Forschung ist ein unvorhersehbarer Prozess. Manchmal macht man am Ende eine wirklich coole Entdeckung, die man nicht kommen sah. Ich habe kürzlich eine grundlegende Eigenschaft von Lichtschwertern entdeckt (das ist richtig – die fantastischen Waffen aus Star Wars), während ich meine regelmäßige Plasmaphysik-Forschung durchführte. Ich fand, dass es zwar theoretisch möglich ist, ein Lichtschwert zu bauen, es aber wahrscheinlich die gefährlichste Waffe ist, die jemals geschaffen wurde – sowohl für den Täter als auch für das Opfer.

Mit Star Wars: The Force Awakens wird auf DVD veröffentlicht, nachdem alle Arten von Rekorden an der Abendkasse gebrochen wurden, Ich dachte, es wäre ein guter Zeitpunkt, um die Neuigkeiten zu teilen.

Trotz des Namens wurde im Star Wars-Kanon festgestellt, dass diese alten Waffen der Jedi tatsächlich keine Laserschwerter, sondern Plasmaklingen sind. Plasma wird oft als „vierter Zustand der Materie“ bezeichnet, zusätzlich zu den Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen, die wir alle hier auf der Erde kennen. Plasmen sind jedoch mit Abstand der häufigste Zustand aller sichtbaren Materie im Universum (mit Ausnahme der mysteriösen „dunklen Materie“ oder „dunklen Energie“), die etwa 99% ausmacht.Was Plasmen von den anderen Zuständen unterscheidet, ist, dass sie aus elektrisch geladenen Teilchen bestehen – losen Elektronen (negativ geladen) und Atomen, die Elektronen verloren haben (positiv geladen), obwohl sie keine Gesamtladung haben. Jede sich bewegende elektrische Ladung, wie die in einem Plasma, erzeugt Magnetfelder und kann auch mit magnetischen oder elektrischen Feldern manipuliert werden – im Gegensatz zu einem neutralen Gas.Magnetfelder sind der Schlüssel, um das Plasma in einer Klinge zu halten, sie können dem Druck des heißen Plasmas entgegenwirken, das versucht, sich in seine Umgebung auszudehnen. Dies ist genau einer der Ansätze, die entwickelt wurden, um die Kernfusionskraft zu nutzen, bei der Atomkerne (Atome, die keine Elektronen haben) kollidieren, um einen neuen Kern zu bilden und dabei große Mengen an Energie freizusetzen.

Die Fusion erfordert unglaubliche Temperaturen, damit die positiv geladenen Atomkerne ihre Tendenz zur gegenseitigen Abstoßung überwinden können. Wir erzeugen diese heißen Plasmen in donutförmigen Fusionsreaktoren („Tokamaks“), die starke Elektromagnete in den Reaktorwänden verwenden, um dieses Plasma in Schach zu halten. Der größte dieser experimentellen Reaktoren wird der ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) sein, dessen Bau 2019 abgeschlossen sein wird und der darauf abzielt, endlich mehr Energie durch Fusion zu erzeugen, als zur Erzeugung, Aufrechterhaltung und Kontrolle des Plasmas selbst eingesetzt wird.

Mysteriöses Leuchten

Es gibt zwei Möglichkeiten, wie Plasmen Licht emittieren können. Das erste ist, unglaublich heiß zu sein. Die Sonne zum Beispiel ist eine Kugel aus heißen Plasmen, deren Wärmequelle von der Fusion in ihrem Kern herrührt. Alle heißen Objekte emittieren elektromagnetische Strahlung mit bestimmten Wellenlängen. Ihre wahrgenommene Farbe hängt ausschließlich von ihrer Temperatur ab, von Rot für niedrigere Temperaturen und Blau für höhere Temperaturen. Dies ist wahrscheinlich die Quelle des Glühens eines Lichtschwerts – wenn Sie ein wirklich gefährliches Lichtschwert wollen, brauchen Sie ein blaues.

Die andere Art, wie Plasmen leuchten können, ist der Funktionsweise einer Leuchtstofflampe sehr ähnlich. Indem sie einen elektrischen Strom durch ein Plasma laufen lassen, können Elektronen mit den positiv geladenen Atomen (genannt Ionen) kollidieren, was ihre Energie erhöht. Es ist ähnlich, als würde man einen Ball vom Boden aufheben und auf eines von vielen Regalen legen – dies erhöht die potentielle Energie des Balls, wobei die Regale die Energieniveaus der Ionen darstellen. Aber die Natur ist von Natur aus faul und wird immer danach streben, in den niedrigstmöglichen Energiezustand zurückzukehren. Schließlich rollt der Ball vom Regal und fällt zurück auf den Boden. Die Ionen tun dies, indem sie ihre überschüssige Energie als Licht freisetzen – was das Lichtschwertglühen erzeugen könnte. Dieses Licht hat je nach Zusammensetzung des Plasmas eine bestimmte Farbe.

Während Lichtschwerter aus physikalischer Sicht machbar erscheinen, wäre der Strombedarf für ein solches Gerät immens, insbesondere angesichts der Tatsache, dass es in dem kleinen Lichtschwertgriff enthalten sein muss. Enorme Fortschritte in der Technologie wären erforderlich, um Lichtschwerter Wirklichkeit werden zu lassen. Aber es gibt ein noch größeres Problem, das entstehen würde, wenn Sie jemals ein Lichtschwertduell wie in den Filmen hätten.

Starke magnetische Effekte

Die magnetische Wiederverbindung ist ein grundlegender plasmaphysikalischer Prozess, der auftreten kann, wenn Plasmen mit unterschiedlichen Magnetfeldern kollidieren. Wenn sich die Magnetfelder jedes Plasmas einander nähern, ändert sich das gesamte Muster der Magnetfeldlinien und alles richtet sich neu auf eine neue magnetische Konfiguration aus – wodurch riesige Mengen an Energie freigesetzt werden.

Dies ist es, was im Wesentlichen die Aurora oder Nordlichter antreibt – Energie aus dem Sonnenwind wird freigesetzt, wenn diese Partikel unter bestimmten Bedingungen mit Plasma im Erdmagnetfeld kollidieren.

Aufgrund unserer Studien über die Bedingungen, unter denen eine Wiederverbindung im Weltraum stattfinden kann, konnte ich das Problem mit Lichtschwertkämpfen erkennen. Wenn zwei Plasmaklingen kollidieren, ist es fast unmöglich, eine magnetische Wiederverbindung zu vermeiden, was zu einer explosiven Freisetzung des in beiden Säbeln enthaltenen Plasmas führt. Dies würde bedeuten, dass bei einem Lichtschwertduell sowohl Sie als auch Ihr Gegner Körperteile in einem einzigen Zusammenstoß verdampfen lassen würden!

Vielleicht sollten die Macher der kommenden beiden Star Wars-Filme eine Notiz machen … wer weiß dann noch, wie „The Force“ wirklich funktioniert?