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.
В закладки
Плох тот поклонник «Звездных Войн», что не хотел бы владеть световым мечом. Если верить играм и фильмам, в умелых руках он делает бойца непобедимым при минимальной экипировке. Недаром световой меч получил от Оби-Вана эпитет «элегантного оружия цивилизованных времен». Каждый раз, возвращаясь из уютных объятий вымышленного фантастического мира в мир реальный, хочется утащить с собой немного «Звездных войн», и, казалось бы, световой меч был бы отличным сувениром. Но возможно ли реализовать этот гаджет в нашем времени и в нашей галактике с теми законами физики, по которым мы живем? И если да, то, какие технологии для этого нужны? Постараюсь ответить на эти вопросы.
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.
Второй путь – исходить из реальных свойств фантастического устройства, которые мы от него ожидаем. В нашем случае это должна быть рукоятка, которая по нашей воле будет испускать невесомое светящееся лезвие определенной длины, обладающее разрушающей (расплавляющей) способностью. Клинок должен мочь отражать свет, отталкивать другой такой клинок, а также не нести вреда своему хозяину. Вообще, такая постановка условий существенно отличает световой меч от других типов холодного оружия. В частности, поражающей является любая часть светового клинка, а не только острая кромка лезвия, как у обычных мечей. Это, в свою очередь, приводит к специфичным изменениям в техниках фехтования световым мечом. Примечательно, что эти техники развились до того, как сам световой меч был сконструирован: настолько сильно желание того, чтобы фантазия стала реальностью.
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.
Само название оружия подсказывает нам, что клинок должен состоять из света, иначе говоря, потока фотонов – элементарных частиц света. Однако свет – очень плохой кандидат для создания клинка. Дело в том, что светом не так то просто управлять и удерживать его в некоей области пространства, а, ведь, это именно то, что нам нужно. Вообще, любая осязаемая материя – это результат возникновения сил притяжения между мельчайшими частичками, эту материю образующую. Например, если мы рассмотрим стальной клинок, речь будет идти о кристаллической связи между атомными остовами, порождаемой блуждающим между ними электронным газом. А, скажем, в материю удерживает вместе давление среды в купе с притяжением электронов и положительных ионов, которые образуются из-за экстремальных условий, в которых плазма находится. В обоих случаях нам на помощь приходит притяжение частиц, обладающих зарядами с разными электрическими знаками.
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 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 способность фотонов притягиваться друг к другу, что сразу же запустило разговоры о фотонной материи и о световых мечах.
Художественное представление фотонной молекулы. Источник: http://super.abril.com.br/
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 . 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.
Эффект гравитационной линзы. Кадр из кинофильма «Интерстеллар». Энтузиастами была сделана браузерная симуляция червоточины из фильма, рекомендую: https://sirxemic.github.io/Interstellar/.
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 и даже . Интересно, что 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, ), 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.
LFEX (Laser for Fast Ignition Experiments, лазер для экспериментов с быстрым воспламенением) - пока самый мощный лазер в мире.
» придется ждать еще целых два года. Чтобы не разочаровать зрителей, создателям фильма надо выполнить, как минимум, два условия: не превратить сюжет в бред и удивить эффектами. Ведь когда-то совершила технологический прорыв в кино. Многие новшества из «Звездных войн» уже превратились в олдскул. Но одна вещь до сих пор лишает сна любителей фантастики — световой меч. О его создании и поговорим.
Все, кто смотрел «Звездные войны» в детстве, мечтали о световом мече. Его невозможно было сделать из подручных средств, разве что открутить в школе люминесцентные лампы. Впрочем, актеры, игравшие джедаев, тоже видели светящееся лезвие только на экране. На съемках использовались палки из светлого углепластика.
Изначально палки сделали трехгранными и обклеили светоотражающим веществом. В рукоятку поставили моторчик, который всю эту конструкцию крутил. Меч как бы сверкал, но немного не так, как об этом грезил . Поэтому отснятый материал отдали аниматорам, и те покадрово раскрашивали лезвия. Один из умельцев вовремя заметил, что если меч из света, то луч должен подрагивать. Этим он добавил работы: теперь на каждый отснятый кадр приходилось накладывать еще один засвеченный, на котором нет ничего, кроме клинка.
Когда на рубеже 90-х и нулевых создавали , мечи все так же раскрашивали, только не вручную, а на компьютере. Вместо аниматоров, теперь страдали актеры: им выдавали тяжелые палки из алюминия и стали. Поговаривают, что , снимаясь для « », на рукоятке словами «Грязный ублюдок». Мы, кажется, даже знаем почему.
Молитвы артистов (либо маты Джексона) были услышаны, и для третьего эпизода использовались карбоновые клинки, покрытые стеклом и пластиком. Однако не тут-то было. Новые палки долго не ломались и не гнулись, зато могли покалечить их пользователя. Видно, с этой модификацией актеры смирились, по крайней мере Сэмюэл Л. Джексон больше ничего не писал на реквизите. Хотя, может, его просто задобрили тем, что сделали световой луч эксклюзивного розового цвета.
