Star Wars-lyssværd ville formentlig være verdens farligste våben

Forskning er en uforudsigelig proces. Nogle gange ender man med at gøre en rigtig cool og helt uventet opdagelse.

Jeg afslørede for nyligt en fundamental egenskab ved lyssværd (ja, det er rigtigt - de seje våben fra Star Wars-filmene), mens jeg var i fuld sving med mit plasmafysiske forskningsarbejde.

Jeg fandt, at selvom man i teorien godt kan bygge et lyssværd, vil det sandsynligvis være det farligste våben, der nogensinde er skabt - både for gerningsmand og offer.

Og nu, efter at 'Star Wars: The Force Awakens' har slået alle hidtidige rekorder ved billetlugerne, synes jeg, at tiden er kommet til at dele nyheden med verden.

Lyssværd er ikke lavet af laser, men plasma

På trods af navnet, er det blevet fastslået i Star Wars' egen kanon, at disse gamle Jedi-våben i virkeligheden ikke er lasersværd, men plasma-klinger.

Plasma kaldes ofte den fjerde tilstandsform i rækken: fast stof, væske, gas og plasma. Man kommer rækken igennem ved at opvarme stoffet.

Plasmatilstanden er faktisk universets mest almindelige tilstandsform, idet mere end 99 procent af alt stof er i denne form (det mystiske 'mørke stof' eller 'mørk energi' undtaget).

Plasmaens fundamentale egenskaber er forskellig fra almindelig gas

En væsentligt forskel mellem almindelig gas og plasma er, at plasmapartikler er elektrisk ladede og derfor påvirkes af elektriske og magnetiske felter. Plasmaer kan også selv generere felter. Hvis eksempelvis ioner bevæger sig samlet i én retning, og elektronerne i en anden, så løber der en strøm i plasmaet.

Denne strøm genererer et magnetfelt, som strækker sig uden for det område, hvori strømmen flyder, og de omkringliggende partikler bliver påvirket af felterne. På samme måde kan der i visse områder opstå overskud af elektroner eller ioner, så der dannes områder med elektrisk rumladning, der enten er negativ eller positiv.

Disse ladninger genererer elektriske felter, der strækker sig ud over området med rumladningerne, hvor de så påvirker partiklerne. Begge de nævnte fænomener opstår, når plasmaets partikler bevæger sig samlet på en sådan måde, at der opstår strømme eller rumladninger i plasmaet.

Den vekselvirkning, der skyldes magnetfelterne, som disse kollektive bevægelser genererer, er meget karakteristiske for plasmaer, mens de ikke findes i gasser.

I forhold til snakken om lyssværd (plasmasværd), er magnetfelterne helt afgørende for at indeslutte plasmaet i klingen. De kan nemlig modvirke presset, når det varme plasma forsøger at sprede sig til omgivelserne.

To plasmaer (med magnetfelter vist i rød og blå) bevæger sig mod hinanden og mødes, hvilket ændrer deres magnetfelter. (Animation: ChamouJacoN)

Fusion kræver enorme temperaturer

Dette er netop en af de metoder, der er udviklet i forsøget på at udnytte energien ved kernefusionsprocessen, hvor atomkerner (atomer, som ikke har nogen elektroner) kolliderer og danner en ny kerne under frigivelse af store energimængder.

Fusion kræver enorme temperaturer, så de positivt ladede atomkerner kan overvinde deres tendens til at frastøde hinanden.

Vi skaber disse varme plasmaer i doughnut-formede fusionsreaktorer kaldet tokamakker, hvor plasmaet flyder rundt, mens det presses sammen af superledende magneter, hvilket får fusion til at ske.

Den største af disse eksperimentelle reaktorer bliver ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, se faktaboks), som er færdigbygget i 2019, og som har til formål at producere mere energi via fusion, end der er lagt i at skabe, opretholde og styre selve plasmaet.

Et virkelig farligt lyssværd er blåt

Plasma kan afgive lys på to måder.

