Команда исследователей из Института физической химии Польской Академии Наук в своей последней работе невольно реабилитировала Джорджа Лукаса. В Лазерном центре института была создана экспериментальная установка, видеозапись работы которой напоминает странную особенность фантастического бластера – стрельбу медленно летящими «энергетическими зарядами».

Создаваемый установкой визуальный эффект отлично копировал киношный и даже превосходил его. На записи создаётся впечатление, что “сгусток энергии” летит по коридору с низкой скоростью. Вытянутый “бластерный заряд” хорошо виден сам и освещает пространство вокруг, как и должен делать движущийся точечный источник света. Такая имитация потребовала сложных расчётов и высочайшей согласованности работы. Впрочем, как и в кино, не обошлось без трюков.

Томас Фок, Юрий Степаненко и Лукаш Венжиньски у лазерной установки в Варшавском университете (фото: IPC PAS).
Томас Фок, Юрий Степаненко и Лукаш Венжиньски у лазерной установки в Варшавском университете (фото: IPC PAS).

Лукас был не первый режиссёр, который сознательно отверг законы физики для большей зрелищности сцен. Однако в фантастической саге “Звёздные войны” это было сделано особенно гротескно и породило мощную волну обсуждений. Наиболее часто критиковали нелепость оружия, которое метает свет будто камни из пращи.

Экспериментальная лазерная установка представляет собой стенд впечатляющих размеров, совсем не похожий на штурмовой бластер E-11. Однако с её помощью впервые достигается эффект летящего «сгустка света». Конечно, на самом деле никто не замедлял лазерный луч. Он по-прежнему достигал противоположного конца лаборатории за миллионные доли секунды. Просто в записи мы видим вторичные процессы, а остальное дорисовывает наше воображение.

Хитрость в том, что длительность каждого импульса составляет несколько фемтосекунд, а излучается он в диапазоне ближнего инфракрасного света и не воспринимается глазом. При мощности установки в десять тераватт такой импульс мгновенно ионизирует воздух и слегка увлекает образовавшиеся ионы за собой световым давлением. Образующиеся сгустки плазмы также существуют доли секунды. Однако на скоростной съёмке можно увидеть, как они начинают двигаться по направлению луча и генерируют вторичное излучение в широком спектре. В него входит диапазон видимого света, поэтому глазом оно воспринимается как ярко-белое.

Следующий импульс поддерживает тающий сгусток плазмы, ионизируя новую порцию воздуха. В результате длинная серия импульсов создаёт множество участков ионизации, которые в записи выглядят как один медленно летящий «сгусток энергии». Наиболее яркая вспышка видна в тот момент, когда лазерные импульсы проходят сквозь облако водяного пара.

Образование плазменного шнура в облаке водяного пара под воздействием серии фемтосекундных лазерных импульсов (фото: Юрий Степаненко / IPC PAS).
Образование плазменного шнура в облаке водяного пара под воздействием серии фемтосекундных лазерных импульсов (фото: Юрий Степаненко / IPC PAS).

Для демонстрации работы фемтосекундного лазера потребовалась бы сверхскоростная камера, снимающая триллионы кадров в секунду. Поэтому авторы пошли на хитрость и проделали эксперимент множество раз, снимая его поэтапно. С лазером была синхронизирована простая камера, снимающая на скорости десять кадров в секунду. Перед каждым экспериментом на установке вводилось другое значение задержки, а объектив камеры перефокусировался дальше. На ролике вы видите смонтированный видеоряд, создающий иллюзию движения одного сгустка плазмы.

Разумеется, цель проще выжечь непосредственно лазером, но суть работы заключалась в другом. Авторы хотели испытать новую методику регистрации ультракоротких импульсов, а попутно показали, что даже откровенно фантастические сцены могут иметь под собой вполне реальную научную основу. Это не отрицание законов физики, а просто их непривычное для нас применение.

Формирование плазменного шнура под действием лазерного излучения (фото: University of Warsaw).
Формирование плазменного шнура под действием лазерного излучения (фото: University of Warsaw).

Пускай оно и не самое рациональное. Подобные сознательные допущения часто необходимы для развития сюжетной линии и раскрытия характеров. От лазерного луча невозможно увернуться, а от медленных плазменных шаров – вполне. Когда обычные люди попадают в непривычные условия, в ком-то из них пробуждается спящий герой. Он быстрее других адаптируется к новому миру, много думает и решительно действует. Это всегда отличало научную фантастику от жанра фэнтези, в котором ключевым персонажам хронически везёт. Они побеждают не силой своего интеллекта, а просто потому, что оказались волшебниками или случайными обладателями артефактов.

Современная наука неотличима от магии, но только для обывателей. Сами исследователи обычно видят границы применимости новых технологий. К примеру, эта лазерная установка не сможет воссоздать подобный эффект в вакууме. Нет воздуха – нечего ионизировать. Даже предварительно выпущенная струя газа быстро рассеивалась бы в пространстве, поэтому перехватчики в «Звёздных войнах» всё же выглядят абсурдно, хоть и стреляют практически также.