Сможем ли мы когда-нибудь сделать настоящий световой меч? Вот научные данные

Световые мечи - вымышленные мечи, сделанные из... чего-то светящегося - являются квинтэссенцией оружия ближнего боя во вселенной "Звездных войн". Ни один уважающий себя джедай не может обойтись без него.

Но в зависимости от того, как они работают, они могут оказаться самым непрактичным способом дуэли с ситхом. В худшем случае, они могут нарушить некоторые фундаментальные физические принципы, на которых держится вся Вселенная.

Это не значит, что мы не можем приблизиться к этому.

Как световые мечи разрезают материал?

Исходя из десятилетий рассказов, фильмов и фанатских преданий, режущая часть светового меча якобы сделана из плазмы.

Плазма - это энергичный газ, состоящий из заряженных частиц, и действительно широко используется в промышленности для разрезания электропроводящего материала. Ионизированный поток газа, продуваемый сжатым воздухом, образует цепь с разрезаемым материалом, через которую может протекать ток, нагревающий материал выше точки плавления.

Этот нагрев может быть довольно экстремальным, превышая в некоторых случаях 20 000 градусов Цельсия: более чем достаточно, чтобы превратить вашего протокольного дроида в кучку обрезков.

Но если вы хотите отрубить руку голодному вампу или даже сделать что-то простое, например, срубить дерево или разбить окно, вам придется нелегко. 

Несмотря на это, плазменные потоки находят свое применение и в непромышленных областях. Были разработаны низкотемпературные лезвия из ионизированных частиц, которые могут уничтожать микробы, а в теории их энергию можно увеличивать, чтобы прижигать небольшие участки плоти.

В 2020 году производители гаджетов Hacksmith Industries создали "световой меч" на основе высокотемпературного потока плазмы, температура которого достигает около 4 000 градусов Цельсия. Они продемонстрировали его способность прожигать различные материалы, хотя и немного медленнее, чем это может быть нужно обычному мастеру-джедаю.

Самая большая проблема с мечом на основе плазмы - источник газа. Предполагая эффективный способ нагрева материала, эти заряженные частицы все равно должны откуда-то поступать. Прототип меча Hacksmith был привязан к тяжелым резервуарам с газом, и даже тогда поток горячей плазмы был слишком коротким для продолжительного боя.

Это проблема, с которой столкнулась технология ионных приводов и, по крайней мере, частично ее решила. Обычные источники топлива в виде дорогого инертного элемента ксенона должны быть сжаты, что требует громоздких контейнеров, которые добавляют чрезмерную массу любому космическому кораблю, использующему их.

Упаковка гранул йода, который может сублимироваться в газ, была бы гораздо более эффективным использованием пространства. К сожалению, йод не так инертен, как ксенон, и требует керамических деталей двигателя, способных выдержать его коррозионное воздействие. 

Хотя он полезен для ускорения крошечных аппаратов в вакууме, такая плазма вряд ли сможет сделать больше, чем ожоги третьей степени при полной мощности.

Новые инновации в технологии двигателей решают эту проблему, но пока неясно, сыграет ли она когда-нибудь роль в каком-либо высокоэнергетическом портативном режущем инструменте.

А как насчет меча, сделанного из настоящего света?

Мало кто из юных поклонников "Звездных войн" смог удержаться от соблазна помахать лучом фонарика, издавая при этом знаменитое жужжание светового меча.

Если предположить, что световой меч действительно сделан из света, может ли он материализоваться в клинок, способный сталкиваться, резать и прижигать?

Свет - это пульсация в электромагнитном поле, которая принимает форму частиц, называемых фотонами. Фотоны обладают характеристиками, которые относят их к категории материи, называемой бозонами, которые в технических терминах являются частицами со спином, равным целому числу, например 1, 2 или даже нулю.

В нетехнических терминах это целое значение обеспечивает симметрию, которая позволяет двум или более частицам иметь общие свойства, например, одинаковое пространство. Сколько бы фотонов ни было запихано в коробку, технически всегда есть место для большего количества.

Потенциально это может стать довольно впечатляющим оружием.

Выстраивание фаз одного цвета света путем отскакивания кучи фотонов вперед-назад в камере нужного размера позволит этим фотонам в совокупности поразить огромное количество энергии. Этот процесс известен как усиление света путем стимулированного излучения - вы, несомненно, знаете его как "лазер".

Но чтобы стать мечом, который может парировать и блокировать другие мечи, лазерное "лезвие" должно также вмешиваться в другие лазеры ощутимыми способами, как это делают электроны, протоны и нейтроны.

Частицы с дробным спином, например, половинным или 5/2, осложняются принципом, согласно которому несколько частиц с одинаковыми квантовыми состояниями просто не могут пересекаться. Электроны, окружающие ядро атома, например, сталкиваются друг с другом таким образом, что позволяют происходить основным химическим процессам. Без этого принципа мы жили бы во Вселенной, осязаемой, как призрак.

Электроны также поддерживают свое пространство путем обмена электромагнитными силами, используя фотоны, чтобы сообщить другим частицам с одинаковым зарядом о необходимости сохранять дистанцию.

Сами фотоны не обмениваются силами друг с другом, как это могут делать электроны и протоны, что приводит к тому, что световые волны не замечают существования других световых волн. 

В физике есть лазейки, где фотоны могут косвенно "сталкиваться", так сказать, генерируя заряженные частицы из остаточной энергии. Эксперименты с мощными лазерами кое-что говорят нам о поведении излучения в ранней Вселенной, в эпоху, которая была очень, очень давно, но, к сожалению, они не дадут нам палку света, которую мы могли бы использовать для парирования лазерных болтов. 

Пока мы не откроем что-то действительно революционное в поведении света или плазмы, светящиеся световые мечи останутся в области чистой фантазии.