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¿Se pueden fabricar realmente los sables de luz de Star Wars?

Se lo preguntamos a tres físicos y, por lo visto, es una pregunta que les hacen frecuentemente

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Imagen para el artículo titulado ¿Se pueden fabricar realmente los sables de luz de Star Wars?
Ilustración: Benjamin Currie

Nunca he sido fan de Star Wars. Solo vi una de las películas, La -amenaza fantasma, cuando tenía ocho años. Y sin embargo, poseía y jugaba con uno de esos pequeños sable de luz de juguete, al igual que millones de niños antes y después de mí (sin mencionar a los millones de niños aún no nacidos, que no se salvarán de la inducción al Complejo Industrial de Disney). Por supuesto, lo que todo niño piensa mientras zarandea esa varilla de plástico iluminada es: ¡ojalá esta maldita cosa fuera real! Sin duda, Disney ganaría aún más dinero si vendiera sables de luz reales, pero, ignorando el impacto que esto podría tener en los delitos relacionados con sables de luz, la pregunta es: ¿son acaso posibles los sables de luz, científicamente? Nos pusimos en contacto con varios científicos expertos en láser y plasma para averiguarlo.

Dennis K. Killinger

Profesor Emérito de Física, Universidad del Sur de Florida  

El sable de luz del universo de Star Wars generalmente se asocia con un rayo láser capaz de quemar, cortar o dañar un objeto o enemigo. Técnicamente, desde su invención en 1960, hemos tenido muchos tipos diferentes de láseres, y estos han encontrado una amplia variedad de usos, desde láseres rojos de 0,001 vatios utilizados para escanear el código de barras en las cajas de comestibles, láseres infrarrojos de 1 vatio seguros para los ojos utilizados para mapear edificios y carreteras usando lidar (radar láser), hasta sensores remotos que usan láser para medir el agujero de la capa de ozono y los niveles de CO2. En cuanto a quemar o cortar, ya tenemos láseres industriales que se utilizan para soldar carrocerías de automóviles y cortar placas metálicas. Sin embargo, las fuentes de alimentación que utilizan estos láseres suelen tener el tamaño de una maleta grande y pesan alrededor de 20 kilos (no son exactamente propicias para sables). Además, los rayos láser vienen en diferentes colores o longitudes de onda, por lo que este aspecto ya está ahí.

El único aspecto de los sables de luz que parece inviable es el concepto de que actúe como un sable físico sólido que puede “golpear” a un oponente. En las películas, el golpe mecánico de los sables de luz se ve reforzado por efectos de sonido: los sables de luz tienen un “zumbido” y pueden escucharse golpeándose entre sí. Pero si tomas dos haces de linterna y cruzas un haz con el otro, no hay sonido ni fuerza experimentados por un haz de luz en el otro. Esto se debe a que los fotones no tienen masa, lo que significa que un rayo láser u óptico no tiene masa. Me gusta decir que “No puedes usar un haz de luz para clavar un clavo”. Por lo tanto, en este sentido, no es factible que dos rayos láser puedan “golpearse” entre sí en el sentido mecánico. Sin embargo, hay una excepción científica: como descubrió el reciente ganador del Premio Nobel de Física A. Ashkin, un rayo láser en las condiciones adecuadas se puede usar como trampa óptica o como pinza óptica para atrapar y mover objetos muy pequeños, como una bacteria. Si bien uno podría estirar la verdad y llamar a esto un rayo tractor de Star Wars, hay una diferencia de 1000 millones entre mover una bacteria y la masa de una nave estelar).

