科学探索|《星球大战》里的光剑在理论上可行吗？《星球大战》里的光剑在理论

【科学探索|《星球大战》里的光剑在理论上可行吗？】北京时间8月12日消息，据国外媒体报道，光剑是《星球大战》系列中最吸引眼球的设定之一，许多孩子小时候都玩过与之类似的小型光剑玩具。当然，当每个孩子挥舞着那根点亮的塑料棒时，他们心里想的是：真希望这个东西是真的啊！毫无疑问，如果迪士尼里面有真正的光剑出售，那他们会赚到更多的钱。那么问题来了：从科学的角度来看，光剑真的可能存在吗？一些研究激光和等离子体科学家给出了他们的答案。

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光剑的一些物理特性在理论上是可行的，但许多实际特性与现实相差很大，甚至可能性也微乎其微
丹尼斯·K·基林格（美国南佛罗里达大学物理学荣誉退休教授）
在《星球大战》宇宙中，光剑通常与能够燃烧、切割或破坏目标物体或敌人的激光或激光束联系在一起。从技术上，激光器自1960年发明以来，已经发展出了许多不同的种类，并且有各种各样的用途，从杂货店结账扫描商品条码时用的0.001瓦特红色激光，到测绘建筑物和道路时所用的人眼安全1瓦特红外激光雷达，再到遥感卫星上用来测量地球臭氧层空洞和二氧化碳水平的激光探测器。至于燃烧或切割，我们已经有了用于焊接车身和切割金属板的工业激光。然而，这些激光器使用的电源通常和一个大手提箱差不多，重量约为50磅（约合23公斤），不太适合作为武器挥舞。此外，我们已经制造出了不同颜色或波长的激光束，这方面的问题倒是已经解决了。
光剑看起来不可行的原因之一，是它作为一个物理上固体的棒或剑的概念，可以“击中”或“攻击”对手。在电影中，光剑决斗时的机械碰撞是通过声音效果来实现的，会产生一种“嗡嗡声” ，你还可以听到它们互相碰撞的声音。但如果你打开两个手电筒，将两束光相互交叉，你并不会感受到声音或力。这是因为光子没有质量，这也意味着激光或光束没有质量。我想可以这么说， “你不能用光束来钉钉子” 。因此，在这个意义上，两束激光在机械意义上的相互“碰撞”是不现实的。不过，有一个科学上的例外：2018年获得诺贝尔物理学奖的阿瑟·阿什金发现，在适当条件下，一束激光可以用作光阱或光镊，捕捉和移动非常小的物体，比如细菌。我们或许可以把事实夸大一点，将光剑称为《星球大战》中的牵引光束，但移动一个细菌和移动一艘星际飞船（如SpaceX公司的星舰第二级）在质量上差了10万亿亿倍。
综上所述，我们可以说，光剑不是一束激光，而是由气态高温等离子体或类等离子体管组成的。等离子体是由电子和离子组成的高能物质状态，其温度约为5000至10000摄氏度，甚至更高，表现形式有荧光灯管内的气体放电、大气中的闪电和由等离子体组成的太阳风，后者是导致的北极光的原因。但是，如何在大气中制造稳定的等离子体棒呢？一种方法是使用高功率激光将其聚焦到空气中的一个点，形成激光诱导击穿光谱（LIBS），它在空气中可以产生一个等离子球，然后从这个等离子球发出荧光；之后，通过适当调整激光功率和光学校准，可以在空气中产生细长的纤维或等离子体。这种技术已经在实验室条件下使用飞秒激光进行了演示，可以产生发光的等离子体剑，尽管寿命有限。当然，上面提到的几个问题仍然会限制这种等离子体剑的用途。