[科普中國]-星球大戰(zhàn)里的光劍是激光劍嗎？

最近什么電影比較火？
當(dāng)然是充滿原力與覺醒的《星球大戰(zhàn)》了！
日前正在北美上映的《星球大戰(zhàn)7》一騎絕塵，以勢(shì)如破竹之力橫掃各大票房紀(jì)錄。電影中讓粉絲心心念念的莫過于那把威力無比、能夠置敵人于死地的光劍。擁有這樣一把寶劍想必也是所有鐵粉夢(mèng)寐以求的事情。
據(jù)說，盡管官方一再解釋“光劍(lightsaber)”是一團(tuán)等離子體，受到很強(qiáng)的磁場(chǎng)作用被束縛成劍的形狀，但仍無法制止大批粉絲瘋狂購買“激光劍”cosplay。
等一下，星戰(zhàn)里的光劍，居然不是用激光做的？
是的，你不僅被騙了，而且被蒙在鼓里很多年……
那今天小編就和大家聊一聊激光。
大部分人都知道激光的英文名稱是LASER。它是英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（翻譯過來就是：受激輻射的光放大）的縮寫。所以，如果光劍是用激光做的，那它應(yīng)該叫Lasersaber。
這里，我們又要搬出無比聰明的大物理學(xué)家愛因斯坦。因?yàn)榧す獾幕A(chǔ)源于他所提出的理論。
激光原理
1917年，大名鼎鼎的愛因斯坦提出了一套全新的技術(shù)理論：光與物質(zhì)相互作用。
大家都知道，物質(zhì)由原子分子組成。
原子分子也帶有電子。這些粒子都有不同的能量狀態(tài)（能級(jí)）。
這一理論是說：在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)量的粒子（電子），它們都在不同的能級(jí)上。有的能級(jí)高，有的能級(jí)低。
在高能級(jí)上的粒子受到外界某種光子的激發(fā)，會(huì)從高能級(jí)(E2)跳到低能級(jí)(E1)上。這時(shí)將會(huì)輻射(emission)出能量為ΔE的光，輻射出來的光與激發(fā)它的光恰巧有著相同的頻率和方向。在某種狀態(tài)下，我們還能通過一個(gè)弱光激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)光。這種現(xiàn)象就叫做“受激輻射的光放大”，簡(jiǎn)稱激光。
光子的能量是用E=hv來計(jì)算的，其中h為普朗克常量，v為頻率。
由此可知，頻率越高，能量越高。
激光能夠制作激光劍嗎？
我們知道了激光產(chǎn)生的原理，那么問題來了，用激光到底能不能做出一把狂拽炫酷的激光劍？？？
首先，你常見的激光長這樣：

