Mensen die natuurkunde saai vinden, hebben het mis. Ze is in staat om alles in de wereld te verklaren, van griezelige interacties op de kleine schaal van atomen en deeltjes tot het gedrag van hele universums. En alsof dat nog niet genoeg is, kan natuurkunde worden gebruikt om te beoordelen hoe realistisch toekomstige technologieën zijn in sciencefiction. Ruimteplasmafysicus Martin Arker kan bijvoorbeeld de vele nuances van lichtzwaarden en de Death Star in het Star Wars-universum verklaren.
Hij werkt momenteel aan het evalueren van het realisme van de blasterwapens die onder andere door Han Solo worden gebruikt - en hoe blasters kunnen worden vergeleken met lichtzwaarden. In feite zijn echte versies van deze wapens al lang geleden ontwikkeld. Dus toen de Solo prequel-film uitkwam, is het tijd om er meer over te praten.
De sleutel tot het begrijpen van Star Wars-technologie zal plasma zijn - de zogenaamde "vierde toestand van materie" (naast vast, vloeibaar en gasvormig). Het zijn vrij stromende elektrisch geladen deeltjes die van nature in wisselwerking staan met elektrische en magnetische velden. Plasma komt veel voor in de ruimte, maar komt van nature zelden voor op aarde. Het kan echter in het laboratorium worden gemaakt.
Krachtige plasmoïden
Een veel voorkomende misvatting over blasters is dat het laserwapens zijn. Maar volgens de Star Wars-canon zou het niet logisch zijn. In plaats daarvan verklaarden de auteurs dat de blaster "elk type langeafstandswapen was dat kralen met intense plasma-energie afvuurde, vaak aangezien voor lasers", en dat het "energierijk gas omzette in een gloeiende deeltjesbundel die door een doelwit kon branden". Het blijkt dat de bundels blaster (gloeiende projectielen) slechts druppels plasma zijn, zoiets als een lichtzwaard dat door de lucht vliegt.
Coherente plasmamassa's en bijbehorende magnetische velden staan bekend als plasmoïden. Binnen het beschermende schild van de aarde - de magnetosfeer - worden plasmoïden meestal gevormd in het slecht begrepen proces van magnetische herverbinding. Dit is een explosieve herconfiguratie van de magnetische veldlijnen die optreedt in aanwezigheid van plasma, met name op de plaats waar het plasma samenvloeit. Wanneer dit gebeurt in onze magnetosfeer, worden geladen deeltjes versneld naar de bovenste atmosfeer, waardoor de aurora ontstaat. Enorme hoeveelheden materiaal worden ook uit de aarde geworpen in de vorm van plasmoïden.
Promotie video:
Het maken van een plasmoid op aarde is echter niet eenvoudig. We kunnen alleen structuren demonstreren die snel uitzetten en oplossen in lucht. De oplossing voor dit probleem is om magneten te gebruiken die heet plasma vasthouden.
Blasterballen zijn echter projectielen, dus ze kunnen tijdens hun beweging niet extern worden ondersteund door magneten. Gelukkig is er een oplossing. Omdat het plasma sterk geleidend is, is het mogelijk om een elektrische stroom in de plasmoid zelf tot stand te brengen. Deze stroom genereert magnetische velden die het plasma opsluiten. Deze mechanismen staan bekend als spheromaks en hebben de afgelopen twintig jaar extra belangstelling gekregen voor experimenten in de plasmafysica.
Echte versies
Een manier om een sferomak te maken, is door een "plasma railgun" te gebruiken, een apparaat dat een externe magneet gebruikt om stromen in het plasma op te wekken en het projectiel ook met hoge snelheden voortstuwt. In feite hebben sferomaks, die honderden microseconden leven, snelheden tot 200 km / s mogelijk gemaakt. Dit is behoorlijk indrukwekkend en maakt het zeker mogelijk dat ze als wapens worden gebruikt.
In de jaren zeventig werd het SHIVA Star-programma (genoemd naar de meerarmige god in het hindoeïsme) gecreëerd in het US Air Force Research Laboratory in Albuquerque, dat verschillende takken van de praktische toepassing van plasmafysica ontwikkelde. Een ervan - MARAUDER - vormde de basis van een van de vele Amerikaanse initiatieven om projectielen te maken op basis van plasma.
Deze wapens waren in staat om donutvormige plasmaringen en bliksemballen te produceren die bij een botsing explodeerden met verwoestende thermische en mechanische effecten, waardoor een puls van elektromagnetische straling ontstond die elektronica kon uitschakelen. Maar sinds 1993 is de status van deze wapens onzeker gebleven.
De temperaturen die met dergelijke apparaten konden worden bereikt, waren duizend keer hoger dan die van de zon. Met voldoende plasma zou elke explosie enorme schade aanrichten, dus de blaster uit Star Wars ziet er redelijk realistisch uit.
Maar hoe kon dit echte blasterwapen concurreren met een ander iconisch wapen uit Star Wars, het lichtzwaard? Een blasterbout is in wezen het equivalent van een lichtzwaardmes zonder handvat. Maar wanneer twee magnetisch opgesloten plasma's elkaar ontmoeten, is magnetische herverbinding onvermijdelijk. Dat wil zeggen, wanneer twee lichtzwaarden botsen, wordt een explosief effect gegenereerd, waarbij zowel het wapen als de dragers worden vernietigd. Maar met een blaster zou je ver van de explosie en volledig ongedeerd zijn.
Ilya Khel
