Sci-Fi-vapnen är mer vetenskap, mindre fiktion

Varje sommar kan filmmusiker brukar räkna med en sci-fi-fantasinsekvens med en stunpistol som skjuter allt från elektriska bultar till lasrar - aldrig kulor.

Denna sommar har inte besvikit på den fronten. I juni fanns det enorma laserpistoler i Oberoende dag: återuppkomst och nu i spökjagare, vi ser våra hjältar skjuta korkskruvade "protonströmmar", härledda från deras ikoniska "protonpaket". Star Trek Beyond rymdskeppets besättning Företag fortsätter att brandish deras försökt-och-sant-men sofistikerad sci-fi strålkastare, "phaser." Oavsett om dessa vapen är inställda att stunna, spränga utomjordingar eller skryta spöken, är frågan följande: Är zap-vapen rimlig?

Ansvarsfriskrivningstid: Självklart, både "phaser" av Star Trek och "protonpackarna" av spökjagare är inte specifikt avbildade som lasrar i deras respektive fiktiva realiteter. En phaser är förmodligen ett "fasat energifapen", men det namnges bara det så Star Trek kunde komma undan med att göra saker som lasrar inte kan. (Plus, den ursprungliga besättningen av Företag i "The Cage" använde faktiskt "laserpistoler".)

De "positron colliders" och "proton wands" av varje iteration av spökjagare är förmodligen utformade för att förändra naturen hos de negativa och positiva protonerna och elektronerna för att fånga spöken. Eftersom det är omöjligt att fånga spöken är spöken inte riktiga. Det vi är intresserade av är hur båda vapenna faktiskt fungerar.) Phasers och protonströmmar avger både värme, färgstarka och kan tända saker i brand och spränga upp saker. Men har vi något liknande dem i den verkliga världen?

En sak är säkert: Bländare och strålkastare av science fiction bestämmer förvisso riktiga lasrar. År 1898, H.G. Wells Världens krig såg sina martians som "varma strålar". Börja med hans första utseende i Philip Francis Nowlans 1928 novella, Armageddon 2419 A.D, Anthony "Buck" Rogers avfyrade variationer av en "atompistol". Uppfattat som ett vapen som sänkte sina mål ner till sina grundatomer (en "atomizer"), Bucks fiktiva rymdpistol såg många iterationer, men den mest kända var förmodligen 1935-versionen användes i de populära svartvita serierna med huvudrollen Buster Crabbe. Den förstärkare sprang in i den vanliga popkulturen och blev en ikon när den presenterades på muffen av Foo Fighters självbetitlade album 1995.

Ändå betraktades de flesta av dessa vapen strängt i domänen av dumma science fiction, för att bli allmänt ansedd absurt.

Det vill säga fram till slutet av 1950-talet när laser uppfanns. Lasers uppfinning är ifrågasatta; vid Bell Laboratories i 1957 utvecklade fysikerna Charles Hard Townes och Arthur Leonard Schawlow olika applikationer för en "optisk maser", som var väsentligen teknik som kunde fokusera mikrovågssignaler med synligt ljus. Vid ungefär samma tid presenterade en doktorand i fysik en doktorsavhandling för en enhet som han kallade en "laser". I 28 år bröt en rättegång mellan forskarna och doktoranden Gordan Gould. Och medan det fortfarande inte är klart om Gould självständigt kom upp med tanken på lasrar av Townes och Schawlow eller blatantly stal en idé, har lasern cementerat sig som inte bara ett vetenskapligt mirakel utan en sci-fi-grundsten.

Termen "laser" är ett grovt akronym för "ljusförstärkning genom stimulerad strålning." Crudely, en laser är resultatet av att använda linser och applicering av energi, att fokusera ljus i en laserstråle eller sprängning. Tillbaka i Townes, Schawlow och Goulds dagar, tillämpade denna definition nästan exklusivt på synlig ljus. Idag klickas dock "infraröda" (icke synliga) lasrar tillsammans med synliga lasrar eftersom det är allt ljus om det är synligt eller inte.

Det är på den här punkten där science fiction-versioner av "lasrar" och verkliga lasrar finner divergens. I nästan alla versioner av Star Trek fasar eldar en ström av energi som liknar en laserstråle, men i de nyare filmerna visualiseras dessa som "bultar eller" pulser. "(Tänk på blaster-elden från Stjärnornas krig.) Olika typer av verkliga lasrar är faktiskt i stånd att återge den visuella effekt vi ser på något liknande Star Trek, men skulle de färgglada strålarna eller bultarna göra några skador?