Джордж Лукас приходит в ярость, если его световые мечи копируют, хоть режиссер и не был первым, кого осенило подарить героям такое орудие. Он подсмотрел идею в старых научно-фантастических сериалах (рукоять, говорят, стырили из сериала «
Пожалуй, даже случайные зрители «Звездных войн» согласятся, что световой меч - самое зрелищное оружие из всех, когда-либо появлявшихся на экране. Бои с участием этого предмета экипировки настолько элегантны, что они обладают почти гипнотической силой. Что ж, смысл ясен: световые мечи являются самым смертоносным оружием во Вселенной. И, несмотря на то, что не у всех в жилах течет достаточно стойкий поток Силы, каждый из нас в глубине души мечтает увидеть себя с этим инструментом в правой руке.
Научная фантазия
Идея такого оружия, как световой меч, просто гениальна: легкое и очень мощное боевое средство, которому требуется лишь малая доза энергии, способно в один удар победить представителей Темной стороны и стать эффективным щитом против вспышек лазера.
Так почему бы человечеству не разработать аналогичный предмет экипировки в реальной жизни? Конечно, чтобы начать мастерить это фантастическое оружие, физикам недостаточно быть невероятно умными. Да, они просто обязаны обожать «Звездные войны».
Очевидный способ создания такого оружия должен включать в себя использование лазера, который будет выглядеть как особенно яркие вспышки света. Но, даже несмотря на то, что данная технология становится все более усовершенствованной и находит применение в машиностроении, светящийся меч по-прежнему остается лишь фантазией. Давайте рассмотрим, почему.
Неуловимый свет
Первая сложность возникает из-за того, что мечу нужно будет подобрать приемлемый размер. Скажем, вы остановились на длине около метра. Но чтобы сформировать из лазерного луча меч, необходимо определенным образом заставить его «остановиться». Это будет довольно нелегкой задачей, так как свет имеет природную склонность к движению, если перед ним не возникает препятствий.
Оптимальным решением данной проблемы может стать размещение зеркала на кончике лезвия. Но только представьте себе, сколько неудобств принесет эта конструкция. Ведь для установки крошечного зеркала придется использовать дополнительные детали. Кроме того, это сделает меч слишком хрупким для оружия.
Конструктивные проблемы
Вторая проблема проявляется в том, что разработанное боевое средство будет потреблять много энергии. А ведь нам нужно совершенно обратное. Лезвию потребуется много сил, чтобы получить возможность разрезать определенные материалы. На это способны сварочные лазеры, которые используются в промышленности. Но стоит учесть, что они оснащены огромным блоком питания и несут затраты в несколько киловатт энергии. В сущности, даже если волшебным образом вам удастся справиться с этой проблемой, то на пути встанет еще одно «но». Лазерному устройству потребуется мощный механизм охлаждения, иначе раскалившаяся рукоятка меча попросту обожжет руку пользователя.
Куда же без эффектов?
В дополнение ко всему, сложности возникнут и в практическом применении светового оружия. Во-первых, два лазерных меча никогда не смогут столкнуться друг с другом. Они просто проходят друг сквозь друга, не оставив того потрясающего эффекта, который появляется в фильмах.
Более того, лазерный свет фокусируется на конкретном направлении так быстро, что человеческий глаз его просто не успевает уловить. Именно по этой причине в ночных клубах используют туман. Разлетающиеся по помещению частицы дыма выступают в роли крошечных рассеивателей. Они разрывают лазерный свет на множество кусочков и тем самым делают лучи заметными.
Плазма как альтернатива
Но не стоит отчаиваться. Никто не утверждает, что световой меч обязательно должен быть создан на основе лазерной технологии. Альтернативное оружие уже существует - оно изготовлено из плазмы. Это вещество представляет собой горячий, буквально раскаленный, газ. Из-за сильного нагрева его атомы распадаются на отдельные компоненты, представляющие собой электроны и ядра.
Самое интересное то, что плазма способна излучать разные цвета. Оттенок вещества зависит от газа, из которого оно состоит. Например, неоновый свет является эффектом от переведенного в состояние плазмы неона. Зеленые мечи рыцарей-джедаев могут быть изготовлены из хлора. А вот красное световое оружие злодеев Ситхов легко создать из гелия.
Что же представляет собой плазменный меч? В рукоятке боевого средства скрыт небольшой, но довольно мощный блок питания. От него тянется тонкая нить, окруженная инертным газом, функция которой - передавать электрический заряд. При включении меча создается эффект лампы накаливания. Электрический заряд нагревает частицы газа, заставляя их превратиться в плазму. Лампа становится настолько горячей, что может мгновенно расплавить любой объект.
Большое количество мальчиков и взрослых мужчин по всему миру являются фанатами знаменитой саги Джорджа Лукаса "Звездные войны". Кто же из них не мечтал стать обладателем настоящего джедайского меча, пролететь по лабиринтам "Звезды смерти" или стать учеником мудрого Йоды? Если последние желания в жизнь воплотить проблематично, то с первым можно справиться за один вечер. Как сделать световой меч своими руками, читайте в статье ниже.
