Звездные войны это культовая научно-фантастическая франшиза, образы
из которой однозначно влияют на то, как люди представляют себе
будущее. Однако оно оказалось ближе, чем мы думали, и у некоторых
представленных в фильмах технологий уже есть настоящий
прототип.Световые мечиСветовые мечи это знаковая технология для
Звездных войн. Безусловно, в нашем мире она будет иметь очень
ограниченное применение: мы живем в эпоху дальнобойного оружия, да
и Силы для эффективного владения световыми мечами у нас нет. Но
когда это останавливало человеческое любопытство?Для того, чтобы
создать световой меч, нужно выполнить ряд условий. Он должен:1)
Быть ограничен в пространстве, то есть иметь определенную длину и
ширину клинка фиксированной формы;2) Наносить повреждения объектам,
с которыми он взаимодействует;3) Иметь возможность скрещиваться с
другим таким мечом во время боя;4) Быть компактными и не
привязанными к какому-то громоздкому источнику питания.Очень часто
световые мечи называют лазерными, из-за чего кажется, что именно
лазеры помогут нам воплотить эту технологию в жизнь. Скорее всего
это не так. Лазер действительно может резать предметы, будучи
разогретым до высоких температур. Он также не требует какого-то
специального топлива для создания клинка. И все же лазерный луч
далеко не идеальный материал для наших целей. Его нельзя сделать
твердым, а значит поединок такими мечами не устроить. Лазер также
движется в пространстве неограниченно, из-за чего ему будет сложно
придать длину, соответствующую размерам меча.Гораздо более
перспективная идея создание плазменного меча. Плазма это четвертое
агрегатное состояние вещества, являющееся нормой при температуре
порядка 10 000 градусов и выше. Подавая из рукоятки клинка
разогретое до температур в несколько тысяч градусов вещество, можно
создать достаточно длинный светящийся пучок плазмы, который был бы
способен прожигать объекты, с которыми он взаимодействует.
Температура плазмы выше температуры лазера, а значит повреждающая
сила плазменного меча была бы значительно больше. Плазме можно
придать ограниченную форму, однако это не так просто. Это можно
сделать, если создать сильное ограничивающее электромагнитное поле,
но тогда усложняется конструкция меча из-за необходимости
разместить на нем воздействующие на плазму магниты.Однако есть и
другие способы. На самом деле при определенных условиях газ и
плазма ведут себя как жидкость и могут течь в соответствии с
принципом ламинарного течения. Несколько слоев вещества скользят
друг об друга, в результате чего оно движется ровным потоком без
отклонений. Именно на этом принципе реализован световой меч,
который специалисты проекта Hacksmith Industries создали в 2020
году [1]. Правда, он не обладает присущей устройству из вселенной
Звездных войн мобильностью: владельцу меча нужно будет носить за
спиной ранец с источником энергии для меча и со смесью пропана и
кислорода для создания плазмы.У этого проекта та же проблема, что и
у лазерного меча: его невозможно скрестить с другим таким клинком
во время дуэли. И, похоже, без какой-то твердой основы для
устранения этой помехи не обойтись. Именно поэтому физик и
популяризатор науки Митио Каку предложил проект светового меча, в
котором плазма бы извергалась из отверстий на сворачиваемой
телескопической трубке, расположенных по всей ее длине. В любом
случае остается только проблема снабжения меча энергией: компактную
рукоять без дополнительных ранцев с газом и питанием в ближайшее
время точно не удастся создать.СпидерыВ Звездных война есть большое
разнообразие футуристичных средств перемещения. Один из ярких
примеров спидеры, летающие над землей устройства, выступающие
аналогом современного дорожного транспорта. К ним относятся как
похожие на мотоциклы устройства с Татуина, парящие над землей, так
и летающие достаточно высоко по Корусанту похожие на автомобили
транспортные средства.Можно ли создать нечто подобное в реальном
мире? Зависит от того, какие свойства мы хотим имитировать. Если мы
хотим построить летающие автомобили то этот класс транспортных
средств уже активно разрабатывается. Самые первые рабочие
автомобили такого типа [2] появились в 1930-е годы и представляли
из себя либо автомобили с прикрепленными к ним крыльями, либо же
летательные аппараты с колесами. Ни одно из этих гибридных
транспортных средств не дошло до стадии коммерческого
использования. Большинство из них были очень дорогими в реализации,
а также требовали разгона на взлетной полосе, что сильно
ограничивало их применение. Однако идея до сих пор актуальна, и
существует ряд проектов, нацеленных на массовую аудиторию: гибрид
машины и вертолета PAL-V, автомобиль-квадрокоптер Audi Pop.Up Next,
словацкий стартап AeroMobil. Свой проект летающего такси
разрабатывает Uber.