"De flesta högdrivna lasrarna är faktiskt inte synliga", berättade Robert Waltmire, ordförande för laserexperter Omvänd. "Dessa effekter ser du på högdrivna lasrar, röda och blåa och gröna - det finns ingen sådan sak. De kraftdrivna lasrarna befinner sig i det infraröda spektret. "Som Waltmire förklarade är problemet med ett synligt laserenergivapen direkt relaterat till våglängden: En längre våglängd innehåller mer energi, och den senare kommer på den våglängden desto mindre synlig ljuset blir.

Det finns något lustigt mystiskt och vackert om detta faktum, eftersom vetenskapen har visat att de mest kraftfulla sci-fi-lasrarna kommer att vara osynlig. Och det beror på att lasrar härrör från ljus, vilket givetvis sker, naturligtvis. Waltmire påpekade att det naturligtvis är möjligt att ha synliga lasrar som "bränner saker", men att effekten (energi) vanligen är låg.

En snabb Google-sökning kommer att ge alla möjliga resultat av dessa typer av ballongpopande lågvattenslasrar. Du kan även hitta folk som har utformat sina hemlagade lasrar till se som phasers från Star Trek. Men om vi söker efter laservapen det se som de i science fiction-filmer, då vill vi kunna se den strålen eller bulten, även om den inte är praktisk. För det, Omvänd nådde ut till Drake Anthony, YouTube-känd som "styropyro" en homegrown laser-hobbyist och Bonafide Internet-sensation.

"Jag kommer vara rakt upp med dig, jag har inte sett några filmer under min livstid", sa Anthony Omvänd. "Jag har sett nej Star Trek, Nej Stjärnornas krig, så kan du ge mig en beskrivning av vapnet du pratar om? "Att Drake Anthony var inte inspirerad till att fashionera sina imponerande skräddarsydda lasrar på grund av science fiction ger honom en fantastisk trovärdighet till sin passion: Han gillar bara dessa saker eftersom de är coola. Efter att ha gett honom en lös uppfattning om vad Ghostbustersna och olika Kirk och Spock är upp till med sina energiförsörjningar (något bärbart med anständigt utbud och en förmåga att knacka över saker, stunna människor och / eller blåsa upp saker), vägrade Anthony in:

"Det kommer ner till värme och energilagring," förklarade han, "vi är begränsade av den mängd elektrisk energi som vi kan lagra i en liten enhet. Om du pratar om att skjuta folk ner med en laser måste du ha ett batteri som kan lagra mycket av elektrisk energi."

Området av en laser är dock inte enbart om makt, men när han pratade om Anthony's Laser Bazooka, nämnde han att den hade "dålig optik, och att om fokuseringslinserna var" korrigerade "kunde det ha mycket mer intervall, åtminstone när det gäller hur långt lasern kan "skjuta" är makt inte en stor fråga. "En välkorrigerad 200-watt-laser kan klippa metall", säger Anthony. "Min laserbazooka har stor energi, men strålen är skit." Vi kan bara anta att Kirks handhållna phaser är en awesomely finjusterad lins som varför dess stråle alltid finner sitt märke. Följaktligen har Anthony hjälpt till att identifiera de tre primära verkliga utmaningarna för att skapa bärbara synlig laser vapen:

• energiinmatning
• strålens optik
• VÄRME

I alla Drake Anthony videos kan du tydligt se honom ha på sig både skyddsglasögon och handskar. "Dessa värmeproblem kan bli ganska allvarliga", sa han. Detta gäller både i realt och reel liv. I Star Trek, fasrar är alltid avbildade som cool-to-the-touch efter användning, ett faktum som verkar omöjligt med elektriskt drivna lasrar. Men om dessa typer av vapen inte var beroende av elektricitet för makt? Vad händer om lasrarna härledde sin kraft från en annan källa, som kärn energi? Följaktligen spökjagare brukar använda ryggsäckar som verkar innehålla kärnreaktorer som i sin tur driver sina vapen. Vid denna tidpunkt verkar Ghostbusters verktyg mer realistiska än vad Kirk, Spock eller Picard skulle använda på Star Trek, åtminstone i energieffektiviserings- och utmatningsavdelningarna.

