Клинок
Зачем разбирать прибор, а не сюжет
Корабль и врата я уже разбирал: там допущение сидит в сюжетной необходимости, и вытаскивать его приходится через мотив автора. С прибором проще и жёстче. У прибора узкая функция и много наблюдаемых свойств. Свойства можно перечислить, а физику проверить арифметикой. Если механизм противоречив, это видно на счёте, а не на интерпретации.
Беру световой меч из «Звёздных войн» Джорджа Лукаса. Вердикт «возможно / невозможно» ничего не стоит, и выносить его я не буду. Задача другая: вычесть из конструкции всё, что объясняется известной физикой, и точно назвать, что остаётся неизвестным. Этот остаток и есть содержание разбора.
Что мы обязаны объяснить
Свойства, которые показаны в кадре многократно и последовательно. В рамках канона — то есть внутри принятого мира фильмов — это данные, а не допущения.
ФАКТ Клинок кончается примерно на метре. За остриём ничего нет.
ФАКТ Он светится вбок по всей длине. Значит, излучает в стороны и непрерывно теряет энергию.
ФАКТ Режет сталь, камень, переборки. Рез чистый, без лужи расплава под разрезом.
ФАКТ Клинки сталкиваются друг с другом и отбивают выстрелы. Есть материалы, которые клинок не берёт.
ФАКТ Вся масса в рукояти. У клинка почти нет инерции: он не запаздывает за движением кисти.
ФАКТ Рукоять держат голой рукой в двадцати сантиметрах от режущей поверхности.
Шесть пунктов. Дальше я не добавляю ничего от себя.
Первый ход: это не луч
Свет в вакууме не останавливается. Луч, который кончается, требует, чтобы на конце что-то стояло, а там ничего нет. Либо перед нами не свет, либо на конце стоит поле. Второе означает, что прибор — это поле, а луч тут ни при чём.
Обычное объяснение — «плазма, удержанная магнитным полем» — задачу не решает, а переименовывает. Плазма — газ, разогретый так, что атомы потеряли часть электронов. Магнитная ловушка держит её давлением поля снаружи, и для этого ей нужны витки, охватывающие объём со всех сторон, как в термоядерных установках. Здесь витков нет. Объём торчит консольно, как балкон без подпорок, и замыкать его надо с открытого конца, в метре от единственного источника. Слово «магнитное» работает как этикетка, снятая с работающей установки и наклеенная на неработающую схему.
ТЕЗИС Клинок — не луч, а поверхность. Замкнутая оболочка, ограничивающая область с высокой плотностью энергии. Свечение — граничный слой, ионизованный воздух на оболочке.
Такое прочтение даром объясняет четыре свойства. Фиксированная длина: у тела есть размер, у луча его нет. Столкновение клинков: две границы взаимодействуют, а два луча прошли бы друг сквозь друга. Отсутствие массы внутри. Резка как контакт границы с веществом.
Второй ход: счёт энергии
Стальная переборка толщиной пять сантиметров, клинок идёт сквозь неё со скоростью около десяти сантиметров в секунду, ширина реза около сантиметра. Каждую секунду клинок проходит объём 0,05 м × 0,01 м × 0,1 м = 5·10⁻⁵ м³. При плотности стали 7 850 кг/м³ это около 0,4 кг в секунду.
Нагреть сталь от комнатной температуры и расплавить стоит порядка 1,3 МДж/кг. Довести до полного испарения — около 7 МДж/кг.
ФАКТ Если металл только плавится и вытекает, нужно 0,4 кг/с × 1,3 МДж/кг ≈ 5·10⁵ Вт. Если испаряется — 0,4 × 7 ≈ 3·10⁶ Вт. Рез в кадре чистый, лужи под дверью нет. Значит, металл испаряется. Значит, мегаватты, непрерывно, часами, из рукояти длиной двадцать пять сантиметров.
ТЕЗИС Химия отпадает на три-четыре порядка. Час резки при 3 МВт — это 10¹⁰ Дж. Рукоять весит около килограмма. Лучший литий-ионный аккумулятор хранит около 1 МДж на килограмм, горючее вместе с окислителем — около 10 МДж. Разрыв — от тысячи до десяти тысяч раз. Деление ядер отпадает по массе конструкции: реактор с защитой в кулак не уложить. Остаётся аннигиляция — встреча вещества с антивеществом, при которой вся масса уходит в энергию, — либо просто постулированный источник.
Это второй узел, и он неустраним. Но он не специфичен для меча, так же он висит над любым ручным энергетическим оружием. Выношу его за скобки и помечаю честно.
Третий ход: куда девается вещество
Мегаватт, вложенный в рез, уходит в испарённый металл, а тот расширяется примерно в тысячу раз по объёму. Уйти ему некуда, кроме как вдоль реза, вперёд по ходу клинка. Назад, на владельца, его не пустит непроницаемая оболочка: иначе она не непроницаемая и не режет. В кадре нет ни факела впереди клинка, ни брызг.
