Videnskaben haler ind på Star Wars

Hyperfart og lyssværd huserer i Star Wars, men videnskaben er nu tættere på den fjerne galakse end nogensinde før. Filmenes verden har inspireret forskere til nye opdagelser, så vi nu nærmer os en tid med robotlæger og rumskibe, der kan nå lysets hastighed.

Hyperfart og lyssværd huserer i Star Wars, men videnskaben er nu tættere på den fjerne galakse end nogensinde før. Filmenes verden har inspireret forskere til nye opdagelser, så vi nu nærmer os en tid med robotlæger og rumskibe, der kan nå lysets hastighed.

For længe siden i en galakse langt, langt borte susede mennesker afsted i rumskibe hurtigere end lysets hastighed og udkæmpede gnistrende dueller med lyssværd.

De fik robotarme, førte samtaler med 3D-hologrammer og udslettede hele stjernesystemer med megavåben på størrelse med planeter.

Teknologien i Star Wars-universet har altid været langt foran virkeligheden, men rundtomkring i forskernes laboratorier er ægte teknik gradvist ved at hale ind på rumskibe, robotter og lægevidenskab fra filmenes farverige verden.

Ny armprotese minder om denne robotarm fra Star Wars Episode V.

© Star Wars/Lucasfilm

Inspireret af filmene har forskerne gjort en række nye opdagelser og skabt teknologiske landvindinger, som allerede har givet os effektivere sygdomsbehandling, mens astronomer for eksempel finder flere og flere planeter, der til forveksling ligner dem i Star Wars.

Fremover kan vi endda komme til at se supercomputere drevet af fotoner og rumfartøjer, der nærmer sig lysets hastighed.

Medicin

Proteser kan nu styres ved tankens kraft, og virkelighedens svar på Star Wars’ droider står klar til at overtage kirurgernes arbejde.

Torpedoer giver kræftbehandling

I Star Wars-filmen A New Hope fra 1977 gør helten Luke Skywalker kål på Dødsstjernen, en militærbase på størrelse med en måne, ved at ramme basens svageste punkt præcist med protontorpedoer.

I virkelighedens verden har forskere vendt teknikken om og bruger ikke protoner som våben, men til at redde liv.

Inspireret af torpedoernes præcision udvikler forskere såkaldt protonterapi, hvor læger nøjagtigt skyder protoner ind i kroppen for at bekæmpe kræftknuder.

Ved traditionel strålebehandling rammer røntgenstråler en kræftknude med ioniserende stråling – det er stråling, som har energi nok til at rive elektroner ud af atomer og dermed ødelægge de molekyler, som udgør de kræftramte celler.

Røntgenbehandlingen har dog den ulempe, at strålerne også skader raskt væv rundt om kræftknuden.

I Star Wars opererer lægedroider på hospitalerne (venstre). I virkeligheden bruger kirurger robotten da Vinci til komplicerede operationer(højre). I dag skal da Vinci stadig have kommandoer af mennesker, men forskere er ved at udvikle en ny generation af maskinen, som arbejder helt selvstyret.

© Intuitive Surgical & Wookieepedia

Protoner er præcisere.

Læger bruger en partikelaccelerator kaldet en synkrotron, som accelererer protonerne op til et bestemt energiniveau, der kan omregnes til en bestemt dybde i kroppen – præcis dér, hvor knuden befinder sig.

Det meste af energien i protonerne bliver frigivet, samtidig med at partiklerne bremser deres bevægelse gennem vævet.

Ved at placere partiklernes “stoppested” oven i en kræftknude kan lægerne sørge for, at det meste af den skadelige strålingsenergi læsses af i det syge væv og ikke ødelægger raskt væv rundt om knuden.

© Mobius Bionics LLC

Robotarm kan styres ved tankens kraft

Den såkaldte LUKE arm bevæger sig, når man tænker på det, og kan endda bringe fingerfølelsen tilbage ved hjælp af elektroder, som sender signaler fra hjernen til armen og tilbage igen. Armen er inspireret af Star Wars-helten Luke Skywalker, som mister sin hånd og får en virkelighedstro protese.