"Du behöver inte nödvändigtvis elektricitet," sa Anthony. "Du kan använda kärnbatterier som i några av våra äldre rymdfarkoster eller … du kan använda en verklig radioaktiv substans för att driva en laser." Faran här är förstås uppenbar: Om användaren av ett sådant laservapen utsattes för massor av strålning, det finns extremt farliga biverkningar. I den ursprungliga spökjagare, när Egon slår på Rays kärnkraftdrivna protonpaket, ryggar han tillbaka komiskt i rädsla för strålningen som kommer ut av det. Men, i teorin, om kärnkraftsenheten var i ett skyddande hölje, som bly, skulle användaren vara relativt skyddad mot biverkningar. Så, en laserpistol ansluten till en kärnväska ryggsäck - som i spökjagare - Verkar inte alls hackat. Betygsätt en för Ghostbustersna!

Fortfarande, båda Holtzman i det nya spökjagare och Ray Stanz i originalet bär ibland skyddsglasögon, även om de andra "Busters" inte gör det. Inledande storyboards för originalfilmen hade även Ghostbusters i hjälmar, men verkligen borde alla ha på sig någonting! Ray säger att Egon inte ska "titta direkt i fällan, i den första filmen, vilket innebär att, som laserteknik, alla dessa saker kan göra skador på ögonen.

"Det är en bländande enhet", berättade Drake Anthony Omvänd, "Du kan ta en laser som bara är en bråkdel av några av mina starkaste watt och använda den fortfarande för att blinda någon." Om man antar att den teknik som Captain Kirk använder med en phaser liknar en laser, hur kan man elda sådana vapen och inte blinda? Det enklaste svaret är att de inte kunde. Om dessa strålar av energi var lasrar, skulle Ghostbustersna och medlemmarna i Star Fleet vara blinda direkt.

Som påpekat av Robert Waltmire finns det absolut ingen anledning för dessa kraftfulla lasertyper att vara synliga, så om den nya Bryan Fuller 2017 Star Trek ville vara superrealistiskt, det skulle fasas vara oramatiskt osynligt. Likväl kan även infraröda lasrar orsaka brännskador i ögonhinnan, så det skulle fortfarande behövas någon form av ögonskydd. Skulle alla Ghostbusters eller alla i 23-talet kunna bära kontaktlinser som skyddar dem från blinda effekter av deras strålepistoler?

"Om dessa teoretiska kontaktlinser filtrerade ut lasrar, säger blå lasrar, skulle du inte se blå," sa Anthony. Det innebär att det finns viss vetenskaplig bärkraft för de avancerade kontaktlinserna som Ghostbusters bär för att skydda dem mot lasrar som studsar och skadar ögonen. Men kan det faktiskt hända? "Det är möjligt, antar jag," sade Anthony, "men jag har aldrig hört talas om det tidigare."

En annan vanlig egenskap hos laserliknande vapen i sci-fi är medföljande ljud med vapenets skjutning, telltale bänk-bänk eller zap vi är alla bekanta med. "Tro det eller inte," berättade Robert Waltmire Omvänd, "Om du röra med dessa saker … kan du få alla sorters olika toner … men stråle själv, du skulle inte höra mycket … men om strålen är slå något, YEAH. Du skulle höra det."

De bärbara vapen på Star Trek finns i en långtgående framtid, blasterna av Stjärnornas krig förekommer i ett avlägset förflutet, medan spökjagare rockar sina energiblaster tillfälligt. Hur långt är vi i verkligheten från inte bara de hemlagade lasrarna som Drake Anthony skapar, men det slag som kan zap en inkräktare, som i Star Trek. 20 år? 30?

"Det är möjligt och mycket troligt," berättade Waltmire Omvänd, "De första industriella lasrarna för femtio fotskåp … nu är de nere i två-i-två rutor. Det existerar nu … så för en bärbar handhållen som du pratar om? Jag skulle säga att du tittar på ca 5 eller 10 år, faktiskt.

Med dessa typer av projektioner är det nog en bra idé att börja förutse att nästa serie av populära program med zaps från ray-gun inte kommer att vara i science fiction, utan istället verkliga dokumentärer.