Хан Соло и физика плазмы

На экраны вышла новая серия знаменитой франшизы «Звездные войны» — «Соло: Звездные войны. Истории», и мы вспоминаем оружие, которым мастерски владеет главный герой серии — Хан Соло. Что такое бластер с точки зрения земной физики? Похож ли он по принципу действия на световой меч? И что будет, если световым мечом отбить выстрел из бластера? На эти и другие вопросы отвечает специалист по физике плазмы, британский ученый из Университета Королевы Марии в Лондоне Мартин Арчер. Приводим полный перевод его колонки для издания The Conversation.

Те, кто думают, что физика — это скучно, страшно ошибаются. Физика может объяснить все на свете — от призрачных взаимодействий на уровне крохотных атомов и частиц до поведения целой Вселенной. И, как будто этого мало, с ее помощью можно оценить, насколько реалистичны футуристические технологии из научной фантастики. Например, моя область исследований — физика плазмы может многое объяснить по поводу световых мечей и Звезды смерти во вселенной «Звездных войн».

Совсем недавно я выяснил, возможно ли существование бластеров — оружия, которым среди прочих персонажей «Звездных войн» пользуется Хан Соло, — и каковы они в сравнении со световыми мечами. Оказалось, что реальные прототипы этих видов оружия уже разработаны. Поскольку приквел «Соло: Звездные войны. Истории» уже вышел на экраны, пришла пора рассказать подробнее об этих исследованиях.

Ключом к пониманию технологий, используемых в мире «Звездных войн», является плазма — так называемое «четвертое состояние материи» (помимо твердого, жидкого и газообразного). Плазма состоит из свободно движущихся электрически заряженных частиц, которые естественным образом взаимодействуют с электрическим и магнитным полями. Плазма достаточно распространена в космосе, но сравнительно редко возникает в естественных условиях на Земле. Тем не менее, ее можно создать в лаборатории.

Могучие плазмоиды

Всеобщее заблуждение относительно бластеров заключается в том, что их считают лазерным оружием. Но те, кто непосредственно сочиняют сюжеты к эпизодам «Звездных войн», давно поняли, что лазеры тут ни при чем. Вместо этого писатели постановили считать бластерами «любое дальнобойное оружие, способное стрелять разрядами насыщенной плазменной энергии, которые часто ошибочно принимают за лазеры», а также договорились, что бластер «превращает заряженный энергией газ в луч из раскаленных частиц, способный проплавить цель насквозь». Это значит, что разряды бластера (раскаленные «пули») представляют собой просто небольшие сгустки плазмы — похожие на лезвия световых мечей, рассекающие воздух.

Ограниченные конфигурации плазмы и связанные с ними магнитные поля называются плазмоидами. Внутри магнитосферы — защитного поля, укрывающего Землю от воздействий из космоса, — плазмоиды обычно возникают из-за малопонятных нам процессов, которые называются перестройкой магнитных соединений. Это взрывное реконфигурирование линий магнитных полей, которое может произойти всюду, где присутствует плазма, особенно там, где принудительно сталкиваются два потока плазмы. Когда такое происходит в пределах магнитосферы, заряженные частицы поднимаются в верхние слои атмосферы, порождая полярные сияния. Также с поверхности Земли в виде плазмоидов выбрасываются огромные объемы вещества.

Тем не менее, создать плазмоиды в земных условиях не так-то просто. Как показало множество проведенных нами опытов (в отличие от опытов, проходивших в космосе), полученные структуры быстро расширяются в объеме и рассеиваются в воздухе. Предотвратить такое развитие событий можно с помощью магнитов — их поля способны удержать горячую плазму.

Однако бластер — стрелковое оружие, и обеспечить выброшенный им разряд плазмы внешним магнитным полем на протяжении всего полета «пули» невозможно. К счастью, и на этот случай у нас имеется решение. Так как плазма отличается высокой проводимостью, можно возбудить электрические токи внутри самого плазмоида. А уже эти токи, подобно любым другим, генерируют магнитные поля, позволяющие удержать плазменный сгусток в его границах. Подобные конфигурации известны под названием сферомаков, и интерес к ним со стороны тех, кто занимается физикой плазмы, в последние двадцать лет возобновился с новой силой.

Реальные прототипы

Одним из способов создать сферомак является использование «плазменного рельсотрона» — устройства, в котором с помощью внешнего магнита возбуждаются токи в плазме, а сама плазма при этом разгоняется до высоких скоростей. В действительности в сферомаках на коротких отрезках времени — до сотен микросекунд — плазму уже научились разгонять до скорости 200 километров в секунду. Это впечатляющий результат, и он лежит в рамках, позволяющих применять плазму как оружие.

Действительно, начиная с 1970-х годов и вплоть до наших дней Исследовательская лаборатория ВВС США в Албукерке (штат Нью-Мехико) в рамках программы “SHIVA Star” (названной в честь многорукого бога индуистов) занимается различными разработками в области физики плазмы. Одно из таких исследований, MARAUDER (“magnetically accelerated ring to achieve ultrahigh directed energy and radiation”, или «магнитно усиленное кольцо для создания сверхвысоких энергий и радиации»), было использовано правительством США, наряду с рядом других исследований, для разработки оружия, стреляющего плазмой.

Это оружие было способно производить торообразные кольца плазмы и шары из молний, которые при столкновении с целью выбрасывали разрушительную термальную и механическую энергию, а также создавали скачок электромагнитной радиации, сбивающей работу электронных приборов. Впрочем, начиная с 1993 года все работы по этому проекту засекречены.

На сегодня температуры, достигаемые с помощью такого рода «снарядов», почти в тысячу раз превышают температуру на поверхности Солнца. Будучи заправлены достаточным количеством плазмы, они способны причинять чудовищные разрушения. Поэтому бластеры, которые мы видим в фильмах франшизы «Звездные войны», выглядят вполне реальным оружием.

Но как эти «настоящие» бластеры поведут себя против другого оружия, ставшего эмблемой «Звездных войн», — световых мечей? Разряд плазмы, выпущенный из бластера, по сути ничем не отличается от лезвия светового меча (только без рукоятки). Но, как уже было сказано выше, при соединении двух потоков плазмы, ограниченных магнитными полями, перестройка магнитных соединений неизбежна. Именно это произойдет при столкновении двух световых мечей, в результате чего взрыв уничтожит как сами мечи, так и тех, кто их держит. Но если у вас в руках бластер, вы будете находиться на безопасном расстоянии от этого взрыва — и он вас не заденет.

Получается, Хан Соло был прав, когда говорил: «Замшелые религии и древнее оружие не сравнятся с хорошим бластером у вас в руках».

Перевел Дмитрий Иванов