Тем не менее, летающие автомобили концептуально не похожи на
спидеры: они используют для перелетов подъемную силу и тягу
двигателей, тогда как спидеры скорее левитируют над землей, могут
зависать в воздухе. Поэтому для создания аналогичного им транспорта
потребуются другие технологии. Самые очевидные кандидаты это
магнитная левитация и транспорт на воздушной подушке. Первая
позволяет объекту парить благодаря стабилизации магнитного поля,
которая не дает отталкивающемуся от него объекту соскользнуть и
упасть. Магнитная левитация сделала возможными маглевы поезда на
магнитной подушке, у которых магнитный рельс подстраивается под
движения поезда, изменяя свою полярность для ускорения движения.
Именно в этом и состоит ограничение этого метода: для перемещений
необходимо прокладывать инфраструктуру, создающую магнитное
поле.Транспорт на воздушной подушке лишен этого недостатка. На ходу
под ним создается слой сжатого воздуха, приподнимающий его над
поверхностью земли или воды. Перемещаются такие суда с помощью
воздушных винтов и системы рулей. Однако этот вид транспорта тоже
не похож на спидеры: передвигаться на воздушной подушке можно
только по очень ровной поверхности, а сильный ветер и непогода
сразу же сильно затрудняют использование транспорта.Получается, что
сегодня не существует способа воспроизвести спидеры из Звездных
войн. В их основе лежала технология репульсора устройства,
способного работать за счет гравитационного поля планеты. В
реальности ученые уже долгие годы пытаются создать
антигравитационные устройства, однако на данный момент ни одна
попытка не увенчалась успехом.Трехмерные голограммыБольшинство
фанатов Звездных войн вряд ли сходу смогли бы вспомнить сцены, где
герои фильмов пользовались обычными 2D-экранами. Однако сцены с
трехмерными проекциями различных объектов стали культовыми для
серии. Первые появления Палпатина в образе таинственного лорда
ситхов, создаваемые R2D2 изображения, трехмерные виртуальные
шахматы это очень запоминающиеся образы, которые бы очень многие
хотели увидеть и в реальной жизни.Очень часто такие трехмерные
объекты называют голограммами, но это неверное название. Голограмма
это изображение, полученное с помощью интерференции света. На
снимаемый объект необходимо направить лазер, свет которого
пропускают через фотопластинку. Этот свет отразится от объекта и
создаст другую световую волну, которая также упадет на пластинку.
Так возникнет изображение, обладающее некоторыми свойствами
3D-объектов. Его можно рассматривать с нескольких сторон, и оно
будет точно обладать глубиной.Сейчас уже ведутся разработки
дисплеев, на которых можно было бы выводить голографическое
изображение, но оно будет мало похоже на то, что мы видим в
Звездных войнах. Голографические дисплеи визуально похожи на
обычные экраны, но при этом они способны выводить трехмерное
изображение за счет особого рассеивания света, которое без
дополнительных приспособлений (вроде очков) воспринимается
человеческим глазом как трехмерное. Они существуют уже давно,
однако пока не получили коммерческого распространения из-за
громоздкой оптической схемы и небольших углов обзора.Голограммы из
Звездных войн больше похожи на современные объемные дисплеи.
Наиболее развитый на сегодняшний день тип экранов волюметрические
дисплеи, в которых изображение представлено с помощью трехмерных
пикселей (вокселей). Они могут быть по-разному реализованы
технически, но суть заключается в том, что изображение
отрисовывается напрямую в трехмерном пространстве и поэтому
максимально приближено к реальным объектам.Самые впечатляющие на
сегодняшний день такие решения были сделаны при помощи акустической
левитации [3] и лазерных вспышек [4]. В первом случае небольшие
шарики поддерживаются в воздухе с помощью звуковых волн, образуя
некоторое изображение. При этом его можно сделать цветным: в
камере, где левитируют шарики, установлен небольшой проектор,
освящающий шарики цветными вспышками. Недостаток акустического
экрана состоит в необходимости воздействовать на шарики снизу и
сверху, из-за чего изображение находится в коробке и выглядит не
столь впечатляюще.Технология лазерных вспышек обходит это
ограничение. Она отрисовывает изображение благодаря коротким
вспышкам инфракрасного лазера. Сами лазеры незаметны для
человеческого глаза, но в точках, где они фокусируются, образуется
светящийся воксель. Ограничение этого метода отсутствие возможности
сделать изображение цветным. Кроме того, на практике изображения
имеют низкую частоту обновления.Силовые поляВозможность защищаться
от пуль, снарядов и выстрелов бластеров с помощью некого
активируемого по желанию барьера классика научной фантастики.
