светового меча. На самом деле, плазменные горелки уже существуют. Они создают направленные потоки горячей плазмы. Однако, если бы не какие-то чрезвычайные обстоятельства, они все равно вели бы себя как газ.
“ Битва на мечах с двумя плазменными горелками была бы столь же эффективной, как битва воздушных колонн из двух воздуходувок. Столбы газа или плазмы просто проходили бы друг сквозь друга», — говорит физик Дэвид Шаффнер. Он изучает плазмуфизика в колледже Брин Мор в Пенсильвании.
Что для этого потребуется?
В 2019 году физики Жан-Себастьян Ганьон и Франсуа Филлион-Гурдо исследовали возможности световых мечей в исследовании, опубликованном в European Journal of Physics. Ганьон работает в Норвичском университете в Нортфилде, штат Вирджиния. Филлион-Гурдо работает в Канаде в лаборатории бесконечного потенциала в Ватерлоо, Квебек.
По их расчетам, теоретически могут работать световые мечи на основе света, использующие чрезвычайно мощные лазеры. При правильных условиях два лезвия световых мечей могут ощущаться как единое целое и сталкиваться, как в кино. Однако требуемая мощность лазера и уровни энергии нереалистичны.
Для работы с таким световым мечом в течение одной минуты потребуется примерно одна тысячная солнечной мощности в через секунду они обнаружили. Что для этого потребуется топливо весом примерно в 10 раз больше, чем у Великой египетской пирамиды в Гизе.
Все это топливо сделало бы световой меч невероятно тяжелым. “ Простой вес [светового] меча это слишком высоко для любого человека. Другими словами, только джедай, использующий «Силу», мог бы на самом деле использовать ее», — пошутили исследователи в электронном письме. Плазма могла бы работать лучше. Этооднако плазма сталкивается со своей собственной проблемой — сдерживанием.
Для создания плазмы требуется огромное количество энергии, чтобы сначала оторвать электроны от атомов. Однако, чтобы оставаться стабильной на открытом воздухе, плазма необходимо поддерживать сверхвысокие температуры. И на это потребуется огромное количество энергии.
У вас есть научный вопрос? Мы можем помочь!
Отправьте свой вопрос здесь, и мы, возможно, ответим на него в следующем выпуске Новостей науки.
Это похоже на пытаюсь не дать супу закипеть в снежную бурю. Тепло невероятно быстро рассеивается в окружающий воздух», — объясняет Джоанна Гарсия. Она изучала ядерную инженерию в Университете Теннесси в Ноксвилле. Поддержание стабильности плазмы возможно, как и при варке супа. Просто на это уходит много энергии. Она сравнивает это с одновременной работой 1000 тостеров. Ученые нашли обходной путь, используя технику под названием Z-pinch. Здесь мощные электрические токи создают магнитное поле. поля. Эти поля «сжимают» плазму, придавая ей нужную форму. Они также поддерживают необходимую температуру.
Несмотря на это решение, существует еще одна проблема: практичность. Современные устройства для удержания плазмы работают только в герметичных вакуумных камерах. На открытом воздухе плазма мгновенно остыла бы и исчезла.
Реальность наносит ответный удар
Плазменные горелки — это самые близкие устройства, которые у нас есть. настоящий световой меч. Эта горелка создает горячий, сильно направленный поток плазмы, который может разрезать различные материалы, включая алюминий и нержавеющую сталь. Сварщики используют их для плавки или резки металлов на заводах и в мастерских.
Но плазменные горелки не могут сравниться со световыми мечами в кино.
Производимые лучис помощью плазменной горелки они имеют длину всего несколько сантиметров (несколько дюймов). Это далеко не те метровые (примерно трехфутовые) лезвия, которые можно увидеть в фильмах «Звездные войны». Плазменным горелкам также нужны толстые кабели для подачи к ним постоянного тока из газа и электроэнергии. Это делает невозможным использование их в качестве меча.
Самое главное, что “клинки” просто проходили бы друг сквозь друга, а не сталкивались.
Так что, хотя мы и выиграли’т если вы увидите настоящих джедаев и ситхов со светящимися световыми мечами, исследования плазмы продолжат развиваться. Это приближает нас к пониманию пределов физики.
До тех пор фантастике придется оставаться наравне с фильмами.
