在中国思维中，武术一直被视为文化的重要组成部分。许多人对成为绝地武士充满憧憬，想象着在遥远的星系中使用优雅的武器展示自己的技艺。迪士尼在2018年申请了一项专利，其中一款设备被称为“带有可伸缩、内部发光刀片的剑装置”，虽然它并不是用来砍开防爆门或机器人装甲的。

这引发了一个关于星球大战的问题：是否真的有可能制造出光剑？如果可以，我们距离能够亲手握住并高呼“决斗”还有多远？答案可能会让您大吃一惊——但首先，我们必须准确地定义光剑，并在这个过程中学习一些科学知识。

那么你需要什么来制作我们所知道的光剑呢？

如果要制造一把类似于光剑的武器，就必须满足六个基本条件。首先，它必须能够发光并散发出亮光。其次，它必须具有切割物体的能力。第三，它必须可以伸缩。第四，它必须发出那独特的嘶嘶声。第五，你必须能够在战斗中穿过它。最后，它必须符合战斗的规则。虽然不可能同时满足所有这些条件，但理论上每个条件都可以单独实现。

罗伯特·琼斯说：虽然我们无法获得Kyber晶体，但是物理定律可以成为一个很好的替代品。要制造光剑，首先要解决的问题是如何制造光线和剑尖。利用物理学中的层流原理可以解决这个问题，层流是指气体或液体中的所有组分在相同方向上运动而不相互碰撞的现象，类似于淋浴喷头。

要制造一束高强度的切割能量束，我们可以使用任何类型的流体燃料-氧化剂混合物。虽然我们可能更喜欢使用火箭级推进剂和燃料，但事实上，一些简单的东西，比如烤肉用的丙烷就足够了。有了这些成分，我们需要调整燃料混合物和阀门，就可以得到一个可伸缩的刀片了。同时，为了实现光剑的标志性声音，我们需要建立一个电路，带有扬声器和加速度计，以便在挥动光剑时发出著名的声音。

最后一个问题是关于光剑的着色，这在星球大战宇宙中非常重要。维恩位移定律表明，物体的颜色与其温度直接相关，但这无法解释与光剑所相关的鲜艳色彩。为了解决这个问题，我们可以在刀柄末端引入一些特殊的化合物，从而影响光剑的颜色。例如，燃烧锶金属可以产生标志性的西斯红色，而燃烧氯化钾可以产生梅斯温杜紫色。光剑的强烈光芒来自于燃料-氧化剂混合物产生的等离子体的热量。

然而，我们仍然需要解决能够在决斗中越过光剑的问题，这需要材料具有足够的耐高温性能。目前最耐高温的材料是碳化钽铪合金（Ta 4 HfC 5），其熔点高达3990℃。不幸的是，这是燃烧液体丙烷的温度范围。制作可伸缩的光剑还需要考虑金属中的小弱点，这可能导致断裂和故障。因此，即使使用超耐高温材料，也需要适当小心以避免材料因应力而失效。

这意味着任何制造一把可以用于决斗的光剑的计划不仅需要一种耐高温材料，还需要一种坚固的材料。

我们离能够使用绝地最喜欢的武器还有多远？

我们的光剑计划受到了燃料和决斗的限制。要想制造出一个真正精准的光剑，我们需要寻找高密度且高燃烧温度的燃料。如果我们要按照上面提到的层流原理进行设计，我们需要一种燃料，能够在小巧的可充电气缸中储存，类似于电池的设计。而且这种燃料需要足够强大，以熔化很多的危险的物质。

尽管乙炔和火箭级煤油都曾是优秀的选择，但它们仍然不符合我们的要求。乙炔的密度太低，无法在小型电池中储存足够的燃料，需要大量乙炔才能提供足够的能量。相反，煤油的火焰温度相对较低，无法有效地切割金属。

为了解决这个问题，我们需要寻找具有高密度和高燃烧温度的燃料，例如超高温氧化铌或铬，这些燃料可以在小型的可充电气缸中储存。这些燃料可以熔化钢铁，甚至是钨，这将为我们提供足够的切割能量。如果我们成功找到了这些燃料，我们将能够制造出真正精准的光剑，能够轻松切割任何物体，同时提供令人难以置信的体验。

解决能够穿透光剑的问题是光剑设计的重要组成部分。需要一种材料，可以承受高温高压，并在战斗中与敌人抗衡。高熔点材料是设计的关键，例如碳化钽铪合金，可以通过燃料和推进剂混合物的高温火焰伸缩延伸。

令人振奋的是，现代科学在这个领域正在取得巨大的进展。对高密度和高能量燃料以及抗压材料的持续研究意味着我们比以往任何时候都更接近制造真正的光剑。唯一需要考虑的问题是，您想要什么颜色的光剑？

专业研究人是罗伯特·琼斯 (Robert Jones) 是伦敦国王学院自然、数学和工程科学学院物理系的博士后研究助理，光剑研究的进展！