Представлена она и в Звездных войнах, во вселенной которых они
получили название дефлекторных щитов. Самый известный пример такого
силового поля это купола гунганов из фильма Скрытая угроза, которые
те использовали в сражении с армией дроидов Торговой федерации. Они
повсеместно используются и в других эпизодах франшизы.Современная
наука уже нашла способы применять электромагнитные поля для защиты
людей от агрессивной среды. К примеру, NASA в 2005 году занималась
проектированием системы взаимосвязанных между собой положительно и
отрицательно заряженных сфер [5], которые могли бы совместно
создавать магнитное поле для защиты астронавтов. Оно не должно
пропускать через себя космическую радиацию и тем самым может
обеспечить безопасность расположившихся на космических базах людей.
К сожалению, до конца этот проект так и не был доработан.Хотя сами
по себе электромагнитные поля вряд ли смогут останавливать что-то
крупнее элементарных частиц, с их помощью можно контролировать
плазму, которая уже обладает определенной удерживающей силой. К
примеру, технология так называемого плазменного окна [6]. Она была
разработана в 1995 году Эди Гершковичем, чтобы улучшить механизм
сварки металлов с помощью электронного луча. Эта процедура должна
была проводиться в вакууме, и Гершкович решил
отгораживатьбезвоздушное пространство от воздуха с помощью плазмы.
Ее частицы оказывают давление, которое не дает воздуху ворваться в
вакуумную камеру.Существуют и разработки, использующие плазму для
защиты от оружия. В 2015 году Boeing запатентовала технологию под
названием Метод и система для ударно-волнового затухания с помощью
электромагнитной дуги. Описанным в патенте способом можно защищать
как подвижные, так и стационарные объекты. Система способна очень
быстро нагревать воздух со стороны угрозы, ионизируя его и создавая
таким образом плазменное поле [7]. Оно не обеспечивает полную
защиту, но смягчает удар за счет разницы в плотности, температуре и
составе с окружающей средой.Возможно, в будущем эта технология
будет и дальше развиваться. Митио Каку предполагает, что наиболее
точную копию силового поля, подобного представленному в Звездных
войнах, можно создать с помощью нескольких слоев в его
гипотетическом проекте их три. Первый плазменный, способен
благодаря свой температуре испарять металлы; второй лазерный, также
необходим для нагрева объектов; и третий из углеродных нанотрубок,
необходим для удержания снарядов или пуль.Управление гравитациейВо
вселенной Звездных войн манипулирование гравитацией не
ограничивается спидерами. Эталонный пример генераторы
гравитационного луча, способные захватывать и притягивать целые
космические крейсеры. Именно с помощью этой технологии Звезда
смерти смогла поймать главных героев Новой надежды во время полета
на Тысячелетнем соколе.Сегодня такая технология кажется совершенно
недостижимой. Тем не менее, способы управлять объектами на
расстоянии активно развиваются, пусть пока они и не основаны на
манипулировании гравитацией и очень ограничены в своих
возможностях. Еще в прошлом веке были разработаны
магнитно-оптические и ионные ловушки, позволяющие контролировать
отдельные атомы, и сейчас эта технология продолжает
совершенствоваться. В 2011 году группа китайский ученых предложила
[8]способ притягивать частицы по направлению к источнику света. Для
этого они использовали особый тип лазера луч Бесселя, который
распространяется не преломляясь и не рассеиваясь, что придает ему
особую структуру волн. Благодаря этому такой луч при взаимодействии
с объектом под скользящим углом инициирует обратное движение этого
объекта. А в 2018 году исследователи из Тель-Авива
продемонстрировали [9] лазерный аналог знаменитого винта Архимеда,
который позволяет перемещать атомы как вперед, так и назад.