Делаем джедайское оружие
Для того чтобы своими руками изготовить световой меч, вам понадобится приобрести светодиоды и светодиодный фонарь, стержни из пластика, резисторы, алюминиевую фольгу, скотч, клей, наждачную бумагу и термоусадочную трубку.
Разберите фонарик и выньте из него плату, сняв светодиод. Укрепите на плате собственный светодиод и резистор. Наденьте на резистор термоусадочную трубку, так он будет держаться крепче. Как сделать настоящий световой меч? Конечно, необходимо лезвие.
Оно делается из прозрачного пластикового стержня нужной длины (если понадобится, то отрежьте лишнее). Закрепите стержень в шуруповерт, заострив для этого один его конец. Другой конец подгоните под диаметр корпуса фонарика при помощи напильника.
Продолжаем работу над световым оружием
Теперь необходимо тщательно обработать наждачной бумагой всю площадь лезвия. Это делается для того, чтобы свет, падающий на меч, рассеивался равномерно.
Затем обмажьте конец пластиковой трубки клеем и вставьте в корпус фонарика. Настоящие фанаты на этом не останавливаются. Как сделать световой меч реалистичным? Добавьте украшения на корпус. Для этого возьмите алюминиевую и медную фольгу либо скотч. Обклейте корпус рукояти. Теперь оружие больше похоже на грозный межгалактический меч.
Такому подарку обрадуется и ребенок, и взрослый почитатель "Звездных войн".
Как сделать световой меч Оби-Вана
Эпизод знаменитой саги под названием "Новая надежда", где Оби-Ван сражается с Дартом Вейдером на световых мечах, внушает трепет многим фанатам. Такой меч можно соорудить и дома, правда, на это потребуется бо́льшая сноровка, чем для оружия, описанного выше. Но мужчин это не останавливает.
Как сделать световой меч Оби-Вана? Возьмите кусок алюминиевой трубы и наденьте ее на тонкую продолговатую лампу. Не забудьте подсоединить эмиттер. Так меч будет гореть по-настоящему. Контроллер лучше встроить в рукоятку, батарейки уложены внутрь полой трубы. Цилиндр из металла прикрепите к эмиттеру, втулка укрепит действие излучателя. Работа кропотливая, все провода должны ровно встать на места.
Некоторые мастера умудряются создать меч из никелевой мебельной ножки и поликарбонатной трубки. Как сделать световой меч из этих предметов? Цветной диод вставьте в держатель на три батарейки, поместите в металлическую ручку (не забыв о резисторе). Скрепите рукоять и меч с помощью изоленты.
Остается лишь задекорировать поделку по желанию.
Как сделать световой меч в домашних условиях?
Воображение любителей космической саги никогда не останавливается, они придумывают множество вариантов изготовления светового оружия. Меч можно создать из холодного неона. Он представляет собой электролюминесцентный шнур, дающий завораживающе яркое свечение. Соедините неон и тонкий стальной шнур. Затем шнур соедините с инвертором, который работает от батареек. Остается прикрепить получившееся оружие к рукояти. Используйте вместо нее корпус от старого фонаря - это самый популярный вариант. Когда вы укрепите свои умения, вы сможете создать и двусторонний джедайский меч.
Создание меча с ребенком
Если в доме живет маленький почитатель саги, рано или поздно он попросит подарить ему световой меч, ведь игры с ним так увлекательны. Не торопитесь расстраивать ребенка, вместе с ним вы можете придумать легкий вариант из подручных материалов. Для этого нужен фонарь.
Как сделать световой меч из бумаги? Найдите фонарь с белой лампой. Светить он должен ярко, иначе игра будет менее интересной. Если ваш фонарь стал светить тускло, смените батарейки или приобретите новый светильник.
Меч какого цвета вы бы хотели создать? Найдите полиэтилен нужного вам оттенка. Вырезайте кусок, который закроет переднюю часть фонаря полностью и прикрепляйте. Затем возьмите несколько листов белой бумаги формата А4. Первым листом оберните верхнюю часть фонаря, закрепив изнутри двусторонним скотчем. Если вы видите, что края бумаги заходят один за другой, подравняйте их. Так свет будет распределен равномерно.
Второй лист сверните в рулон. Закрепите его на первом листе бумаги, стараясь как можно меньше заходить на него. Делайте меч далее, крепя бумажные рулоны один на другой. Не стоить создавать очень длинное лезвие, иначе оно согнется под собственной тяжестью. Включите фонарик и наслаждайтесь
Если нет времени на создание меча
Если у вас нет лишнего времени, упорства или материалов, а порадовать себя или ближнего интересным подарком все же хочется, можно заказать настоящий лазерный меч. Американцы придумали замечательный меч, сердцем которого является настоящий лазер. Слабый красный меч стоит около 1800 рублей, а мощный зеленый 4800. У него удобная ручка, потрясающий дизайн и встроенный датчик давления. Вес такого оружия около одного килограмма.
Меч джедая можно сделать самостоятельно самыми разными способами. Одни не требуют ничего кроме фонаря и простой бумаги, другие потребуют от вас многих умений (знаний в области электрики, пайки и так далее). Каждый любитель звездного фильма может самостоятельно выбрать подходящий именно для него вариант.
