настоящий световой меч в реальной жизни
Наконец-то изобретён настоящий световой меч
Американский энтузиаст Аллен, у которого на канале YouTube всего 6 видео, 45,5 тыс. подписчиков и 15,7 млн. просмотров, выложил в сеть видеоосвидетельствование своего нового изобретения.
Раньше он уже был известен своим молотом Тора, который действительно нельзя было оторвать от земли:
[creativ_media type=»youtube» url=»https://www.youtube.com/watch?v=0_8Xhzt5YQI»]
Теперь же парень собрал настоящий световой меч, которым вполне реально завалить какого-то штурмовика.
Часть деталей для корпуса Аллен напечатал на 3D-принтере, электронные детали позволяют мечу издавать оригинальный звук, включать и выключать меч, регулировать его длину и менять цвет.
Есть одно маленькое отличие от оригинала — чтобы собрать такой меч в реальных условиях Аллену не пришло ничего другого на ум, как создать световую часть при помощи пламени. По сути этот меч — газовая горелка с увеличенной длиной огня. Пламя появляется как раз из-за реакции газов — метанола, ацетона и бутана.
[creativ_media type=»youtube» url=»https://www.youtube.com/watch?v=u-xHso660tA»]
На самом деле не в руках разработчика такая игрушка больше опасна для самого воина, чем для его врагов, так как подпалить себя совсем несложно. Это заметно по аккуратным движениям Аллена во время тестирования. Но, может, коммерсанты идею оценят и доработают до безопасного уровня. Тогда во дворах вместо мальчишек, играющих в «войнушки», мы увидим мальчишек, играющих в «звёздные войнушки» с настоящими такими мечами. Захватывающее будет представление.
Умельцы создали настоящий световой меч — все как в фильме! (обновлено)
Фантастические рассказы авторов прошлых столетий очень часто оказываются пророческими. Так, фантасты 20 века предсказали мобильные телефоны, телевидение, кондиционеры и даже модифицированные продукты. А в конце прошлого года сбылось еще одно предсказание — умельцы наконец-то собрали настоящий и функционирующий световой меч!
Энтузиасты на самом деле создали рабочий прототип светового меча из Звездных Войн. Это сверхмощная плазменная горелка, которая создает факел правильной формы и выглядит, как меч из фантастического фильма. Впрочем, это нужно видеть.
Конечно, такая «игрушка» не для детей — световой меч работает на сжиженном газу, а его пламя разогревается до 4000 градусов. Этого достаточно, чтобы вмиг расплавить лист металла, толщиной в несколько миллиметров.
Теперь понятно, каким образом Квай Гон плавил люк в отсеке космического корабля.
Возможно ли создать световой меч с точки зрения современной науки?
В качестве иллюстрации из реальной жизни можно привести вот эту электрическую дугу, которая изменяет свою форму под воздействием магнитного поля во время проигрывания музыки:
Другой пример дуги:
Вполне можно себе представить, как эта дуга «берётся» посередине и вытягивается примерно на метр, превращаясь в «клинок» меча. Хотя в реальности это очень сложная задача, но к этому мы ещё вернёмся.
Сегодня мы уже используем технологии, весьма близкие к данному выше описанию принципа действия светового меча. Например, в аппаратах для резки металла на фабриках по всему миру применяется «луч» сверхгорячей плазмы (до 40 000 градусов).
На это схеме показано устройство плазменного резака, и оно похоже на то, как может быть устроен световой меч. К сожалению, на этом сходство заканчивается. Образуемая дуга очень мала по размеру (на схеме она обозначена голубой линией). Она воспламеняет подающийся под давлением газ, который работает как теплоноситель, отводя энергию дуги наружу.
Пока что мы не владеем технологией, позволяющей вытянуть и удерживать дугу с помощью магнитного поля. Даже если вытянуть её наружу из некой гипотетической рукоятки, она будет нестабильна, постоянно отклоняясь в стороны в случайном порядке, стремясь «прилипнуть» к ближайшей поверхности.