Частицами можно управлять и при помощи звуковых волн. В 2015 году
международная группа ученых создала [10] устройство из 64 динамиков
высокой частоты, с помощью которых можно передвигать микрообъекты.В
Звездных войнах также бросается в глаза, что герои ходят по
космическим кораблям как по поверхности планет. Это довольно
необычная ситуация: в реальном космосе космонавты постоянно
находятся в состоянии невесомости. И если спидеры и гравитационные
лучи еще невозможны даже теоретически, то создание искусственной
гравитации уже очень хорошо обосновано.Этот вопрос поднимался еще
на заре космонавтики. Константин Циолковский в книгах Грезы о Земле
и небе и Вне Земли упоминает концепт тороидальной космической
станции то есть станции в форме круга. Циолковский предполагал, что
гравитацию в космосе можно создать с помощью центробежной силы:
если раскрутить колесо вокруг своей оси, то предметы внутри начнут
прижиматься к его поверхности. Оказываемое на них давление можно
сделать эквивалентным или приближенным к земной гравитации. Эта
идея Циолковского до сих пор актуальна, и большинство проектов по
созданию искусственной гравитации до сих пор предлагают опираться
на центробежную силу.Идея воссоздать земные условия в космосе имеет
не только эстетическую и прагматическую ценность. Дело в том, что
человеческое тело приспособлено к определенным условиям:
постоянному давлению, гравитации, к определенной нагрузке на мышцы
и другие сенсорные системы организма. Без воздействия гравитации на
организм ответ лейкоцитов на угрозы и мышечный тонус уменьшаются на
10%, уменьшается скорость заживления ран, ослабляется иммунитет
[11][12]. Даже работа мозга в невесомости перестраивается: из-за
недостатка информации от органов равновесия у человека развивается
вспомогательная система сенсорного контроля, из-за этого
усиливаются нейронные пути, отвечающие за работу зрительных и
тактильных систем.Теоретические концепции космических станций и
кораблей с искусственной гравитацией разрабатываются постоянно.
Самый впечатляющий проект это Стэнфордский тор, огромная кольцевая
космическая станция, которая по задумке авторов должна была стать
домом для огромного числа людей от 10 до 140 тысяч, по разным
расчетам. Само собой, такому амбициозному проекту не суждено было
осуществиться в 1970-е, когда он был придуман. Однако исследования
продолжаются. Самый известный на сегодняшний день проект это NASA
Nautilus-X, предполагающий создание космической станции, оснащенной
таким кольцом.Несмотря на то, что системы искусственной гравитации
во многом необходимы для устранения проблем со здоровьем
космонавтом, постоянное пребывание во вращающейся центрифуге тоже
плохо влияет на самочувствие людей. Тошнота и головокружение самые
очевидные из проблем, и они могут быть устранены, если кольцевые
отсеки космических кораблей будут достаточно большими в диаметре.
Кроме того, медицинские исследования по влиянию вращения на
организм продолжаются. Так, по заказу Института
медико-биологических проблем РАН современный лабораторный стенд
центрифуги создала РКК Энергия. На нем с 2015 года регулярно
осуществляются испытания по влиянию вращения на организм человека.
В 2019 году в Германии состоялся 60-дневный эксперимент по проверке
влияния искусственной гравитации на человека. 12 добровольцев
находились все это время в кровати под наклоном для оттока крови, и
раз в день помещались в центрифугу.Литература4000 PLASMA
PROTO-LIGHTSABER BUILD// YouTubeA Flying Car // YouTubeHirayama,
R., Martinez Plasencia, D., Masuda, N.et al.A volumetric display
for visual, tactile and audio presentation using acoustic trapping.
2019Y. Hayasaki and K. Kumagai. Volumetric display with holographic
femtosecond laser accesses.2018A Force Field for Astronauts? //
NASA, 2005A plasma window for transmission of particle beams and
radiation from vacuum to atmosphere for various applications.
Physics of Plasmas5. 1998Brian J. Method and system for shockwave
attenuation via electromagnetic arc. 2012Jun Chen et al. Backward
Pulling Force from a Forward Propagating Beam. 2011Barak Hadad et
al. Particle trapping and conveying using an optical Archimedes'
screw. 2018Marzo, A., Seah, S., Drinkwater, B.et al.Holographic
acoustic elements for manipulation of levitated objects.2015Noopur
Ranganathan. Cosmic Travels Inc.: The effect of zero gravity on the
human body. 2016Brian E. Crucian et al. Immune System Dysregulation
During Spaceflight: Potential Countermeasures for Deep Space
Exploration Missions. 2018
