星球大战武器的科学

我F你已经是a了星球大战粉丝，你知道这些故事在远处的银河系中举行，所以物理法仍然应该申请。另一方面，这些显着虚构的作品;应用这些法律是否有任何意义？是的 - 这既有趣，值得这样做。有时，电影中所示的物理学在其他场合时可以发现，它需要在物理领域中需要先进的技术或新发现来进行意义。无论哪种方式，科学是关于解决问题所需的批判性思维过程，而不是出现问题的具体情况。没有理由我们不能考虑Yoda Force-升降岩石而不是滑轮升降块！

然而，这些电影并不总是提供解释一个物理主题所需的所有答案。光剑到底是什么?它是等离子体还是光束?根据你在电影之外的消息来源，可能是其中之一。在这里，电影中描述的是绝对真实的，但在需要的时候会考虑其他来源。为了清晰起见，并不是所有的计算都显示得很详细。如果你想自己复制它们，你可以在一本物理学入门书的帮助下做到。科学的美妙之处在于，无论你是谁，在哪里，你都应该能够复制别人的成果。

光剑

光剑造就了星球大战,星球大战．表面上看，它们很有趣。它们也帮助我们感受角色正在经历的冲突和情感动荡。"我是你父亲"的标志性时刻是什么时候帝国反击战没有了之前卢克和达斯·维德的光剑决斗?它们显然是电影中的一个亮点，但是……科学支持吗?

延伸的宇宙星球大战建立光剑由凯伯晶体提供动力（和彩色）在星系周围的位置（包括Jedha）流氓一号）。这些晶体是否有任何基础？放在一边，都是不同的颜色和设计实用吗？

光剑通常有3英尺长。创建一个3英尺的光束有多容易取决于它是一束光还是一束等离子体。

光束是棘手的，因为光子非常难以转动或停止中间。也许创造3英尺长的光束最简单的方法将是剑的镜子相对的镜子来反射光线。这显然不是设计的设计，因为当他们关闭时，LightraBers不大于他们的Hilts。光剑的声音打开可能是镜子的声音，就像它揭开充满光的容器一样，但还有其他问题。

例如，光束是可见光的事实（我们肯定能看到它！）。如果你曾经用激光笔照射过你的手臂，你就知道它不会割破你的皮肤。可见光激光指针的功率需要提高1000倍才能造成任何损坏，而这种功率的激光需要广泛的冷却系统。此外，据我们所知，一束光，无论多么强大，都无法使爆炸机射出的一束等离子偏转。同样，光束也不能吸收等离子体。

在我们手中拿着微型贴形的阳光将需要至少10,000。

如果我们认为这个光束是等离子体，那就有不同的问题了。原则上，一个设计良好的电磁场可以包含约3英尺大小的等离子体(可能通过将等离子体发送到一个高度椭圆的路径上，形成大致圆柱体的形状)。等离子体也足够热，可以烧灼伤口和熔化金属(这两方面都是电影中看到的光剑)。我们有一个良好的开端，但如果我们考虑决斗等离子体，问题就出现了。期待一些自由漂浮的等离子体与另一些自由漂浮的等离子体发生碰撞就像…期待汤和其他汤的冲突。这两个等离子体实际上会相互吸引(因为它们是由带电粒子组成的)，并成为一体。这也会使爆破弩箭难以偏转，但这可以解释它如何能够吸收力闪电。

等离子体的颜色取决于温度。在这方面，红色光剑的能量要比绿色光剑低，假设它们都是由相同的材料制成的。如果它们是由光制成的，这也是事实，因为绿光比红光有更多的能量。产生红色或绿色的等离子体是相当具有挑战性的。实验室和恒星中的大多数等离子体主要是用氢产生的。这意味着我们非常了解氢等离子体的颜色。如果我们制造一个钴等离子体，它看起来会是不同的颜色吗？我们只需要做那个实验就可以找到答案。

等离子体热，并且接近等离子体也会很热，只要它存在足够的存在。由于等离子体往往在数百万度的温度下，手上的血浆棒会导致一些严重的烧伤。太阳距离9300万英里外，我们需要戴防晒霜来保护我们 - 尽管存在大部分有害辐射的气氛。在我们手中拿着微型贴形的阳光将需要至少10,000。

对于Lightabers如何工作，但它肯定会有一些其他解释，但它是不是基于现实（例如，使用Kyber Crystals的魔法）或者令人难以置信的工程壮举，涉及只有光甚至等离子。

爆破工

爆破机在中国是无处不在的星球大战．银河帝国和反抗联盟使用它们，机器人使用它们，走私者和赏金猎人似乎特别倾向于使用它们。对一些人(即绝地武士)来说，它们是“笨拙或随机的”，但对大多数人来说，它们是一种资产。在一个特别有争议的案例中，有人坐着躲避了几英尺外的爆破枪射击。这是"韩先开枪"的场景第四集;在原来的释放中，不需要汉来躲避射门，因为他射击并先发制人地杀死了赏金猎人。在后来的版本中，场景被编辑，以便贪婪射击，汉躲闪，然后射击。知道镜头可以在这样的近距离躲避，可能有助于解释武器的笨拙或随机性。