ТЕЗИС Оболочка не только режет, но и поглощает продукты реза либо уводит их. Это третье требование к той же поверхности, и оно жёстче первых двух: граница должна быть непроницаема для вещества снаружи внутрь и при этом забирать это вещество.
Отдельный счёт — излучение. Клинок светится, значит, отдаёт энергию, даже когда ничего не режет.
Клинок длиной метр и диаметром два сантиметра. Его боковая поверхность π · 0,02 м · 1 м ≈ 0,06 м². Если свечение тепловое, как у раскалённого тела, цвет задаёт температуру. Голубой цвет означает десять тысяч кельвинов и больше. Возьму заведомо заниженные пять тысяч. Мощность, которую отдаёт квадратный метр такой поверхности, считается по закону Стефана—Больцмана: σT⁴ = 5,67·10⁻⁸ · 5000⁴ ≈ 3,5·10⁷ Вт/м².
ФАКТ С боковой поверхности уходит порядка двух мегаватт излучения. Это тот же порядок, что весь бюджет реза, а при честной для голубого цвета температуре — в десять раз больше. Клинок излучал бы мегаватты постоянно, вися в воздухе и ничего не касаясь.
Значит, источник нужен не только при резке, а всё время, пока клинок включён. На расстоянии тридцати сантиметров от клинка на лицо приходится порядка мегаватта на квадратный метр. Полуденное солнце даёт один киловатт, то есть здесь светит тысяча солнц. Кожа обугливается за доли секунды.
Выход один, и он стоит дорого. Светящийся слой должен быть оптически тонким, то есть полупрозрачным для собственного света. Ионизованный воздух в таком слое светится отдельными линиями спектра, как неоновая вывеска, и отдаёт на порядки меньше, чем раскалённое тело той же температуры. Тогда цвет клинка ничего не говорит о его температуре, а яркость обманчива.
ТЕЗИС Четвёртое требование к оболочке: быть оптически тонкой снаружи и при этом непрозрачной для теплового потока к владельцу.
ОТКРЫТО Если свечение всё же тепловое, как у раскалённого тела, конструкция нерабочая по построению: владелец гибнет от собственного оружия раньше, чем доносит его до цели.
Что остаётся после вычитания
Узел не в том, «как сделать луч». Единственный настоящий узел формулируется так:
ОТКРЫТО Механизм, удерживающий область высокой плотности энергии со свободной границей: без внешнего контура, без опоры, консольно.
Всё остальное — следствия: резка, столкновение клинков, конечная длина, отсутствие отдачи, отсутствие факела. Один узел, шесть наблюдаемых свойств.
При этом к границе набралось четыре требования сразу. Стоять без опоры. Резать контактом. Забирать продукты реза. Пропускать наружу свет и не пропускать тепло. Четыре требования — много для одного объекта, и совместимы ли они между собой, я не проверял. Проверить нечем.
Тот же узел стоит в кротовых норах. Там всё держится на чём-то, что удерживает горловину против её собственного схлопывания. Разные жанры, одна дырка. Совпадение здесь не случайно: обе конструкции требуют границы, которая стоит сама, и обе умалчивают, чем она стоит.
Инверсия
Кто умеет ограничить самостоящую энергетическую поверхность на метре, умеет ограничить её и на ста метрах. И не в форме стержня, а в форме плоскости.
Меч — худшая реализация этой технологии. Длину клинка задают длина руки и хореография поединка, а не физика. Форму задаёт то, что зрителю нужен фехтовальный обмен ударами.
Экономический след ещё резче. Это единственное оружие, у которого весь расход в рукояти, а боеприпаса нет вообще. Такая вещь отменяет стрелковое оружие как класс: стрелять нечем и незачем, когда есть управляемая режущая плоскость. А в мире фильмов бластеры остались, и остались массовыми.
ТЕЗИС Меч существует не потому, что эффективен, а потому, что нужна дуэль. Тот же ход, что «корабль обязан разбиться, чтобы стать вещдоком».
Проверяемость
Разбор ломается, если найдётся способ ограничить энергию без границы, то есть объяснить конечную длину клинка без поверхности. Такой кандидат один: затухание. Луч гаснет на метре, потому что его поглощает воздух. Он объясняет длину и боковое свечение. Но он не объясняет столкновение клинков и резку стали: у пучка, погасшего к метру, на острие нет мегаватта.
Второе слабое место. Рез я считал по испарению, опираясь на отсутствие расплава в кадре. Если допустить, что расплав есть и его просто не показали, мощность падает вшестеро, до сотен киловатт. Химия всё равно не проходит, вывод держится, но запас становится меньше, чем мне хотелось бы.
Болт: клинок, который отпустили
Наблюдаемое
ФАКТ Болт — заряд бластера — имеет конечную длину, сантиметров тридцать, и виден в полёте целиком.
