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科普 | 星战里面的科技都发达成那样了,大家干嘛还拿把剑砍来砍去?

2016-01-28 线性资本

本文多处参考中科院国家空间科学中心《<星球大战>里的光剑,和激光完全没关系!》,在此致谢原作者


"This is the weapon of a Jedi Knight. Not as clumsy or as random as a blaster. An elegant weapon... for a more civilized age."

——Obi-Wan Kenobi, Star Wars Episode IV: A New Hope

小线说

不想看科普的朋友可以直接跳到最后结论

随着纵横地球四十多年的星战系列的最新一部《星球大战7:原力觉醒》在北美开挂连破各种记录,横扫8.8亿美金票房封顶北美历史最高,在全球的票房也达到18.71亿美金,我国似乎也掀起了一股全民参与的星战热。小线君前几日参加某智能产业论坛,一些“没看过一部星战”的专家学者表达了困扰在他们心中许久的疑团:“星战里面的科技都发达成那样了,各种宇宙飞船高科技武器动辄毁灭一个星球,大家干嘛还拿把破光剑砍来砍去?”


嗯,那我们今天就来聊聊光剑:光剑 (lightsaber),有时又被称为laser sword, 是一种绝地武士和西斯使用的武器。它的剑刃由等离子体(plasma)构成,由Kyber水晶驱动并由金属手柄中散发出来。这种武器需要技巧和训练,并且如果和原力结合起来使用的话,其威力将大大增强。虽然西斯也能使用光剑,但银河中很多人相信,光剑就是绝地的代名词。



小线最爱的尤达大师

剑身到底是什么?
等离子体(plasma)也被翻译为电浆,被称为固、液、气以外的物质第四态。当物质被加热到足够温度、或受其他因素影响,原子中带负电的电子脱离了原子核的束缚,就可能形成失去电子的正离子、附着电子的负离子和带负电的自由电子,也就是发生了电离;电离后正负离子混合、无规运动并碰撞,就被称为等离子体;等离子体仍然是电中性的。在宇宙空间中,处处存在着大量的等离子体。



什么是等离子态

为什么剑身能维持形状?
光剑由剑柄和剑身组成,剑身是由一团等离子体被很强的磁场束缚成的剑的形状,从剑柄释放出的能量能折回剑柄。为什么可以用磁场为等离子体“塑形”呢?由于等离子由不断运动的、带电荷的离子和电子组成,带电粒子在磁场中运动时,如果不是平行运动,会由于电磁相互作用而受到改变运动方向的洛伦兹力,如果没有其他力的作用,会形成不断旋转的螺旋线运动,在很强的磁场内,就会将带电粒子约束在一定范围内。另一方面,由于相似的原理,如果一团等离子体有很强的运动,如果没有外力因素,其中的磁场也没有办法离开等离子体(否则会因为电磁作用产生极大的电流并产生阻碍运动的力),这样就称为磁冻结。



光剑在星战系列中无处不在

为什么光剑能伸能缩?
光剑只有在剑刃切穿物体的时候才会消耗能量,是无坚不摧的“热”刃;没有接触物体时不会释放热量,所以平时是一把“冷”剑。空间当中的等离子体确实有“冷”有“热”。等离子体是由离子和电子组成的,它们的速度决定了等离子体的温度,分为高温等离子体和低温等离子体。同时,等离子体的离子和电子的质量相差上千倍,有时离子和电子可以有不同的速度,也就有不同的温度,如果它们温度相同称为热等离子体,否则称为冷等离子体。



嗯,能伸能缩(∩_∩)

光剑真的无坚不摧吗?
光剑几乎是无坚不摧——除了另一把光剑(事实上另一些能量传到材料如electrostaff和原力觉醒中第一次出现的Z6权杖能够在防御时抵挡光剑)。原因是等离子体与磁会发生重联。如前所述,如果磁场方向相反,磁冻结的等离子体不能横越磁力线。我们将磁场假想为一条条磁力线,方向相反的两条磁力线都从中断开,交叉重新连接——其实是磁场这种空间中的场的重构——这样就能实现等离子体的交换,也就是发生了磁重联。所以光剑无法砍断彼此很可能是由于等离子体不能横越彼此的磁力线。



星战是战争更是艺术

光剑为什么会呈现五颜六色?
(哈哈,当然是为了拍电影好看!)当然,官方给的解释是:光剑的核心元件是其中的Kyber水晶,这是一种天然的矿物,剑刃的颜色基本由水晶的特性决定。绝地武士都使用天然的水晶,有绿色、蓝色、黄色等颜色,也有少量天然的红色。我们看到电影里邪恶的西斯武士使用的光剑都是红色,因为他们会对水晶进行加工,比如多块水晶熔合而成,加工中注入黑暗原力,最后水晶会发出红色的光。而真实当中等离子体的颜色,是等离子体中处于激发态的分子或原子的电子跃迁时发出特定波长的光决定的。

为什么要用光剑,不用高科技?
说了这么久,仿佛还是没有回答开头提到的问题?如果你认真读到了这里,你应该明白光剑的力量有多强。不要以为宇宙飞船、等离子炮可以随意秒杀手持光剑的绝地武士——光剑的高阶使用者甚至能吸收原力闪电!所以你才会看到光剑砍杀爆能枪士兵们简直砍瓜切菜(绝地武士挥剑速度或原力预感形成的反应速度远远大于爆能枪发射速度)。毕竟星球大战的设定中没有Marvel里那么变态的各类宇宙神明……
但其实真正的原因,是因为整个星战的世界观都是围绕着原力展开,原力就如同中国文化中的“道”那样无色无形却又无所不包,无所不在。只有光剑能和原力很好的结合在一起,成为原力在客观世界中唯一的实体投射。再华丽的高科技武器,都不如古朴典雅的光剑更有贵族气质。对的,主要看气质。


(当然,要是你还是不理解的话,你还可以认为这是由于卢卡斯是黑泽明的粉丝,所以老爱在电影里用花花绿绿武士刀。)

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