© Claus Lunau & lotte fredslund

Elektroder fanger hjernesignaler

Elektroder kobles på nervesystemet inde i skulderen. Herfra aflæser de signalerne fra hjernens motoriske cortex, som sender bevægelseskommandoer til hele kroppen via nervebaner.

© Claus Lunau & lotte fredslund

Algoritme styrer motorer

En computerchip tager imod signalerne fra hjernen. En algoritme “oversætter" signalerne til ordrer, der går til små motorer, som bevæger håndled og fingre, så patienten fx kan gribe en bold.

© Claus Lunau & lotte fredslund

Robotfingre sender følelser til hjernen

Sensorer i fingrene måler fx temperatur og tryk. Måledata bliver omkodet og sendt som impulser via elektroderne i skulderen og når den sensoriske cortex, som danner sanseindtryk.

Se robotarmen LUKE Arm i aktion

Teknik

Med laserdrevne rumfartøjer og fotonmanipulation nærmer videnskaben sig lysets hastighed og de mytiske lyssværd.

Hologram viser matematik i 3D

Protonterapi er allerede ved at blive en etableret teknik på operationsgangen, men en anden medicinsk teknologi følger lige i hælene: tredimensionelle hologrammer.

Disse virtuelle projektioner af personer har været en fast bestanddel af Star Wars-universet i løbet af årene. Nu er teknologien modnet i virkeligheden, og forskere er så langt med at kopiere fænomenet, at læger for eksempel kan undersøge kroppens indre organer i tre dimensioner.

Forskere har fået fotoner, som ellers aldrig hænger sammen, til at koble sig i små kæder. Kæderne, som er det tætteste, vi i dag kan komme på Star Wars’ legendariske lyssværd, kan komme i brug i ultrahurtige kvantecomputere.

© Shutterstock & Claus Lunau

Laser rammer rubidium

En sky af rubidium-atomer nedkøles til en milliontedel af en grad over det absolutte nulpunkt, -273,15 °C. Kulden får atomerne til at stå næsten stille. Forskerne sender en ultrasvag laserstråle ind i skyen, så kun få fotoner passerer ad gangen.

© Shutterstock & Claus Lunau

Fotoner laver forbindelser

Inde i skyen hopper fotonerne fra atom til atom. Fotonerne kan ikke binde sig til hinanden, men de kan sammen med et atom danne en hybrid, en polariton. To polaritoner kan koble sig sammen og forbinder dermed også fotonerne til hinanden.

© Shutterstock & Claus Lunau

Fotoner “husker” kobling

Fotonerne er samlet i grupper af tre og har en masse svarende til en brøkdel af en elektron, selvom de normalt er masseløse. Fotonerne slipper rubidium-atomerne igen, når de forlader skyen, men “husker” koblingen fra skyen.

© Shutterstock & Claus Lunau

“Lyssværd” er dannet

Kæden af fotoner er det tætteste, vi kommer på lyssværd, som virker til at bestå af lys i et fast mønster. Fotonkæder kan bruges som kvantebit i kvantecomputere.

Australske Voxon Photonics har for eksempel skabt virkelighedstro 3D-hologrammer i en glaskuppel. Systemet, kaldet VX1, projicerer en halv milliard lyspunkter i sekundet. Genstanden - for eksempel en lever - bliver digitalt skåret op i flere hundrede tværsnit som en meget findelt lagkage.

Hvert enkelt tværsnit projiceres som lys op igennem en skærm, som flytter sig lynhurtigt op og ned og viser hvert lag hurtigere, end øjet kan nå at opfatte forskellen. Dermed opfatter vi et 3D-hologram, selvom der faktisk er mange lag.

Teknologien kan ikke kun bruges inden for lægevidenskaben. Folkene bag vil blandt andet lave hologram-spillekonsoller, hvor spillerne kan dyste med 3D-figurer på skærmen foran sig.

500 millioner lyspunkter bliver projiceret pr. sekund af hologrammaskinen VX1.

Hologrammerne kan desuden bruges til undervisning i skoler, hvor alt fra planeterne i Solsystemet til avancerede matematiske 3D-modeller kan studeres af eleverne fra alle ledder og kanter.