Другой путь
Источник энергии всё ещё будет очень велик, возможно, его придётся носить в рюкзаке. Необходимо будет решить проблему теплоизоляции рукоятки, в том числе с помощью принудительного ограничения времени непрерывной работы. Учитывая очень большую яркость свечения раскалённой проволоки, нужно будет пользоваться специальными светозащитными очками. Если уж мы говорим об использовании самых передовых достижений науки, то очки также могут быть не просто оптическими фильтрами. Пожалуй, целесообразно будет использовать умные очки. Будучи совершенно прозрачными при обычном ношении, они будут динамически затемнять или делать непрозрачной только небольшую зону поля зрения, достаточную, чтобы покрыть раскалённую сияющую проволоку.
Вот так мог бы выглядеть, в результате, описываемый «энергетический вибро-меч»:
Можно ли создать световой меч?
В преддверии премьеры фильма «Звёздные войны: Пробуждение Силы» я решил выкатить статью на полтора Азара с мыслями о том, насколько реально создать настоящий световой меч.
К решению нашей задачи есть два подхода. Первый заключается в том, что мы берём канон, вытаскиваем из него информацию о технологиях, используемый во вселенной ЗВ, и пытаемся адаптировать их в нашей реальности. Проблема здесь в том, что сами авторы франшизы слабо представляют себе физические основы того, что они описывают, и, как это делает большинство авторов фантастики и фэнтези, они прячутся за понятиями абстрактной «энергии» или «магии» (а в данном случае, Силы). Впрочем, авторы и не обязаны давать обоснования всему, что происходит в произведении, да и большинство из нас наслаждается сюжетами без оглядки на научные нестыковки, до тех пор, пока их можно скрыть за приемлемыми абстракциями. Поэтому головная боль о приведении фантастических технологий под реальную физическую основу – это, как правило, удел техногиков-перфекционистов.
Забегая немного вперед, сразу скажу, что удовлетворить одновременно всем требованиям, приведенным выше, кажется, не сможет ни одна технология. Тем не менее, не лишним разобраться, как же можно достичь хотя бы части из них. Для этого необходимо понять, что же мы предполагаем использовать в качестве рабочего тела светового меча.
Фотоны же не притягиваются друг к другу, они вообще никак не взаимодействуют без каких-либо посредников. По этой причине знаменитый физик-теорик и популяризатор науки, доктор Митио Каку в своей программе «Научная нефантастика» предложил сделать световой меч на базе высокоионизированной плазмы, которая будет выходить из маленьких отверстий по всей длине цилиндрического выдвижного телескопического полого клинка. Телескопический каркас необходим из-за того, что плазма сама по себе не твердая и не обеспечит нам требуемых характеристик. Это, конечно, не так изящно, как хотелось бы, поскольку в основе рабочего тела меча используется твердый материал, зато такой клинок будет удовлетворять ряду критериев. В частности, он будет светиться, при соприкосновении с инородным телом он будет воздействовать на него мощным тепловым воздействием, а также его можно будет скрестить с другим клинком. Более того, при определенных условиях плазма может отражать электромагнитное излучение.
Тем не менее, у такого светового меча есть свои проблемы. Например, для его функционирования необходим мощный источник энергии. Во вселенной ЗВ проблема с энергией решалась её возвратом обратно в меч. Здесь же нет никакого разумного способа вернуть энергию, растраченную на ионизацию. Каку предложил решить эту проблему с помощью использования нанотехнологий в батареях нового типа, однако вопрос о возможности реализации такой батареи до сих пор открыт. Я бы в качестве альтернативы предложил компактные термоядерные батареи. Они, в прочем, пока тоже не созданы. Другой проблемой плазменного меча стало бы вредное ультрафиолетовое излучение от плазмы. Неспроста сварщики используют маски в процессе своей работы.
Но вернемся к свету. Выше я обронил фразу, что фотоны не взаимодействуют без посредников. В самом деле, два фотона, встретившиеся в вакууме пройдут сквозь друг друга. Вместе с тем, если они встретятся не в вакууме, а в среде, они могут провзаимодействовать с той или иной интенсивностью. В этом случае среда выступает в роли посредника. Среды, в которых фотон-фотонное взаимодействие сильное, называются нелинейными средами. Относительно недавно была продемонстрирована способность фотонов притягиваться друг к другу, что сразу же запустило разговоры о фотонной материи и о световых мечах.
