光劍終於可以互相架住啦！

大家久等了！科幻界中最受矚目的道具「光劍」的理論基礎出來了！可是物理界的大事！

「星際大戰」也好、「鋼彈」也好，絕地武士或是機動戰士使用光劍戰鬥，結合了科幻與古裝武打的趣味，是一個非常成功的設定。但是，就科學的眼光來看，這樣的武器是可以成立的嗎？

其實「光」做為武器在現實世界已經不稀奇，答案是「雷射」。高功率雷射可以切割物體，美軍也已經開發了 #雷射武器 的原型。2018年的諾貝爾物理獎，獲獎的研究之一是超高功率的脈衝雷射，讓雷射功率可以高達十兆瓦以上。

雷射功率這麼高，破壞力這麼強，當武器用毫無問題；不過要拿來做光劍，卻有一個基本的問題無法解決：兩把光劍碰在一起，必須要能「架住」對方，所有的打鬥畫面才能成立。

問題在於，雷射的本質既然是光，也就是電磁波，必須滿足Maxwell Equation，這組方程式在真空下是「線性方程式」，光劍的光也得是這組線性方程式的解，其結果是：兩道光交會時，只會發生「線性疊加」的干涉效應，然後就毫無阻礙的穿過去，完全無法「架住」。因此如圖一般兩個絕地武士用光劍互砍時，兩把光劍會穿過對方，然後兩個絕地武士一起人頭落地。如果「星際大戰」這樣演，不用演到九部曲，大概在第一部結束時，就已經只剩下一堆雜魚白兵 Stormtrooper，絕地武士早就死光了。

不過這個問題也不是完全無解，哈佛大學地球與行星科學系的Jean-Sebastien Gagnon與加拿大滑鐵盧大學量子計算研究所的Francois Fillion-Gourdeau兩位物理學家，2019 年 8 月 19 日在「歐洲物理學刊」（European Journal of Physics）發表一篇論文「論光劍在物理上的（不）可能性」。

光在真空中交會除了干涉以外不會發生任何事，但是當有介質時，會被光的電場極化，電場夠強的話，將會為Maxwell equation帶入非線性項，讓光跟光可以產生類似物體碰撞的交互作用力。可是像鋼彈在宇宙中戰鬥，根本沒有介質的話，就古典電磁學來講就完全不可能發生上述的作用力，不過別忘了，我們的宇宙是由「量子力學」所支配，在宇宙的絕對真空中，是可以允許「電子—正子（電子的反物質）對」無中生有的，在光劍的高功率密度下，的確可能產生足夠的電子正子對，被光的電場所極化，產生非線性電磁交互作用，讓兩把光劍交會時，產生「架住」的力量。

作者繼續計算，如果要產生10牛頓（大約一公斤重）的力量，光劍的電場強度需要達到10的15次方（1後面15個0）伏特／公尺的程度（一公尺的距離下，電壓為一千兆伏特），很驚人吧？更驚人的是，目前的科技已經做得出來了！就是前面講的，2018年諾貝爾物理獎的成就。

既然如此，就趕快把光劍做出來啊！還等什麼呢？問題在於目前的技術只能做到極小範圍（數百奈米）、極短時間（數十兆分之一秒）內可以達到這麼高的功率密度。如果要做到光劍等級的尺寸（約一公尺長，一公分的半徑）、連續使用一分鐘的話，需要24後面24個零焦耳的能量。這麼高的能量從哪裡來？目前人類能製造的最威猛的能量來源是氫彈爆炸的核融合反應，根據計算，要維持一分鐘的光劍戰鬥需要炸掉8000萬噸的重氫。

核融合能量太低了啦！（我人生中第一次聽到這種說法）

這時候只好使出全宇宙最高能量的反應：正反物質湮滅！所有的物質質量一口氣根據愛因斯坦 E=mc^2 公式全部變成能量！

好的，這時候你的「燃料」「只需要」27萬噸的正反物質！請把它們塞進你的光劍劍柄！

塞就塞，此時光劍劍柄的密度會來到水的86億倍，還算好，比中子星的密度小一些，不用擔心變成黑洞…

不過當絕地武士伸手去拿光劍時，手指頭靠過去，因為強大重力的關係，血液就會穿透皮膚噴射出去，在拿到劍柄之前，絕地武士已經失血過多而死，所以，星際大戰再度只剩下雜魚白兵Stormtrooper！

拜託，要產生10牛頓的力來架住光劍，拿兩支球棒就好了，不要用什麼高功率雷射啦！

European Journal of Physics論文：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6404/ab274a/meta

#超中二物理系宅雜記
#等我征服世界就把雷射物理學列為全人類必修
#生命宇宙與萬事萬物什麼都馬跟物理有關
#話都給我講就好其之76