Først og fremmest ved at være helt utrolig varm. For eksempel er Solen en kæmpe kugle af plasma. Det er fusionsprocesser i Solens indre, der skaber den ekstreme varme og energi, som får den til at skinne.

Alle varme genstande udsender elektromagnetisk stråling med specifikke bølgelængder. Det, vi opfatter som deres farve, afhænger udelukkende af deres temperatur og strækker sig fra rød ved lavere temperaturer til blå ved højere temperaturer.

Det ville være kilden til lyssværdets glød - så hvis du vil have et virkelig farligt lyssværd, skal det være blåt.

Ioner frigiver deres overskydende energi som lys

Den anden måde, plasmaer kan afgive lys, minder om den måde, en fluorescerende pære lyser. Ved at føre en elektrisk strøm gennem et plasma, kan elektronerne kollidere med de positivt ladede atomer (kaldet ioner), hvilket øger deres energi.

Vi kan sammenligne det med at samle en bold op fra jorden og lægge den på én af flere hylder - det øger boldens potentielle energi, og hylderne repræsenterer ionernes forskellige energiniveauer.

Men naturen er generelt doven og vil altid stræbe efter at vende tilbage til den lavest mulige energitilstand. Så til sidst ruller bolden ud over hyldens kant og falder tilbage til jorden.

Ionerne gør dette ved at frigive deres overskydende energi som lys - og det vil skabe lyssværdets glød. Lyset vil være en bestemt farve afhængig af plasmasammensætningen.

Lyssværd er mulige at skabe - men udfordringerne er store

Selvom lyssværd i teorien synes muligt - i hvertfald set med en fysikers øjne - ville energibehovet for en sådan anordning være enormt; især når vi tager i betragtning, at lyssværdets lille skæfte skal kunne rumme det hele.

Der skal ske kæmpe fremskridt inden for teknologien, før lyssværd bliver en realitet.

Men vi står overfor et endnu større problem, hvis vi også skal have dueller med lyssværd ligesom i filmene.

For at forstå udfordringen, skal man have kendskab til 'magnetic reconnection', som er en fundamental, plasmafysisk proces, der kan forekomme, når plasmaer med forskellige magnetfelter støder sammen. Magnetic reconnection er betegnelsen for den proces, der sker, når to magnetfelter forbindes og afbrydes igen. Ved forbindelsen sker en eksplosiv overførelse af energi.

Reconnection gør det muligt, billedligt talt, at tage to feltlinier med forskellig orientering, bringe dem tæt sammen over en kort afstand, klippe dem over i dette område og bytte rundt på enderne.

Magnetic reconnectionprocessen finder sted over alt i Universet. Vi ser det på Solen, hvor det forårsager soludbrud. Vi ser det på nordlyset, som dannes i højder mellem 90 km og 300 km, når energirige protoner og især elektroner rammer atmosfærens molekyler og anslår dem til højere energitilstande.

Solvindens energi bliver frigivet, når partiklerne kolliderer med plasma i Jordens magnetfelt under særlige forhold.

Kropsdele ville fordampe efter ét enkelt sammenstød

Det er fra vores undersøgelser af de forhold, hvorunder magnetic reconnection kan forekomme i rummet, at jeg var i stand til at se problemet med lyssværdduellerne.

Hvis to plasmaklinger stødte mod hinanden, ville det næsten være umuligt at undgå magnetic reconnection, og resultatet ville være en eksplosiv frigivelse af den plasma, der er indesluttet i begge sværd.

Og det ville betyde, at både du og din modstander i lyssværdsduellen ville opleve, at hele kropsdele simpelthen ville fordampe efter ét enkelt sammenstød!

Det er noget, skaberne af de næste to Star Wars film bør skrive sig bag øret…. Men ingen ved selvfølgelig, hvordan 'Kraften' virker.

Martin Archer hverken arbejder for, rådfører sig med, ejer aktier i eller modtager fondsmidler fra nogen virksomheder, der vil kunne drage nytte af denne artikel, og har ingen relevante tilknytninger. Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation.

Oversat af Stephanie Lammers-Clark