北京時間 8 月 12 日訊息，據國外媒體報道，光劍是《星球大戰》系列中最吸引眼球的設定之一，許多孩子小時候都玩過與之類似的小型光劍玩具。當然，當每個孩子揮舞著那根點亮的塑料棒時，他們心裡想的是：真希望這個東西是真的啊！毫無疑問，如果迪士尼裡面有真正的光劍出售，那他們會賺到更多的錢。那麼問題來了：從科學的角度來看，光劍真的可能存在嗎？一些研究鐳射和等離子體科學家給出了他們的答案。

▲光劍的一些物理特性在理論上是可行的，但許多實際特性與現實相差很大，甚至可能性也微乎其微

丹尼斯・K・基林格（美國南佛羅里達大學物理學榮譽退休教授）

在《星球大戰》宇宙中，光劍通常與能夠燃燒、切割或破壞目標物體或敵人的鐳射或鐳射束聯絡在一起。從技術上，鐳射器自 1960 年發明以來，已經發展出了許多不同的種類，並且有各種各樣的用途，從雜貨店結賬掃描商品條碼時用的 0.001 瓦特紅色鐳射，到測繪建築物和道路時所用的人眼安全 1 瓦特紅外鐳射雷達，再到遙感衛星上用來測量地球臭氧層空洞和二氧化碳水平的鐳射探測器。至於燃燒或切割，我們已經有了用於焊接車身和切割金屬板的工業鐳射。然而，這些鐳射器使用的電源通常和一個大手提箱差不多，重量約為 50 磅（約合 23 公斤），不太適合作為武器揮舞。此外，我們已經制造出了不同顏色或波長的鐳射束，這方面的問題倒是已經解決了。

光劍看起來不可行的原因之一，是它作為一個物理上固體的棒或劍的概念，可以“擊中”或“攻擊”對手。在電影中，光劍決鬥時的機械碰撞是通過聲音效果來實現的，會產生一種“嗡嗡聲”，你還可以聽到它們互相碰撞的聲音。但如果你開啟兩個手電筒，將兩束光相互交叉，你並不會感受到聲音或力。這是因為光子沒有質量，這也意味著鐳射或光束沒有質量。我想可以這麼說，“你不能用光束來釘釘子”。因此，在這個意義上，兩束鐳射在機械意義上的相互“碰撞”是不現實的。不過，有一個科學上的例外：2018 年獲得諾貝爾物理學獎的阿瑟・阿什金髮現，在適當條件下，一束鐳射可以用作光阱或光鑷，捕捉和移動非常小的物體，比如細菌。我們或許可以把事實誇大一點，將光劍稱為《星球大戰》中的牽引光束，但移動一個細菌和移動一艘星際飛船（如 SpaceX 公司的星艦第二級）在質量上差了 10 萬億億倍。

綜上所述，我們可以說，光劍不是一束鐳射，而是由氣態高溫等離子體或類等離子體管組成的。等離子體是由電子和離子組成的高能物質狀態，其溫度約為 5000 至 10000 攝氏度，甚至更高，表現形式有熒光燈管內的氣體放電、大氣中的閃電和由等離子體組成的太陽風，後者是導致的北極光的原因。但是，如何在大氣中製造穩定的等離子體棒呢？一種方法是使用高功率鐳射將其聚焦到空氣中的一個點，形成鐳射誘導擊穿光譜（LIBS），它在空氣中可以產生一個等離子球，然後從這個等離子球發出熒光；之後，通過適當調整鐳射功率和光學校準，可以在空氣中產生細長的纖維或等離子體。這種技術已經在實驗室條件下使用飛秒鐳射進行了演示，可以產生髮光的等離子體劍，儘管壽命有限。當然，上面提到的幾個問題仍然會限制這種等離子體劍的用途。

簡而言之，光劍的一些物理特性在理論上是可行的，但許多實際特性與現實相差很大，甚至可能性也微乎其微。但嘗試一下還是很有趣的。

馬克・切勒（加拿大尼亞加拉學院光電子學教授）

這個問題我已經被問過多少次了，說出來可能會嚇到你。

首先，讓我們考慮使用鐳射來製造光劍。想象一道來自強大鐳射源的光束。鐳射有一個有趣的特性，那就是它是準直的，即以幾乎沒有發散的直線光束傳播。舉例來說，一個普通的手電筒，無論你如何改進它的光學系統，總會有一道光束在其移動過程中擴散開來，但鐳射的相干光束傳播卻出奇的小。鐳射可以保持它的“力量”，用來切割或摧毀其他東西。從這個角度來看，鐳射是製造光劍的理想選擇。

問題是，光不會只停留在自由空間。為了製造一柄光劍，我們需要設計出一種方法，讓這些光子的輻射範圍達到 1.5 米左右，然後神奇地停在那裡，而這遠遠超出了我們對物理學的理解。我並不是說我們永遠都找不到實現這一目標的方法（在一百年前，原子的分裂看起來就相當不現實），但就目前對物理學的理解而言，這是不可能的。