Dicho todo esto, se puede argumentar que el sable de luz no es un rayo láser, sino que está compuesto por un plasma gaseoso de alta temperatura o un tubo similar al plasma. Los plasmas son descargas gaseosas de alta temperatura que consisten en electrones e iones a temperaturas de alrededor de 5000 a 10.000 ºC o más, y están representados por la descarga de gas dentro de un tubo fluorescente, un rayo en la atmósfera y el viento solar de plasma que causa la aurora boreal. Pero, ¿cómo crear una varilla estable de plasma en la atmósfera? Una forma es usar un láser de alta potencia y enfocarlo en un punto en el aire de tal manera que tenga espectroscopia de descomposición inducida por láser (LIBS), que crea un punto de plasma en el aire, que luego emite la luz fluorescente de la bola de plasma; luego, mediante el ajuste adecuado de la potencia láser y la alineación óptica, se puede crear un filamento alargado de plasma en el aire. Dicha técnica se ha demostrado en condiciones de laboratorio utilizando un láser de femtosegundos, y podría producir un sable de plasma brillante, aunque con una vida útil limitada. Sin embargo, varias de las cuestiones mencionadas anteriormente todavía limitarían la utilidad de este sable de plasma.

Así que, en resumen, algunos de los aspectos físicos del sable de luz pueden demostrarse como teóricamente posibles, pero muchas de las características prácticas están órdenes de magnitud lejos de la realidad. Pero aun así sería divertido intentarlo.

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Mark Csele

Profesor, Fotónica, Niagara College, Canadá

Te sorprendería cuántas veces me han preguntado esto.

Primero, consideremos usar un láser (mi opción favorita). Considera un haz de luz hecho de un láser potente. Una de las cualidades interesantes de la luz láser es que está colimada, viaja en un haz recto que tiene poca divergencia. Una linterna normal, por ejemplo, siempre tendrá un haz que se extiende a medida que viaja, sin importar lo que hagas con la óptica, pero el haz coherente de un láser puede tener una propagación sorprendentemente escasa. Mantendrá su “poder” para cortar/destruir/etc. durante una larga distancia (ya sea 10 cm, 1 m o tal vez incluso 100 m). Desde ese punto de vista, sería ideal para nuestro sable de luz.

El problema es que la luz simplemente no se detiene en el espacio libre. Para construir un sable de luz tendríamos que idear una manera de que esos fotones de radiación viajen unos 1,5 m y luego se detengan mágicamente, y eso está mucho más allá de nuestra comprensión de la física. No estoy diciendo que no podamos encontrar una manera de hacerlo (hace cien años la división del átomo parecía bastante poco realista), pero nuestra comprensión actual de la física dice que esto simplemente no es posible.

¿Podríamos usar una partícula que no sea un fotón? Digamos, algo así como un pión, que puede viajar una distancia fija y luego decaer (y al hacerlo “detenerse”)? Tal vez, pero no sabemos de ninguna partícula que mantenga la letalidad hasta algún momento en el que simplemente desaparezcan. Tal vez algún día podamos “diseñar” tal partícula, pero hoy en día, esto es estrictamente material de la ciencia ficción. Podría añadir que los aceleradores de partículas son bestias enormes en términos de kilómetros de longitud: el láser es una mejor apuesta para la miniaturización.

Tal vez el mejor enfoque, utilizando la tecnología actual, sería un plasma: una corriente caliente de moléculas de gas ionizado confinadas por un gran campo magnético. Esto requeriría un suministro de gas. Sin embargo, el campo magnético de confinamiento es la parte difícil, sería enorme y requeriría una inmensa cantidad de energía, por lo que, no lo suficientemente pequeño como para caber en la palma de la mano, pero al menos “viable” en teoría con la tecnología actual.

De vuelta al láser, el problema es que el haz se detenga en el espacio libre. Bueno, es más o menos posible hacer esto ahora mismo. De hecho, nuestra comprensión actual de la física nos permite detener o “congelar” los fotones dentro de un cristal. Si esto pudiera aplicarse al “eje” del sable de luz, y hacerse en el espacio libre en lugar de un cristal fotónico, podría ser posible crear un haz de luz de 1 m de largo en el que la radiación permanezca atrapada dentro de esa área (y si la potencia es lo suficientemente alta, cualquier cosa que toque ese haz sería destruida).

Ahora, atrapar algunos fotones en un cristal dentro de un laboratorio (se ha hecho) y hacer un sable de luz de mano son dos cosas diferentes, pero al menos la física básica, aunque “todavía no está en ese punto”, al menos soporta la idea de un haz de luz atrapado.

