Ган Соло та фізика плазми

На екрани вийшла нова серія знаменитої франшизи «Зоряні війни» – «Соло. Зоряні війни. Історія», і ми згадуємо зброю, якою майстерно володіє головний герой серії — Ган Соло. Що таке бластер із погляду земної фізики? Чи схожий він за принципом на світловий меч? І що буде, якщо світловим мечем відбити постріл із бластера? На ці та інші питання відповідає фахівець із фізики плазми, британський учений із Університету Королеви Марії у Лондоні Мартін Арчер. Наводимо повний переклад колонки для видання The Conversation.

Ті, хто гадають, що фізика — це нудно, страшно помиляються. Фізика може пояснити все на світі - від примарних взаємодій на рівні крихітних атомів і частинок до поведінки цілого Всесвіту. І, якщо цього мало, з її допомогою можна оцінити, наскільки реалістичні футуристичні технології з наукової фантастики. Наприклад, моя область досліджень — фізика плазми -  може багато чого пояснити з приводу світлових мечів та Зірки смерті у всесвіті «Зоряних війн».

Нещодавно я з'ясував, чи можливе існування бластерів — зброї, якою серед інших персонажів «Зоряних війн» користується Ган Соло, — і які вони в порівнянні зі світловими мечами. Виявилось, що реальні прототипи цих видів зброї вже розроблені. Так як приквел «Соло. Зоряні війни. Історія» вже вийшов на екрани, настав час розповісти докладніше про ці дослідження.

Ключем до розуміння технологій, що використовуються у світі «Зоряних війн», є плазма — так званий «четвертий стан матерії» (крім твердого, рідкого та газоподібного). Плазма складається з вільно рухомих електрично заряджених частинок, які природно взаємодіють з електричним і магнітним полями. Плазма досить поширена в космосі, але порівняно рідко виникає у природних умовах на Землі. Проте її можна створити в лабораторії.

Могутні плазмоїди

Загальна помилка щодо бластерів полягає в тому, що їх вважають лазерною зброєю. Але ті, хто безпосередньо вигадують сюжети до епізодів «Зоряних воєн», давно зрозуміли, що лазери тут ні до чого. Натомість письменники ухвалили вважати бластерами «будь-яку далекобійну зброю, здатну стріляти розрядами насиченої плазмової енергії, яку часто помилково приймають за лазери», а також домовилися, що бластер «перетворює заряджений енергією газ на промінь із розпечених частинок, здатний проплавити ціль наскрізь». Це означає, що розряди бластера (розпечені «кулі») є просто невеликими згустками плазми — схожими на леза світлових мечів, що розтинають повітря.

Обмежені конфігурації плазми та пов'язані з ними магнітні поля називаються плазмоїдами. Усередині магнітосфери - захисного поля, що вкриває Землю від впливів з космосу, - плазмоїди зазвичай виникають через малозрозумілі нам процеси, які називаються перебудовою магнітних з'єднань. Це вибухове реконфігурування ліній магнітних полей, яке може статися усюди, де є плазма, особливо там, де примусово стикаються два потоки плазми. Коли таке відбувається у межах магнітосфери, заряджені частинки піднімаються у верхні шари атмосфери, породжуючи полярні сяйва. Також із поверхні Землі у вигляді плазмоїдів викидаються величезні обсяги речовини.

Тим не менш, створити плазмоїди в земних умовах не так просто. Як показало безліч проведених нами дослідів (на відміну від дослідів, що проходили в космосі), отримані структури швидко розширюються в об'ємі і розсіюються в повітрі. Запобігти такому розвитку подій можна за допомогою магнітів – їх поля здатні утримати гарячу плазму.

Однак бластер - стрілецька зброя, і забезпечити викинутий ним розряд плазми зовнішнім магнітним полем протягом усього польоту "кулі" неможливо. На щастя, і на цей випадок ми маємо рішення. Оскільки плазма відрізняється високою провідністю, можна порушити електричні струми всередині самого плазмоїда. А вже ці струми, подібно до будь-яких інших, генерують магнітні поля, що дозволяють утримати плазмовий потік у його межах. Подібні зміни відомі під назвою сферомаків, і інтерес до них з боку тих, хто займається фізикою плазми, останні двадцять років відновився з новою силою.

Реальні прототипи

Одним із способів створити сферомак є використання «плазмового рельсотрону» - пристрою, в якому за допомогою зовнішнього магніту збуджуються струми в плазмі, а сама плазма при цьому розганяється до високих швидкостей. Насправді у сферомаках на коротких відрізках часу – до сотень мікросекунд – плазму вже навчилися розганяти до швидкості 200 кілометрів на секунду. Це вражаючий результат, і він лежить у межах, які дозволяють застосовувати плазму як зброю.

Справді, починаючи з 1970-х років і до наших днів Дослідницька лабораторія ВПС США в Албукерці (штат Нью-Мехіко) в рамках програми “SHIVA Star” (названа на честь багаторукого бога індуїстів) займається різними розробками в галузі фізики плазми. Одне з таких досліджень, MARAUDER ("magnetically accelerated ring to achieve ultrahigh directed energy and radiation", або "магнітно посилене кільце для створення надвисоких енергій і радіації"), було використано урядом США, поряд з низкою інших досліджень, для розробки зброї, що стріляє плазмою.

Ця зброя була здатна виробляти тороподібні кільця плазми та кулі з блискавок, які при зіткненні з метою викидали руйнівну термальну та механічну енергію, а також створювали стрибок електромагнітної радіації, що збиває роботу електронних приладів. Втім, починаючи з 1993 року, всі роботи з цього проекту засекречені.

На сьогодні температури, що досягаються за допомогою таких «снарядів», майже в тисячу разів перевищують температуру на поверхні Сонця. Будучи заправлені достатньою кількістю плазми, вони здатні завдавати жахливих руйнувань. Тому бластери, які ми бачимо у фільмах франшизи "Зоряні війни", виглядають цілком реальною зброєю.

Але як ці «справжні» бластери поведуться проти іншої зброї, яка стала емблемою «Зоряних війн», — світлових мечів? Розряд плазми, випущений з бластера, насправді нічим не відрізняється від леза світлового меча (тільки без рукоятки). Але, як було зазначено вище, при з'єднанні двох потоків плазми, обмежених магнітними полями, перебудова магнітних сполук неминуча. Саме це станеться при зіткненні двох світлових мечів, у результаті вибух знищить як самі мечі, так і тих, хто їх тримає. Але якщо у вас в руках бластер, ви перебуватимете на безпечній відстані від цього вибуху — він вас не зачепить.

Виходить, Ган Соло мав рацію, коли говорив: «Замшілі релігії та стародавня зброя не зрівняються з хорошим бластером у вас в руках».