光劍的能量源自何處

天下 02-05

露露按：星球大戰中光劍有很強大的能量。那麼光劍中的能量源自何處呢？這麼強大的能量甚至需要閃電或者是輕核聚變核電站來提供，其中蘊含的能量超過了18000節AA電池。

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這個問題已經縈繞在我心上很久了，不吐不快:使用一把光劍需要什麼樣的能量源?

《星球大戰前傳 1:幽靈的威脅》開篇里的那一幕:魁剛嘗試著用他手中的光劍戳穿一扇門，因為金屬門實質已經開始融化了，我完全可以憑藉這一幕鏡頭就來預估一下光劍內部必須存儲多少能量才能完成這樣一個動作。那麼要多少能量呢?

我承認光劍這種東西並不真實存在。哦，或者真有這類東西，但用的是有某種特殊力量的水晶也未嘗不可。當然即便這樣也不能阻止我繼續這個問題。在討論之前，我先給大家做一些背景鋪墊?首先，我們先講一下黑體輻射。

黑體是物理學裡定義的一種理想物體，當黑體處於高溫態的時候 (即便沒有處於高溫態)，黑體會發出電磁波。簡而言之，黑體會因自身溫度不同而散發出不同顏色的光線，黑體輻射隨著溫度的不同而變化，由於光譜分布的峰值波長的不同會呈現出各種顏色。

根據黑體的原理，當物體溫度升高，會發生兩種變化:第一，物體會發出更多的光;第二，最高強度的光的顏色朝光譜中藍色部分移動。

關鍵是你可以通過黑體發光的顏色反向判斷出黑體的溫度。我就說到這裡吧(它有可能更為複雜)。從《幽靈的威脅》的一些剪輯中，我會用門融化時的顏色來判斷其溫度。

那麼熱能呢?需要多少能量才能增加材料的溫度?這取決於溫度的變化，物體的質量與該材料的比熱容。

現在就《星球大戰》里的一些場景做些測量與估算。根據電影里的觀察到的一幀畫面，我可以調整在線的黑體模擬器，直到它顯示的顏色和我在電影里看的顏色一樣時為止。經調試該模擬器得出的金屬溫度較低處大約為2700K，靠近光劍處的溫度為5200K。

再要估算質量呢?這一個比較難了。首先，整個門溫度很高(你知道，因為熱傳導的緣故)，所以讓我從溫度相對較高的部分開始。魁剛使用他的光劍划出一條長度為2m，寬為7cm的口子，這條融化了的金屬切口有多深?觀察一下他從門的另外一面用光劍戳進去的情況，我估算大概切口的深度是20cm。這樣劃開部位的金屬總體積就是 0.028m。對於門上還有的其他部分，我可以大致認為溫度較低(但仍舊燙)的部分是融化部分質量的兩倍。

假如我知道這是什麼類型的材料製成的門，我就能知道金屬的密度和質量。在考慮材料的問題上，我能想像有人馬上會有異議:

嘿，朋友，物體的能量你是怎麼算出來的啊?這根本就是貿易聯盟從別的地方竊取來的神秘透明鋁材料，這種材料的密度是很輕很輕的哦!

我同意，這種門的材質可能是聞所未聞的。但是，要為一種完全不知名的材料計算熱能或者密度我也會束手無策了。倒還不如就讓我假定這就是一種為人們已知的材料。因此，什麼金屬材料熔化溫度大約是5000K或至少熔點高於2700K(因為較熱的那一部分也許比熔點要高)?如果它是一種元素，最有可能就是鎢或碳。然而，這些材料似乎都不太可能。鈦的熔點是1930K。如果它的確是一種元素，我就會選鈦，因為這種金屬材質頗合乎情理，復仇者聯盟使用的也只會是這種高級材料。把這些數字全部放到一起，並假設光劍劃開門花了9s時間，我算出光劍的最小輸出功率是28000W。

現在，我上哪裡可以得到這28kW?該慶幸至少它不是1.21 萬kW，這將需要一個閃電或核聚變切割那道門需要的能量透露出了光劍的能量來源的一點蛛絲馬跡(但並不是所有)。

我想估算出能量源的能量密度。要做到這一點，我先要估計一下光劍在不充能量的狀態下能運行多久。要我說，至少可以維持兩個小時的使用吧。這個答案看起來似乎是合理的，不是嗎?那會涉及到多少能量?總能量將超過3×106J。

為了最後弄清楚光劍的能量來源到底是什麼，我還需要知道光劍的尺寸。寬鬆地估算一下，我會認為光劍圓柱體半徑是3cm，長度是15cm。這肯定已經足夠大了。如果這樣的話，那麼這個能量來源的能量密度將會是8×109J/m3。為了做下對比明確一下能量的大小，對照一下，這把光劍的能量密度大小位於八硝基立方烷爆炸(不知道那是什麼)和鈹氧(同樣不知道)之間。就目前所知的地球上的電池，好像最高的能量密度是氟離子的 2.8 MJ / L。