Pero no lo busques en tu tienda de armas local todavía. (Estoy pensando en la escena de Terminator con el rifle de plasma).

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Lorin Matthews

Profesor de Física, Universidad de Baylor

Un sable de luz es, al menos según Wikipedia, un plasma confinado magnéticamente. Eso tiene sentido, ya que una cosa para la que los sables de luz son buenos es cortar varios materiales, y ya usamos antorchas de plasma para cortar materiales densos como el acero. Sin embargo, las llamas utilizadas en una antorcha de plasma miden solo unas pocas pulgadas de largo, ya que la antorcha es gas ionizante que fluye a través de una boquilla. A poca distancia de los electrodos dentro de la antorcha, los electrones e iones del gas han chocado con el gas neutro en la atmósfera y han perdido energía.

Así que el problema es sostener el plasma, evitar que las partículas de plasma choquen con el aire neutro y extender la distancia sobre la que el plasma tiene energía.

En realidad, se pueden confinar partículas cargadas (plasma) en una botella magnética, pero el problema es que la “botella” tiene fugas en ambos extremos, por lo que el plasma escapa rápidamente. La física actual de vanguardia hace uso de un campo magnético para confinar plasmas, especialmente para el uso de reactores de fusión. Para evitar el hecho de que una botella lineal tenga fugas en ambos extremos, las líneas del campo magnético se curvan para crear una rosquilla, ¡sin extremos! Sin embargo, el plasma todavía se filtra en diferentes direcciones, entre otros problemas, y los campos magnéticos necesarios son bastante complejos. (Es por eso que todavía no tenemos energía de fusión, pero estamos trabajando en ello).

Volviendo al sable de luz: el campo magnético contendrá las partículas cargadas, pero no tiene ningún efecto sobre las partículas de gas neutro en el aire. Tal vez esto es lo que determina la longitud del sable de luz, y el plasma tendría que ser muy denso hacia la empuñadura y decaer hacia el final. Ten en cuenta que el campo magnético no tiene ningún efecto sobre las partículas neutras, por lo que no puedes mantener el gas atmosférico fuera de la botella magnética.

El color del brillo del plasma está determinado por los niveles de energía atómica en el gas que se ioniza. Por lo tanto, los plasmas de neón son rojos y los plasmas de argón son rosado-púrpuras y los plasmas de oxígeno tienden a ser verdes. El artículo de Wikipedia dice que el color del sable de luz está controlado por un “cristal kyber”. Esto es cierto para los láseres, donde el color de la luz láser está controlado por los niveles de transición de los electrones en el material cristalino, pero no es cierto para un plasma. Para obtener diferentes colores, el sable de luz necesitaría usar diferentes gases o excitar un nivel de energía diferente para las transiciones de electrones. Un Jedi fuerte podría usar la fuerza para cambiar la energía y excitar un nivel de transición diferente, pero en una atmósfera similar a la tierra, el gas primario es el nitrógeno, por lo que el brillo será azul-púrpura. Dicho esto, echa un vistazo a los colores de la aurora (luces del norte): el plasma del viento solar se dirige a la atmósfera de la tierra por el campo magnético de la tierra, y a diferentes altitudes (y energías) se excitan muchos gases diferentes, produciendo una variedad de colores.

Una de las características importantes del sable de luz es que puede ser desviado por otro sable de luz. En este caso, el plasma tendría que ser realmente denso, al menos tan denso como el acero. Esto depende de lo bien que esté diseñada la botella magnética para atrapar el plasma. No solo tendría que atrapar el plasma, sino recolectar gas extra de la atmósfera circundante para concentrarlo en una densidad lo suficientemente alta. (Pregunta: ¿funciona un sable de luz en el espacio exterior?). Supongo que es posible que pueda haber una configuración de los campos magnéticos de tal manera que los campos magnéticos de dos sables de luz diferentes se repelan entre sí.

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