我們能否使用光子以外的粒子？比如介子，它可以移動一定的距離然後衰變（從而“停止”）。也許吧，但我們不知道有哪一種粒子會在一定範圍內保持殺傷力，然後就突然消失。也許有一天我們可以“設計”這樣的粒子，但現在，這還只是科幻小說裡的東西。我想補充一點，粒子加速器就其長度而言堪稱巨大的怪獸，鐳射則是小型化的更好選擇。

在目前的技術下，也許最好的方法是利用等離子體，創造出一股被大磁場約束、由電離氣體分子組成的熱流。這需要不斷有氣體補充，但製造約束磁場才是最困難的部分。這個磁場將十分巨大，並且需要驚人的能量，因此幾乎很難縮小到可以放在手掌中，但至少就目前的技術而言，這在理論上是“可行的”。

回到鐳射，難點是讓光束在自由空間停止。這在今天是有可能做到的。我們目前對物理學的理解確實允許在晶體中停止，或者說“凍結”光子。如果這種技術可以應用到光劍的主體上，並且是在自由空間中，而不是使用光子晶體，那就有可能創造出一道 1 米長的光束，其輻射一直被約束在一定範圍內（如果功率足夠高的話，任何接觸這道光束的東西都將被摧毀）。

當然，在實驗室的晶體中捕獲一些光子（已經實現）和製造可以手持的光劍是完全不同的兩件事，但至少基本的物理學原理支援了捕獲光束的想法，儘管“尚未實現”。

雖然這麼說，但現在還是不要想著去哪個槍支商店找尋找光劍（我想到了《終結者》電影中使用等離子步槍的場景）。

洛林・馬修斯（貝勒大學物理學教授）

至少根據維基百科的說法，光劍是一種磁約束等離子體。這是有道理的，因為光劍很適合用來切割各種東西，而我們已經在使用等離子體炬來切割像鋼材這樣的高密度材料。然而，等離子體炬的火焰只有幾英寸長，其實就是經過噴嘴噴流出來的電離氣體。等離子體炬內部的電極之間距離很短，將氣體電離後產生的電子和離子會與大氣中的中性氣體相互碰撞，並失去能量。

所以問題在於維持等離子體，防止等離子體粒子與中性空氣相互碰撞，並延長等離子體保持能量的距離。

實際上，我們可以把帶電粒子（等離子體）限制在磁性瓶中，但問題是這個“瓶”的兩端會洩漏，使等離子體很快逃逸。目前最先進的物理學實驗確實是利用磁場來限制等離子體，特別是在聚變反應堆中的應用。為了避免“線性瓶”兩端洩漏的問題，磁場線被彎曲了，形成了一個沒有末端的“甜甜圈”磁場形態。然而，等離子體仍然會向不同的方向洩漏，考慮到其他問題，維持等離子體能量所需的磁場會相當複雜（這就是為什麼核聚變能仍然沒有廣泛應用的原因，但我們正在努力）。

回到光劍。磁場將包含帶電粒子，但對空氣中的中性氣體粒子沒有影響。也許這就是決定光劍長度的因素，而且等離子體必須在劍柄處非常密集，而在末端逐漸消散。請注意，磁場對中性粒子沒有影響，因此它不能把大氣中的氣體擋在“磁瓶”之外。

等離子體輝光的顏色是由電離氣體中的原子能級別決定的。因此氖等離子體是紅色的，氬等離子體是粉紫色的，氧等離子體則往往是綠色的。據維基百科，光劍的顏色是由一種“凱伯水晶”控制的。對於鐳射而言，這種說法是合理的，因為鐳射的顏色是由晶體材料中電子的躍遷能級控制的，但對於等離子體，情況則有所不同。為了獲得不同的顏色，光劍需要使用不同的工作氣體，或者激發電子躍遷的不同能級。一個強大的絕地武士可以使用原力改變能量，激發不同的躍遷能級 —— 但在類地大氣層中，主要氣體為氮氣，因此等離子體輝光會呈紫藍色。我們可以看看極光的顏色。太陽風等離子體被地磁場定向引導至地球的大氣層，在不同的高度（和能量）有許多不同的氣體被激發，產生一系列的顏色。

光劍的一個重要特徵是它可以被另一把光劍撞開。在這種情況下，等離子體的密度必須非常高 —— 至少要像鋼鐵一樣。這又回到了用磁瓶捕獲等離子體的設計。這種磁瓶不僅要捕獲等離子體，還要從周圍的大氣中收集額外的氣體，將其濃縮到足夠高的密度（一個問題：光劍在外太空能用嗎？）我認為有可能存在一種磁場的配置，使得兩把光劍的磁場相互排斥。