光剑——星球大战宇宙中最经典的近战武器。没有一把光剑,任何绝地武士都是不完整的。
但根据它们的工作原理,这可能是与西斯决斗的最不实际的方式。在最坏的情况下,它们可能会触犯一些支撑整个宇宙的基本物理规律。
但这并不是说我们完全不能拥有它。
光剑是怎样切割东西的?
根据几十年来的故事、电影和粉丝的传说,据称光剑的刀刃是由等离子体制成的。
等离子体是一种由带电粒子组成的高能气体,在工业上确实普遍用于切割导电材料。通过压缩空气的电离气体流与被切割材料形成一个回路,电流可以通过这个回路,将材料加热到超过其熔点。
这种方式产生的极高温在某些情况下可以超过2万摄氏度——足以把西斯变成一堆垃圾。
但是,如果你想做一些简单的事情,如砍倒一棵树或打破窗户,你就会有困难了。
尽管如此,等离子体流确实在非工业领域有其用途。电离粒子的低温叶片已经被开发出来,可以消灭微生物,理论上可以增加能量来烧灼小块的皮肤。
2020年,电子设备制造商Hacksmith Industries制造了一种基于高温等离子体流的“光剑”,其温度达到了4000摄氏度左右。他们展示了它烧穿各种材料的能力,尽管比绝地武士的平均时间稍慢一点。
等离子体剑最大的问题是气体的来源。假设有一种有效的加热材料的方法,这些带电粒子仍然需要从某个地方进来。Hacksmith的剑原型是拴在重型气罐上的,即使这样,热等离子体流也太短暂了,不适合长时间的战斗。
这也是离子驱动技术面临的一个问题。以昂贵的惰性元素氙作为燃料来源需要压缩,这需要笨重的容器,这会给使用这种燃料的航天器增加过多的质量。
包装一粒可以升华成气体的碘颗粒是对空间更有效的利用。不幸的是,碘不像氙气那样具有惰性,它需要能防止其腐蚀作用的陶瓷发动机部件。
虽然这种等离子体有助于微型飞行器在真空中加速,但它不太可能产生三级燃烧推动。
发动机技术的不断创新正在解决这一问题,但它是否会在任何一种高能便携式切割工具中发挥作用还有待观察。
是否有用真正的光做的剑?
很少有年轻的《星球大战》粉丝能够抵挡住这样的诱惑——一边挥舞着手电筒的光束,一边发出光剑的嗡嗡声。
如果我们假设光剑真的是光做的,那么它能变成一把能够碰撞、切割和烧灼的剑吗?
光是电磁场中的一个纹波,它以粒子形式被称为光子的形式出现。光子的特性使它们成为一种被称为玻色子的物质,从技术术语上来说,它是一个自旋值为整数的粒子,比如1、2,甚至是0。
在非技术术语中,整数值提供了一种对称性,允许两个或更多的粒子共享某些特性,例如相同的空间。无论一个盒子里装了多少光子,技术上总有容纳更多光子的空间。
这可能是一种非常厉害的武器。
通过在合适大小的腔室中来回反弹一束光子,将一种单一颜色的光的相位排列起来,可以让这些光子以巨大的能量集体撞击。这个过程被称为受激辐射的光放大——这就是你所知道的“激光”。
但是,要想成为一把能够抵挡和阻挡其他利剑的光剑,激光“利剑”还需要像电子、质子和中子那样,以有实质的方式干扰其他激光。
*粒子物理的标准模型
量子态完全相同的粒子不能重叠。例如,原子核周围的电子以允许发生基本化学反应的方式相互碰撞。如果没有这个原则,我们将生活在一个幽灵般的宇宙中。
电子也通过交换电磁力来维持空间,利用光子告诉其他具有相同电荷的粒子保持距离。
光子本身并不像电子和质子那样相互间有力的交换,这一切都意味着光波对其他光波的存在并不敏感。
物理学中有一些漏洞,光子可以间接“碰撞”,也就是说,利用剩余能量产生带电粒子。使用高功率激光的实验告诉我们一些在很久很久以前的早期宇宙中的辐射,但令人遗憾的是,它不会给我们一个可以用来作为武器的光剑。
在我们发现关于光或等离子体的真正革命性的东西之前,光剑仍将停留在纯粹幻想的领域。
(独家编译:科幻世界)
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