一些消息来源称这种冲击波为激光武器，一些消息来源称它为等离子武器;我们将探索这两种选择。如果是等离子武器，冲击波会压缩提巴纳气体，一种在云城等地开采的物质。在被压缩后，提巴纳气体被激发并以闪电的形式从爆破器的枪管发射到目标。在这种情况下，爆破箭是一束被排出的等离子体，其形状有限，通常是一条线。我们可以看一些真实世界的材料来理解这一点，因为提巴纳是一个虚构的物质。

首先，我们需要知道Tibana气体在什么温度下变成Tibana等离子体。材料转变为等离子体的温度相当一致，因此我们可以估计tibanna气体转变为等离子体的合理温度为360000华氏度。如果这种气体与你的身体接触，它会将热量传递给你。在非常高的温度下，大多数材料的比热（储存热能的能力）大致相同。我们可以说，如果有足够的等离子体存在，360000度的等离子体极有可能蒸发掉你身体的任何部分。

然而，爆破射击等离子体存在问题。等离子体由电荷粒子汤组成，该粒子将经历来自电磁场的力量。每小时73英里的等离子螺栓（用于速度螺栓的速度的体面估计星球大战）仅需要一个比地球磁场弱大约一百万次的领域，以使螺栓向右或向左移动一个半英尺（如果目标是33英尺远）。这可以解释为什么斑点显然是随机的，阵容似乎有可怕的目标。最轻微的杂散磁场可能意外地改变螺栓的路径。事实上，如果一个阵雨在地球上射击射击，螺栓不仅会错过它的目标，而且会在这样一个紧的圈子中旅行，它会击中它被射击的枪。

也许反对这些都是激光束这一观点的最好论据是所有的光都以光速传播。

鉴于杂散磁场会影响等离子体螺栓的轨迹，也许斑块是原始脚本中所示的实际激光枪。激光枪的精度要高得多，因为光更难以重定向。它还需要生产螺栓的能量较少。在描绘激光时，您可能会想到当您“拍摄”时不会造成任何伤害或摧毁仪器面板的人。这是因为激光指示器是最普遍的，并且（大多数）1级激光器。激光武器很可能是4类激光器，可以燃烧皮肤，点燃可燃物，并且肯定会导致视力损坏。

通常，第4类激光器的功率在500毫瓦以上^1.权力，这意味着如果一个人与皮肤接触几秒钟，它会导致严重的烧伤。更高功率的激光显然会更快地造成更多的伤害，但这似乎是李亚在击中内酯时收到的伤害符合。

也许反对这些都是激光束这一观点的最好论据是所有的光都以光速传播。这些Blaster螺栓的行程明显慢;他们每秒越来越靠近100英尺，而不是每秒灯光旅行的186,000英里。在电影中，当Blaster为红色时，它需要一秒或两个，而该人被命中。如果这是一种以光速行驶的实际激光，那就是在地球上击中月球上的人所需的时间。

这些解释都不匹配电影中看到的内容。如果我们必须选择一个解释是最有可能的，那就是等离子解释。在爆破者比设计爆破的工程师发现一种慢速光线的工程师来说，爆破的工程师更有可能在迹象中没有磁场。

Electrostaff

星球大战提供被称为electostaff的武器化员工。普遍使用普通人的个人卫兵主要用于，电司赫由6英尺的棍子组成，围绕任一端的最后一英尺左右的持续电力。我们看到他们与对欧湾和阿纳金的温和效果一起使用，因为他们从一般严重的统治中拯救了大臣第三集．有电气化的员工有多难？挥舞着这样的武器会有什么问题吗？是否能够阻止光剑刀片？如果抛出足够努力，那么其中一个能够打破宇宙飞船的窗户吗？

要在大约一英尺的距离内产生持续的放电，需要很大的电势。为了在这段距离内产生火花，你需要创造一个足以电离空气的电位差。在地球上，相当于每英尺100万伏特。这听起来很多，但这种武器的设计非常简单。如果每一端都有一个金属环，距离边缘大约一英尺，在每一端都有一个高压电极，它就会像一个电容器一样，通过内部电源不断充电，然后通过空气的电击穿放电。

制造这种武器是可行的，但这并不意味着它可以实际使用。

那么这一切如何工作？有两个金属戒指，一个在工作人员的最后充电到非常高的电压。另一个戒指靠近员工的中心，是接地的。这会产生所谓的电容器，该设备设计用于存储电荷。当电容器上的电荷增加时，两个环之间的电场比例地增加。最终，环之间的电场达到可以将电子与原子分离并将空气短路转换成高导电等离子体的点。一旦允许充电在环之间流动，它们变得完全放电（因为一个上的负电荷移动以取消另一个）的正电荷。然后将其电源再次为这些金属环再充电。