ФАКТ Летит медленно. Взгляд его обгоняет, персонажи уклоняются. Порядок — десятки метров в секунду, а не сотни тысяч километров, как у света.
ФАКТ Светится вбок по всей длине.
ФАКТ Не расширяется. Форма держится на десятках метров.
ФАКТ Отбивается клинком, рикошетит от поверхностей.
ФАКТ При попадании даёт локальный прожог. Без взрыва, без ударной волны.
Отсечение
Лазер отпадает сразу по трём пунктам: свет не виден сбоку без рассеивающей среды вроде дыма, не летит медленно и не имеет длины.
Плазменный сгусток отпадает по четвёртому. Плазма, которую ничто не держит, при десяти тысячах кельвинов разлетается со скоростью теплового движения ионов, около двух-трёх километров в секунду. Сгусток в несколько сантиметров размывается за десятки микросекунд и успевает пролететь лишь сантиметры. Чтобы держать форму на пятидесяти метрах при скорости порядка ста метров в секунду, то есть полсекунды полёта, нужна граница.
ТЕЗИС Болт — тот же объект, что клинок, только отстёгнутый. Замкнутая самоудерживающаяся оболочка с энергией внутри. У меча она привязана к рукояти, у бластера выпущена.
Столкновение болта с клинком перестаёт быть аномалией. Это контакт двух границ одного типа, как контакт двух клинков.
Узел этой главы: автономность
Клинок держит источник, который у него под рукой. Болт держится сам, в свободном полёте, без питания.
ТЕЗИС Оболочка — не результат непрерывного удержания извне, а метастабильное состояние: устойчивое на время, но с конечным сроком жизни, как возбуждённый атом до высвечивания.
Требование сильное, и оно задним числом ломает картину предыдущей главы. Если такое состояние существует, рукоять не удерживает клинок постоянно. Она его поджигает и подпитывает. Меч оказывается привязанной серией болтов, а не единым полем.
ОТКРЫТО Что задаёт время жизни. Механизм распада остаётся неизвестным.
Противоречие с промахами закрывается дёшево. Запас энергии в оболочке конечен, значит, болт гаснет — просто дальше, чем бьёт. Дальность поражения меньше дальности полёта, и промах не улетает в бесконечность, а тухнет за кадром, где его никто не ждёт. Наблюдение «промахи улетают» означает лишь то, что камера за ними не следит.
Счёт энергии — и другое число
Прожог навылет через тело: канал диаметром около двух сантиметров и длиной сантиметров двадцать, то есть около 60 граммов ткани. Ткань — в основном вода. Нагреть и испарить килограмм воды стоит около 2,5 МДж.
ФАКТ На выстрел — порядка 150 килоджоулей. Батарея на сотню выстрелов — около 15 мегаджоулей, или 4 кВт·ч. По запасённой энергии это аккумулятор электроскутера, килограммов двадцать сегодняшних литий-ионных элементов. Тяжело для пистолета, но это уровень существующей техники. Вопрос остаётся к плотности энергии и к мощности разряда.
Сотня выстрелов против мегаватт из первой главы: час включённого меча — это 10¹⁰ Дж и больше, почти в тысячу раз больше, чем вся батарея бластера. Отсюда вывод, ради которого глава и написана.
ТЕЗИС Бластер дёшев. Меч чудовищно дорог. Обычная интуиция обратная: меч кажется примитивнее, бластер технологичнее. Она перевёрнута. Меч требует источника, работающего непрерывно и на порядки мощнее. Там, где есть меч, бластер — побочный продукт, тривиальный, как спичка при наличии домны.
Инверсия
Если оболочку можно отстегнуть, оптимальное оружие — не пистолет с одним болтом, а рассеиватель. Сотня мелких оболочек веером, без прицеливания. Их не отобьёшь клинком.
Меч работает ровно потому, что болты выпускают по одному, медленно и по прямой.
ТЕЗИС Фехтование против стрелка возможно не из-за мастерства фехтовальщика, а из-за конструкции оружия противника. Конструкция выбрана так, чтобы фехтование было возможно.
Меч и бластер — один прибор в двух режимах. Их взаимный баланс держится не физикой, а тем же требованием дуэли, что и длина клинка.
Проверяемость
Разбор держится на допущении, что видимая скорость болта настоящая, а не приём монтажа. Если болт летит быстро, а в кадре замедлен, конструкция с метастабильной оболочкой рушится: за микросекунды полёта плазменный сгусток расплыться не успеет, и обычная плазма проходит.
Опровергает это допущение одно наблюдение: персонажи уклоняются от болтов уже после выстрела. Человек начинает движение через 0,15–0,2 секунды после сигнала. Чтобы успеть уклониться на дистанции двадцати метров, болт должен лететь медленнее ста метров в секунду. От пули, которая на такой дистанции долетает за сотые доли секунды, не уклоняется никто. Значит, замедление не монтажное.