Только нужно помнить, что условия, в которых такое притяжение наблюдалось, мягко говоря, экстремальные: ультрахолодный газ (то есть с температурой, холоднее, чем в космосе (!)) в оптической ловушке. Иначе говоря, такая система слишком хрупкая, и вряд ли это можно использовать при любых условиях, что ожидаемо от действующего светового меча. А учитывая, что для создания разрушающего действия нам понадобится гигантское количество света, которое сметёт с пути саму нелинейную среду, этот путь реализации светового меча кажется чистой фантазией. Ситуацию, как и в предыдущем способе, усугубляет необходимость иметь нефотонную основу клинка, которая должна каким-то образом появляться или исчезать.
Итак, в случае светового меча, основанного на нелинейной среде, мы опять сталкиваемся с необходимостью иметь какой-либо осязаемый посредник. Неужели нет способа заставить свет вернуться назад без использования каких-либо специальных приспособлений, которые должны были бы выдвигаться? На самом деле у природы есть один такой способ – это гравитация. Существует способ искривлять траекторию света, основанный на эффекте гравитационной линзы. Действительно, гравитация от достаточно массивного объекта способна притягивать фотоны вплоть до полного поглощения. В полной мере насладиться красотой этого явления нам позволил фильм «Интерстеллар», где в качестве спецэффектов использовались результаты моделирования, опубликованные в настоящей научной статье.
Можно ли создать световой меч на основе гравитации? Маловероятно. Чтобы заставить свет вернуться назад, необходима огромная масса. Несложные расчеты показывают, что чтобы вернуть фотон, который успеет отдалиться от гарды меча на 1 метр (примерная длина клинка), в рукояти должна быть заключена масса порядка нескольких сотен масс Земли. Учитывая, что эта масса должна быть сконцентрирована в столь малом объёме, это неизбежно вызовет образование черной дыры, которая засосёт не только фотон, но и незадачливого хозяина клинка. Кроме этого очевидного промаха, у данной технологии есть ряд других неудовлетворительных сторон. В частности, свет клинка по мере отдаления от рукояти должен будет меняться в красную сторону по спектру. Правда, увидеть мы этого не сможем, ведь, если мы хотим вернуть фотоны обратно, ни один из них не сможет вылететь из светового меча, чтобы донести до нас его свечение. Наконец, при скрещивании двух таких мечей, они будут стремиться притянуться друг к другу, хотя нам нужен противоположный эффект.
В свете всего вышеперечисленного перспективы создания светового меча на основе фотонной материи кажутся крайне призрачными. Тем не менее, в оптике есть ещё один, крайне экзотический эффект, о котором мало кто знает даже среди тех, кто, собственно, оптикой занимается. Когда я писал, что фотоны в вакууме проходят сквозь друг друга, я немного слукавил. В реальности даже вакуум – среда, в которой нет никаких частиц, обладает своей нелинейностью, только эта нелинейность крайне мала. Объяснение природы этой нелинейности лежит в области квантовой теории поля, но если описывать её в двух словах, то она заключается в том, что все фотоны, распространяясь в вакууме, постоянно создают пары частица-античастица (самый вероятный вариант: пара электрон-позитрон), которые живут крайне малое время и очень быстро схлопываются. Есть шансы, что другой фотон успеет провзаимодействовать с такой парой до того, как она исчезнет (аннигилирует), и тогда эта виртуальная пара станет посредником при взаимодействии света со светом. Эти шансы мизерны, но они растут либо с ростом энергии фотона (потому что пара будет дольше жить), либо с ростом интенсивности излучения (потому что станет больше фотонов в единице объема = больше шансов, что на пару налетит фотон).
Рост энергии фотона означает, что в конечном итоге мы должны прийти к гамма-излучению. Но, чтобы световой меч был видимым, нам нужно реализовать нелинейность на оптическом фотоне, то есть на фотоне, в миллион раз менее энергичном, чем гамма-квант. Остается один путь: накачивать мощность оптического излучения. Здесь нам на помощь приходит технология лазеров, про которую можно много где почитать и даже посмотреть. Интересно, что иногда встречается другой термин, обозначающий сабж: «лазерный меч». Может быть, эта технология приблизит нас к заветному оружию? Рассмотрим её поподробнее.
Итак, при достижении определенного порога, который носит название предел Швингера (примерно 10^30 Вт/см^2), интенсивности излучения достаточно, чтобы виртуальные электрон-позитронные пары жили достаточно долго, дабы реализовать нелинейность в вакууме. В этом случае рабочее тело клинка будет представлять собой электрон-позитронную плазму, которая, в отличие от случая с плазменным мечом, будет рождаться и рассеиваться вместе с лазерным лучом. Более того, на создание такой плазмы будет тратиться энергия луча, который должен из-за этого сужаться к концу, пока совсем не истончится. Таким образом, задавая начальную интенсивность лазера, мы можем регулировать длину клинка.
