最近什么电影比较火?当然是充满原力与觉醒的《星球大战》了!日前正在北美上映的《星球大战7》一骑绝尘,以势如破竹之力横扫各大票房纪录。电影中让粉丝心心念念的莫过于那把威力无比、能够置敌人于死地的光剑。拥有这样一把宝剑想必也是所有铁粉梦寐以求的事情。据说,尽管官方一再解释“光剑(lightsaber)”是一团等离子体,受到很强的磁场作用被束缚成剑的形状,但仍无法制止大批粉丝疯狂购买“激光剑”cosplay。

等一下,星战里的光剑,居然不是用激光做的?是的,你不仅被骗了,而且被蒙在鼓里很多年……那今天小编就和大家聊一聊激光。

大部分人都知道激光的英文名称是LASER。它是英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(翻译过来就是:受激辐射的光放大)的缩写。所以,如果光剑是用激光做的,那它应该叫Lasersaber。

这里,我们又要搬出无比聪明的大物理学家爱因斯坦。因为激光的基础源于他所提出的理论。

激光原理

1917年,大名鼎鼎的爱因斯坦提出了一套全新的技术理论:光与物质相互作用。

大家都知道,物质由原子分子组成。

原子分子也带有电子。这些粒子都有不同的能量状态(能级)。

这一理论是说:在组成物质的原子中,有不同数量的粒子(电子),它们都在不同的能级上。有的能级高,有的能级低。

在高能级上的粒子受到外界某种光子的激发,会从高能级(E2)跳到低能级(E1)上。这时将会辐射(emission)出能量为ΔE的光,辐射出来的光与激发它的光恰巧有着相同的频率和方向。在某种状态下,我们还能通过一个弱光激发出一个强光。这种现象就叫做“受激辐射的光放大”,简称激光。

光子的能量是用E=hv来计算的,其中h为普朗克常量,v为频率。

由此可知,频率越高,能量越高。

激光能够制作激光剑吗?

我们知道了激光产生的原理,那么问题来了,用激光到底能不能做出一把狂拽炫酷的激光剑???

首先,你常见的激光长这样:

这种激光笔,能量只有1~5毫瓦。好像不够炫酷啊,but,注视这种光束几秒钟会对视网膜造成伤害。所以,只要不是钛合氪金眼,这种激光笔照射到眼睛还是很危险的!

能量再高一点的激光能干啥?

5~10毫瓦的激光就可以做CD的光盘驱动器了。

100 毫瓦的激光可以应用在高速CD-RW刻录机上,再大一些的250毫瓦左右的激光器常应用在DVD上,而400 毫瓦的激光穿透装有光盘的光盘盒只需要4秒钟。

通常情况下,激光光束被完全封闭的,例如被封闭在CD或DVD播放器内,所以不会对人造成伤害。

咳咳,好吧,让我们继续说剑的事儿。

既然是剑,那必须要做到一点:能砍能劈能割肉。激光能做啥?激光能够把光能转换为热能,1~20 瓦激光一般在微电子领域广泛应用,当功率达到30~100 瓦就可以应用到外科激光手术了,比如美白。

当激光功率达到100~3000 瓦,就可以普遍应用在工业切割上。

唉哟,不错哦,(电影里)这么小的激光器可以割断铁网,那么做一把削铁如泥的激光剑是不是也快要成功了呢?

削铁如泥的激光切割机也是有的,只不过,它们的体积堪比车床……

什么情况?!说好的手持式呢?如此庞大,怎么挥舞得起来!其实,这是因为激光切割机,不仅需要高功率激光发射器,还需要考虑到散热冷却等问题。意思就是,光有一个激光发射器不行,还要带上一个冷却散热的家伙,才能保证它自己不被热爆!所以手持式神马的,也就切切1毫米的铝片玩玩吧!

不过在这个功率下,即使散射的激光(200瓦以上)也会对眼睛和皮肤造成伤害。所以,一些公司利用激光的热能,制造新型的烹饪工具。然而,在实验室里,如果不小心被激光打到衣服上,就立马能闻到酸爽的糊味儿。

哎呀,不要灰心嘛,看看人家技术宅是怎么cosplay的。

之前, YouTube 上一个超级热爱科(luan)学(gao)发(po)明(huai)的up主就展示过一把外形霸气侧漏的自制40瓦激光枪。据悉,这把激光枪的尾端挂载了锂电池,扣下扳机之后,激光枪发出的8束(每束5瓦)激光会通过一个凸透镜汇聚起来,使得能量叠加,然后射向对应目标。最后,他成功地点燃了木头,打爆了气球。

既然奥特曼可以用激光打怪,那Geek也可以用激光打蚊子。

微软前工程师Nathan Myhrvold创办了一个叫做Intellectual Ventures Laboratory的创新实验室。他最近的壮举就是发明了一个神奇的激光炮,用来打蚊子。此炮名曰Photonic Fence,在一秒钟之内消灭数十只蚊子毫无压力,据说在30米的范围内百发百中。

能不能行啦!弄半天,你就给我打了只蚊子……

别激动,别激动,高能预警来了,你要的激光武器送到。

激光武器

激光的能量和功率达到一定程度上,便可做成武器。激光武器是一种利用定向发射的激光束直接破坏目标的定向能武器。目前,美英两国海军正在合作研发实际装备海上大型舰艇的电磁炮和激光武器。从前期的装备展上我们看到,中国已经展示了可以打击低空无人机的小型激光武器装备。而德国也已经使用这一技术在两年前进行了打击试验并取得成功。

中国工程物理研究院等单位研发的激光系统(上图)可击落小型飞行器(上图)图片来源:新浪军事

中国激光武器的研制最早始于1964年3月,但取得较大的进展则是在改革开放以后。中国于1986年3月启动实施了“高技术研究发展计划(863计划)”,而激光技术则是863计划中的科目之一。近日,来自上海的研究人员在最新一期《光学快报》双周刊上撰文称,他们创造了迄今为止最强大的激光,今后可能广泛应用于核物理和高科技武器等领域。这种激光的峰值功率为5.13拍瓦(千万亿瓦),持续时间30飞秒(1飞秒等于一千万亿分之一秒)。

由星战说开去,原理简单的激光居然有如此广泛的应用。下次再走进电影院的时候,是不是可以思考一下火爆的电影道具背后的物理知识呢?

说了那么多,激光剑到底能不能做成??

咳咳,其实答案很简单,你试试两束光相交,它们会像铁剑一样碰撞么?不仅不会,如果没有遇到障碍物(不透明的物体)的话,两束强激光还能穿越天际,根本不会在空中只保持一米多的长度。

其实光剑和激光根本没关系。等离子体是神马,我们以后再聊。但是小编很负责任的告诉你,像星战里那样狂拽炫酷的光剑只靠激光是做不出来的。所以下回再看星战的时候,可千万别再说“激光剑”了哦!

出品:科普中国

制作:中科院物理所光物理实验室 OSA物理所学生分会

姜丽桐 银珊

监制:中国科学院计算机网络信息中心

“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。

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