制造这种武器是可行的，但这并不意味着它可以实际使用。电棒的问题是，你是在两端充电，而最方便的地方放电他们是金属环(一英尺远的两端)。如果你把线杆的末端放在离任何金属表面不到一英尺的地方，它很可能会在那里放电。你可以看看欧比旺和一个卫兵之间的打斗，看看有多少次棍棒末端离金属物体不到一英尺。一般来说，让武器的末端远离你的身体是一个好主意，但当你是金属做的，你的武器会烧坏你的电路时，这就尤为重要了。

这些木棒能阻止光剑或敲破宇宙飞船的窗户吗?简短的答案分别是“否”和“如果投掷得足够用力”。人们有可能阻止光剑，但不是像电影里展示的那样。为了在杖的末端产生闪电，必须有一个大的电场。由于等离子体(参见光剑部分)是带电粒子的混合物，工作人员的电场会对所有带电粒子施加一个强大的力量，并可以驱散光剑的光束(如果它没有被防护罩固定)。至于打破窗户，最坚固的玻璃在大约10亿帕斯卡的压力下(大约是形成钻石所需压力的十分之一)就会破碎。这意味着一名工作人员需要施加大约200万磅的力才能打破“看不见的手”上的窗户。事实上，两端带电并不会增加力，所以我们基本上想知道普通的工作人员是否可以打开窗户，答案是……当然，如果你扔得够狠的话。

离子炮

开始帝国反击战，帝国发现了秘密的Hoth基地。在随后的疏散中，反叛分子使用他们的离子大炮来覆盖抽空运输船。通过几张照片，他们能够取下一名明星驱逐舰。后来，由于死亡中队，汉族和公司飞往Hoth小行星领域的千年猎鹰。在追求期间，一名明星驱逐舰使用其大炮蒸发小行星，以尽量减少对船舶的损害。在一次爆发中，小行星被吹入微观件中。

离子炮的破坏力只有一次明确显示。这是一个开始帝国反击战当一艘歼星舰被叛军基地附近的地面离子炮炸飞的时候。爆炸似乎没有对船体结构造成太大的破坏，但它们似乎发出了一股足够强的电流，击穿了船上所有的电脑。这将是一个非常强的电磁脉冲相同的效果。这种强度的爆炸所需要的能量可能相当于一个美国家庭一年的消耗量。

使用重型武器的第二个例子是，歼星舰蒸发小行星。虽然没有明确显示这是一门离子炮，但它和离子炮一样强大。为了使某物蒸发，需要将其加热到熔化然后蒸发的程度。估计这需要多少能量需要知道霍斯场中小行星的精确大小和组成。太阳系中典型的小行星主要是铁或硅酸盐岩石，因此我们可以利用这些材料的特性进行估算。为了估计大小，我们可以看看小行星与歼星舰下侧碰撞的影响大小。把所有这些碎片放在一起，我们可以说，歼星舰上重型武器的爆炸大约为10级^14.焦耳，或大约10倍在广岛炸弹的原子弹爆炸中释放的能量。

很明显，它需要大量的能量来为这些武器提供动力，但这不是不可能实现这一目标。但是，还有其他问题，何时触发诸如此类的高动力武器。例如，离子束可以经历称为盛开的过程。如果光束中的所有离子具有相同的电荷（例如电子束），它们会随着时间的推移彼此排斥，导致光束在达到其目标时变得无效。当离子在空气中的颗粒中进入颗粒时，也会发生热开花。它在Hoth上下雪的事实只会增加将发生的盛开量。

对地面离子武器还有其他担忧，潜在的武器，潜在的武器潜在于明星驱逐舰上。当在磁场中烧制离子束（不需要具有）时，离子将经历垂直于运动方向的力。这将导致颗粒在圆形路径中移动（有关更多更多的话）。

即使HOTH没有磁场，肯定的星星驱逐舰也飞过靠近行星或恒星的地区飞行。

如果要设计一种离子武器，一种盘状或球形的设计是有意义的。为了将离子加热到足以成为一种有效的武器，最简单的方法是让离子在加速时沿圆形路径移动。一旦你想开火，保持他们在这条路径上的磁场就会关闭，武器就会发射出一条直线光束。这可以解释为什么两次发射之间需要一段时间，因为需要时间将离子束加速到足够的速度，以及霍斯基离子炮的球形。

Patrick Johnson是乔治城大学教学教师的成员，主要是教学介绍物理学。

从星球大战物理学帕特里克约翰逊，博士。版权所有©2017由Simon＆Schuster，Inc。与出版商许可一起使用。版权所有。