這種激光筆，能量只有1～5毫瓦。好像不夠炫酷啊，but，注視這種光束幾秒鐘會(huì)對(duì)視網(wǎng)膜造成傷害。所以，只要不是鈦合氪金眼，這種激光筆照射到眼睛還是很危險(xiǎn)的！
能量再高一點(diǎn)的激光能干啥？
5～10毫瓦的激光就可以做CD的光盤驅(qū)動(dòng)器了。
100 毫瓦的激光可以應(yīng)用在高速CD-RW刻錄機(jī)上，再大一些的250毫瓦左右的激光器常應(yīng)用在DVD上，而400 毫瓦的激光穿透裝有光盤的光盤盒只需要4秒鐘。
通常情況下，激光光束被完全封閉的，例如被封閉在CD或DVD播放器內(nèi)，所以不會(huì)對(duì)人造成傷害。
咳咳，好吧，讓我們繼續(xù)說劍的事兒。
既然是劍，那必須要做到一點(diǎn)：能砍能劈能割肉。激光能做啥？激光能夠把光能轉(zhuǎn)換為熱能，1～20 瓦激光一般在微電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，當(dāng)功率達(dá)到30～100 瓦就可以應(yīng)用到外科激光手術(shù)了，比如美白。
當(dāng)激光功率達(dá)到100～3000 瓦，就可以普遍應(yīng)用在工業(yè)切割上。
唉喲，不錯(cuò)哦，（電影里）這么小的激光器可以割斷鐵網(wǎng)，那么做一把削鐵如泥的激光劍是不是也快要成功了呢？
削鐵如泥的激光切割機(jī)也是有的，只不過，它們的體積堪比車床……
什么情況？！說好的手持式呢？如此龐大，怎么揮舞得起來！其實(shí)，這是因?yàn)榧す馇懈顧C(jī)，不僅需要高功率激光發(fā)射器，還需要考慮到散熱冷卻等問題。意思就是，光有一個(gè)激光發(fā)射器不行，還要帶上一個(gè)冷卻散熱的家伙，才能保證它自己不被熱爆！所以手持式神馬的，也就切切1毫米的鋁片玩玩吧！
不過在這個(gè)功率下，即使散射的激光（200瓦以上）也會(huì)對(duì)眼睛和皮膚造成傷害。所以，一些公司利用激光的熱能，制造新型的烹飪工具。然而，在實(shí)驗(yàn)室里，如果不小心被激光打到衣服上，就立馬能聞到酸爽的糊味兒。
哎呀，不要灰心嘛，看看人家技術(shù)宅是怎么cosplay的。
之前， YouTube 上一個(gè)超級(jí)熱愛科(luan)學(xué)(gao)發(fā)(po)明(huai)的up主就展示過一把外形霸氣側(cè)漏的自制40瓦激光槍。據(jù)悉，這把激光槍的尾端掛載了鋰電池，扣下扳機(jī)之后，激光槍發(fā)出的8束（每束5瓦）激光會(huì)通過一個(gè)凸透鏡匯聚起來，使得能量疊加，然后射向?qū)?yīng)目標(biāo)。最后，他成功地點(diǎn)燃了木頭，打爆了氣球。
既然奧特曼可以用激光打怪，那Geek也可以用激光打蚊子。
某微軟前工程師Nathan Myhrvold創(chuàng)辦了一個(gè)叫做Intellectual Ventures Laboratory的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。他最近的壯舉就是發(fā)明了一個(gè)神奇的激光炮，用來打蚊子。此炮名曰Photonic Fence，在一秒鐘之內(nèi)消滅數(shù)十只蚊子毫無壓力，據(jù)說在30米的范圍內(nèi)百發(fā)百中。
能不能行啦！弄半天，你就給我打了只蚊子……
別激動(dòng)，別激動(dòng)，高能預(yù)警來了，你要的激光武器送到。
激光武器
激光的能量和功率達(dá)到一定程度上，便可做成武器。激光武器是一種利用定向發(fā)射的激光束直接破壞目標(biāo)的定向能武器。目前，美英兩國海軍正在合作研發(fā)實(shí)際裝備海上大型艦艇的電磁炮和激光武器。從前期的裝備展上我們看到，中國已經(jīng)展示了可以打擊低空無人機(jī)的小型激光武器裝備。而德國也已經(jīng)使用這一技術(shù)在兩年前進(jìn)行了打擊試驗(yàn)并取得成功。


中國工程物理研究院等單位研發(fā)的激光系統(tǒng)（上圖）可擊落小型飛行器（上圖）
圖片來源：新浪軍事

中國激光武器的研制最早始于1964年3月，但取得較大的進(jìn)展則是在改革開放以后。中國于1986年3月啟動(dòng)實(shí)施了“高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)”，而激光技術(shù)則是863計(jì)劃中的科目之一。近日，來自上海的研究人員在最新一期《光學(xué)快報(bào)》雙周刊上撰文稱，他們創(chuàng)造了迄今為止最強(qiáng)大的激光，今后可能廣泛應(yīng)用于核物理和高科技武器等領(lǐng)域。這種激光的峰值功率為5.13拍瓦（千萬億瓦），持續(xù)時(shí)間30飛秒(1飛秒等于一千萬億分之一秒)。
由星戰(zhàn)說開去，原理簡(jiǎn)單的激光居然有如此廣泛的應(yīng)用。下次再走進(jìn)電影院的時(shí)候，是不是可以思考一下火爆的電影道具背后的物理知識(shí)呢？
說了那么多，激光劍到底能不能做成？？
咳咳，其實(shí)答案很簡(jiǎn)單，你試試兩束光相交，它們會(huì)像鐵劍一樣碰撞么？不僅不會(huì)，如果沒有遇到障礙物（不透明的物體）的話，兩束強(qiáng)激光還能穿越天際，根本不會(huì)在空中只保持一米多的長度。
其實(shí)光劍和激光根本沒關(guān)系。等離子體是神馬，我們以后再聊。但是小編很負(fù)責(zé)任的告訴你，像星戰(zhàn)里那樣狂拽炫酷的光劍只靠激光是做不出來的。所以下回再看星戰(zhàn)的時(shí)候，可千萬別再說“激光劍”了哦！