腦洞丨如何科學地制造出一把星球大戰中的酷炫光劍？

星球大戰中不同顏色的光劍十分炫酷，今天yuyuyu就帶大家解讀下光劍（lightsaber）的組成，以科學的角度看是否可以在實驗室中制造出一把光之劍！

自從39年前A New Hope?上映，人類就希望科學界能夠制作一柄完完全全的光之劍，或科學一點地其實稱之為等離子體之劍。 在過去幾十年的嘗試中，最接近光劍的是激光和程式化的火焰噴射器。2013年，哈佛麻省理工學院的實驗室設法讓光子相互作用，由此創造出了光子分子。需要提及的是，科學家創造出的是完全沒有質量的光！而電影中的光劍仍然是有質量的。

至今為止，科學家們提出的制造光劍的資源有很多，但似乎只有等離子體才能稱得上是最接近電影特效中的光劍。星球大戰中，光劍的劍刃即由等離子體構成，由虛構的Kyber晶體供電。嚴格意義上來說，不是由等離子體制成的光劍都非真正的光劍！

等離子體(plasma)也稱作“超氣態”、“電漿體”，是由部分電子被剝奪后的原子及原子團被電離后產生的正負離子組成的離子化氣體狀物質，尺度大于德拜長度的宏觀電中性電離氣體，其運動主要受電磁力支配，并表現出顯著的集體行為。它廣泛存在于宇宙中，常被視為是除去固、液、氣外，物質存在的第四態。在現實生活中，等離子體用于霓虹燈、電視和熒光燈，因為它很容易被通過自身的光染色。而電影中光劍的顏色則取決于內置的聚焦水晶。

在現實世界中，等離子體是非常普遍的，這有多普遍？我們的太陽就是由等離子組成的。它的字面意思是一個巨大的等離子氣體球。等離子體具有高毒性、易燃性。即使不能用等離子體刺敵十分，氣體中的毒性也會傷敵八分。

既然制作資源如此豐富，那我們是否也可以制作一柄光劍呢？

答案是：不能！

原因一：等離子體沒有如固體物質一樣的性質，因而不能像光劍一樣被控制。

在現有條件下，還沒有任何方法能夠給予等離子體一種物理形態。事實上，光劍劍身是由一團等離子體將電磁鐵產生的極強磁場束縛成劍的形狀。為了制造一把真實世界的等離子劍，它需要在劍刃的末端加上劍柄，以束縛等離子體的形狀，使之保持直線。

原因二：等離子體是一種氣體物質，它會擴散到空氣中繼而與空氣碰撞。

在互聯網上許多機器操作等離子體的視頻中，等離子體在真空中可以自由流動。當等離子體暴露在空氣中時，它因為收到壓迫而擴散到不同的方向上。

光劍的劍身并不是無堅不摧。它仍然是一種氣體物質，沒有固體的屬性，所以氣體只能通過它撞擊到的地方。

關于等離子切割機

等離子切割機噴射出高溫等離子體可用于切割導電材料，如鋼、鋁、銅等導電材料。

我們目前的技術，等離子切割機必須實時連接高電壓高能量，即使不是世界上最強的等離子切割機也可以創造一束堪比光劍大小的，有同樣能量的光束。

等離子切割機良好的切割性，是因為等離子體的超高溫。處于超高溫時，等離子體的運動更像是一個被刀具射出的火焰。超高溫等離子體需要成噸的能量來創造。這是現有技術使超高溫等離子體能夠有長射程的一個便攜式的能源。

但是···

（一）即使等離子切割機可以變成光劍中的一類，它仍然不會像光劍那樣工作。等離子切割光劍只是一束火焰，并沒有實體的劍。所以不能用光劍決斗！等離子體射流會互相通過！正因為如此，光劍戰斗會失去格擋，這是劍術中最重要的，和光劍決斗中最炫酷的一部分。

（二）在星球大戰中：舊共和國的歷史上，第一個光劍，叫protosabers，由用戶攜帶的巨大的電池包供能，粗線連接到劍的劍柄。這意味著在理論上，未來絕地武士可能與光劍的共存，盡管光劍的運動由一個有限電池組限制。

那么問題關鍵到底在哪里呢？

在電影中的光劍由Kyber晶體提供動力，Kyber晶體是無盡的等離子能量源。它是制造光劍技術的關鍵！除非我們發現了一個無限的電源像Kyber晶體一樣，否則沒有辦法像電影中一樣給光劍供電。

現如今，研究人員已經找到了制作物理光的方法，但僅限于原子水平上，也就是說短期內我們不會很快看到光子劍刃。盡管如此，它仍然是一把會閃瞎你我雙眼的純粹的光劍。它不是星球大戰中的光劍，但同樣無堅不摧。

雖然，現在并沒有光劍存在，但我們期待光劍炫酷出世！

文章參考鏈接：Science Explains: Can LightSabers Exist?

本文素材由材料人糯米提供，于晗編譯