Что интересно: согласно канону ЗВ, в устройстве светового меча большую роль играют особые кристаллы, которые помещаются в его рукоятку. От них зависят различные характеристики, в том числе цвет клинка. Вместе с тем, большинство твердотельных лазеров также основано на использовании специальных кристаллов – так называемых активных сред. Как правило, такие кристаллы представляют собой какую-либо известную и распространенную основу (например, корунд), с примесью специальных атомов, которые определяют свойства будущего лазера, в том числе и цвет. Поиском новых рецептов для структуры и состава этих лазерных кристаллов занимаются целые институты, это очень важная прикладная задача. Этот пикантный момент добавляет интриги в вопрос о том, можно ли создать световой меч на технологии интенсивных лазеров.
Что ж, звучит многообещающе, но лазерных мечей в продаже пока нет, где же подвох? Разумеется, не все так просто. В первую очередь, как и обычная плазма, электрон-позитронная будет облучать пространство вокруг себя целым набором высокоэнергетических фотонов, включая гамма-излучение. Помимо этого, из клинка будут вылетать шальные электроны и позитроны, что с точки зрения радиационной безопасности считается бета-излучением. Таким образом, получающийся меч становится сильно радиоактивным.
Другим недостатком является тот факт, что при столкновении такие клинки, скорее всего, просто проходили бы сквозь друг друга. Наконец, есть проблема энергетическая. Как и в случае меча Каку, затраченная энергия здесь не возвращается обратно в меч, а рассеивается в виде радиации, а ведь в такой схеме нужны астрономические цифры по мощности, которые не сможет обеспечить даже термоядерный реактор, если бы его можно было упаковать в рукоятку меча. Даже сама идея о том, что настолько мощный лазер мог бы быть умещён в руке, кажется фантастикой, ведь даже рекордные по интенсивности лазеры (до 10^23 Вт/см^2) занимают по площади несколько футбольных полей.
Кстати, излучение швингеровской мощности, распространяясь в пустом пространстве, может вести себя довольно интересно. Дело в том, что в нелинейных средах возможно образование так называемых солитонов: сгустков света, которые распространяются единым неразрушающимся волновым пакетом, со скоростью, меньшей, чем обычная скорость света. Если мы представим себе вакуум в нелинейном режиме, то, теоретически, там возможно образование таких солитонов. Скорее всего, они будут рассеивать фотоны, из которых они состоят, в окружающее пространство, таким образом, что солитоны можно будет наблюдать сбоку (обычный лазерный луч в пустоте не виден). Таким образом можно было бы объяснить аномальное с точки зрения привычной оптики поведение выстрелов из бластеров во вселенной ЗВ.
Как устроен «настоящий» световой меч джедаев, созданный инженерами Disney
Если присмотреться к оружию джедаев в фильмах и почитать энциклопедические материалы по вымышленной вселенной «Звездных войн», то становится понятным – у световых мечей нет привычных плоских лезвий. Их клинком служит замкнутая энергетическая петля, вокруг которой со всех сторон образуется область ионизированного газа. Она предсказуемо имеет форму окружности в сечении и вытянутого цилиндра в целом, что было удобно при съемках фильмов и стало основой дизайна нового меча.
Цилиндрическая форма позволяет скрыть всю начинку изделия внутри и сберечь его секрет. А он заключается в том, что выдвижная часть образована двумя гибкими полупрозрачными полимерными лентами. В сложенном виде они плоские и намотаны на катушку, весьма похожую на строительную рулетку. Обе ленты жестко закреплены на верхнем торце рукояти меча, при включении мотора они одновременно выдвигаются и выталкивают его вперед, а сами скручиваются и принимают форму полукруга. Две ленты образуют стенки цилиндра, внутри которого расположена гибкая светодиодная лента.
Патент на данную конструкцию был оформлен еще в 2018 году. По сути, ноу-хау Disney сводится к реализации самого механизма выдвижения клинка, который является неустойчивым и уязвимым для ударов, так что фехтовать им даже в шутку крайне не рекомендуется. Зато внешний вид и характерный звук порадуют всех фанатов Звездных войн.