Mấy bài đăng gần đây về việc dùng vũ khí động năng chống lại Borg làm tao tò mò – một quả ngư lôi photon giải phóng năng lượng kiểu gì vậy?
Đầu tiên, định nghĩa – Vũ khí động năng là một vật thể trơ được phóng đi với vận tốc cao, dựa vào khối lượng và động lượng của nó để tạo ra một lượng lớn năng lượng động học. Súng thông thường, súng ray, súng phóng khối lượng, v.v… đều là vũ khí động năng. Các loại vũ khí khác cũng có thể tạo ra năng lượng động học, nhưng không phù hợp với định nghĩa “vũ khí động năng”.
Nói về Ngư lôi Photon nào.
Ngư lôi Photon là một loại vũ khí vật chất/phản vật chất có khả năng warp. Cụ thể, deuterium và anti-deuterium được tách ra bởi các bộ duy trì từ trường, và sự sụp đổ của các từ trường đó đẩy vật liệu lại với nhau khi kích nổ dẫn đến giải phóng năng lượng (TNG Technical Manual, trang 128).
Ý chính xác là gì? Sự hủy diệt vật chất-phản vật chất là sự va chạm của một hạt hạ nguyên tử với một phản hạt, dẫn đến giải phóng photon. Tùy thuộc vào mức năng lượng của vụ va chạm, có thể có các “hạt nặng kỳ lạ” khác được giải phóng. Và, như mọi khi, định luật bảo toàn động lượng và năng lượng được tuân thủ trong phản ứng này.
Trên mặt đất, trong khí quyển của một hành tinh, sự nổ của một chất nổ dẫn đến năng lượng nhiệt (quả cầu lửa), năng lượng bức xạ (photon), năng lượng động học (chuyển động của hạt / âm thanh / sóng xung kích), năng lượng hóa học (tao đoán vậy), năng lượng điện từ (các photon khác, như tia gamma), và sự chuyển giao vật chất, chính nó là một sự chuyển giao năng lượng. Nó rất lộn xộn.
Còn trong không gian thì sao? Trong không gian không có khí quyển để truyền nhiệt, âm thanh, v.v…, vì vậy chúng ta chỉ còn lại ánh sáng và các bức xạ điện từ khác (photon), và các hạt. Các hạt có nhiệt độ.
Năng lượng nhiệt độ/nhiệt LÀ năng lượng động học. Tất cả năng lượng nhiệt đều là năng lượng động học, vì nhiệt độ là thước đo độ rung động động học… mặc dù không phải tất cả năng lượng động học đều là năng lượng nhiệt.
Đi sâu hơn một chút về Năng lượng Động học.
Năng lượng động học tỷ lệ thuận với khối lượng của một vật thể và bình phương vận tốc của nó. Nhìn chung, ngư lôi photon có cả khối lượng và vận tốc, và thông qua định luật bảo toàn, chúng ta biết rằng năng lượng động học sẽ được truyền theo hướng bay khi va chạm. Nhưng phần lớn sức mạnh hủy diệt của ngư lôi được cung cấp bởi photon và các hạt sinh ra từ vụ nổ đầu đạn.
Các hạt trước:
Công thức tính năng lượng động học là ĐH = 1/2 m v^2, trong đó m = khối lượng và v = vận tốc. Lưu ý rằng điều này chỉ đúng đối với các vật thể có khối lượng, và khi vận tốc của chúng nhỏ hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng, c, (ví dụ: các vật thể ở trạng thái nghỉ tương đối). Vì vậy, các hạt ngư lôi photon truyền năng lượng động học từ động lượng và nhiệt độ của chúng khi va chạm, tùy thuộc vào vật chúng va chạm. Khiên/thân tàu/giáp đều được thiết kế để hoặc làm lệch hướng (chuyển hướng năng lượng đó bằng NĂNG LƯỢNG nhiều hơn, ví dụ: các biện pháp chủ động), hoặc hấp thụ năng lượng đó một cách hiệu quả (các biện pháp thụ động). Nhưng bất kể các hạt va chạm vào cái gì và điều gì xảy ra tiếp theo, chúng đều mang theo năng lượng động học và đó là mục đích của chúng.
Đến lượt Photon:
Hầu hết năng lượng do ngư lôi photon tạo ra được mang bởi photon. Điều này có ý nghĩa cả theo trực giác (nó được gọi là ngư lôi photon), và trong vũ trụ (sự nổ vật chất/phản vật chất được thiết kế để trộn lẫn hoàn hảo nhất có thể, 1:1, nghĩa là bạn nhận được hầu hết là photon từ nó).
Thuyết tương đối hẹp của Einstein giúp chúng ta ở đây.
Công thức trên để tính năng lượng động học chỉ hoạt động đối với vật chất. Nhưng Einstein đã đưa ra một công thức hoạt động đối với cả vật chất VÀ ánh sáng. Công thức đó là E2 = P2 c2 + m2 c^4, trong đó P = động lượng. Đối với vật chất, về cơ bản không có động lượng (một lần nữa, tương đối), P~=0 và bạn có E = m c^2. Đối với ánh sáng, không có khối lượng nhưng có động lượng, E = P c. Đọc lại lần nữa: ánh sáng có động lượng, điều đó cũng có nghĩa là photon có động lượng.
Ngoài ra – vì photon không có khối lượng, TOÀN BỘ năng lượng của chúng là do động lượng của chúng, điều đó có nghĩa là tất cả năng lượng photon là năng lượng động học. Đây là một phần lý do tại sao buồm mặt trời có thể hoạt động. Đây là cách một con tàu vũ trụ siêu nhỏ do laser đẩy có thể được đẩy đến gần tốc độ ánh sáng trong đời chúng ta, và đó là lý do tại sao cái bóng đèn quay với những cánh quạt màu đen một bên và trắng một bên, QUAY: mặt trắng phản xạ phần lớn ánh sáng, nhưng mặt đen hấp thụ nhiều nhiệt và năng lượng động học hơn (và một lần nữa, chúng là một). Ngay cả nhiệt được hấp thụ cũng được phát ra lại dưới dạng nhiều photon hơn (làm mát) với năng lượng động học riêng của chúng, tiếp tục đẩy cánh quạt.
Kết luận: Ngư lôi photon tạo ra năng lượng động học khi chúng nổ, nhưng chúng không phải là vũ khí động năng theo định nghĩa.
Tao tin điều này cũng có thể áp dụng cho Phaser – Phaser phát ra “Hạt Nadion”, là hư cấu, nhưng hợp lý khi cho rằng đây là các hạt có năng lượng rất cao lại phát ra photon. Hạt Nadion có thể được bắn thành một “chùm liên tục” trên những khoảng cách rất xa, làm cho chúng trở thành vũ khí không gian hiệu quả – nhưng chúng vẫn là vũ khí chủ yếu gây ra Năng lượng Động học cho mục tiêu của chúng.
Vì vậy, khi chúng ta nói về việc máy bay không người lái Borg bị bắn bởi thuyền trưởng Picard trên Holodeck, sử dụng Vũ khí động năng (thật hay mô phỏng), tao nghĩ điều quan trọng cần nhớ là – các loại vũ khí Star Trek hào nhoáng phần lớn cũng gây ra Năng lượng Động học, và bản chất của nỗ lực “thích ứng” của Borg với chúng ĐÃ đang chống lại lực động học.
TL,DR: E=mc2 không có nghĩa là khi “m” bị phá hủy, bạn nhận được “năng lượng thuần túy”. “Năng lượng thuần túy” mô tả một photon, và TOÀN BỘ năng lượng của một photon là động năng.