Virkeligheden indhenter Star Wars

Den første Star Wars fra 1977 udgjorde et overflødighedshorn af teknologiske science fiction-drømme.

Da filmen kom, var der stadig syv år til, at den første mobiltelefon kom på markedet, og 25 år til, at den simple robotstøvsuger tog verden med storm, men i filmuniverset vrimlede det med lasere, soldrevne rumskibe og intelligente robotter.

Virkeligheden har siden indhentet en del af Star Wars-teknologierne, som på nogle punkter endda kan virke uddaterede i dag.

I filmene viser computerskærme for eksempel grynede billeder, og vigtige data gemmes i fysiske enheder i stedet for at blive overført via en krypteret internetforbindelse.

Star Wars rummer dog også teknologier, som stadig i dag virker ekstreme – det gælder især de mytiske lyssværd og rumfartøjernes vanvittige hastigheder.

Men også hér kommer videnskaben tættere på filmene, ét lille skridt ad gangen. Videnskabsfolk rundtomkring i verden er ikke afskrækkede af de vildeste Star Wars-teknologier – heller ikke dem, der udfordrer den almindelige fysik.

Rumskibene i Star Wars når således ofte lysets hastighed, og det er faktisk den langsigtede ambition for mange rumfartsingeniører at bygge motorer, som nærmer sig – eller overskrider – lysets hastighed og dermed realistisk set kan nå fjerne galakser.

astronomi

De ekstreme verdener i Star Wars er faktisk ikke urealistiske. Forskere har fundet planeter, som ligner filmenes til forveksling.

Astronomer finder flere og flere ekstreme exoplaneter, som minder om kloderne i Star Wars. Alt fra iskloder til lavaplaneter er de senere år blevet spottet med teleskoper.

© JPL-Caltech/NASA

Dobbeltstjernesystemer: Exoplanet har to solnedgange

Star Wars’ ørkenplanet Tatooine har to sole. Ifølge astronomer kan ca. halvdelen af alle stjernesystemer have to eller tre stjerner. Keplerteleskopet har fx fundet exoplaneten Kepler-16 b, der som Tatooine kredser om to stjerner – i form
af en lille stjerne i kredsløb om en stor.

© Dana Berry/Kepler Mission/NASA

Lavaplaneter: Ekstrem varme smelter jern

I Star Wars findes lavaplaneten Mustafar. I virkeligheden kommer planeten Kepler-10 b tæt på. Den har en masse på tre-fire gange Jordens og er 1,4 gange større i diameter. Kepler-10 b har ingen atmosfære, og temperaturen er 1400 °C i gennemsnit – nok til at smelte jern.

© ESO & Claus lunau

Dybfrosne verdener: Kilometertyk is dækker planet

Planeten OGLE-2005-BLG-390Lb minder så meget om isplaneten Hoth fra Star Wars, at NASA kalder den ved netop dét kælenavn. Planeten er ti år om at nå rundt om sin stjerne, som har en masse, der er fem gange mindre end Solens. Temperaturen på virkelighedens Hoth er -220 °C.

Lyssejl skal nå andre stjerner

I disse år interesserer ingeniører sig især for en “motor”, som ikke bruger brændstof: det såkaldte lyssejl. Fotoner, lysets mindste bestanddele, kan drive et rumfartøj fremad ved at overføre deres energi til en stor flade – et sejl.

Fotoner har ingen masse, men fordi de bevæger sig med, ja lysets hastighed, har de stadig energi, som kan overføres til en flade.

Rumfartøjet StarChip kan nå 20 pct. af lysets hastighed, hvilket ofte overskrides i Star Wars. StarChip accelererer ved, at fotoner fra lasere på Jorden “skubber” et sejl. Laserstrålerne justerer retning synkront med hinanden for fortsat at ramme sejlet mange km væk fra Jorden.

© claus lunau

Selvom hver foton kun overfører en lille smule energi, kan lyspartiklerne blive ved med at ramme et sejl over hundredtusindvis af kilometer.

Samtidig er rummet fri for luftmodstand og friktion, som bremser. Forskere mener derfor, at lyssejl potentielt kan nå helt op på 20 procent af lysets hastighed.

Hvis det lykkes at nå så høje hastigheder, kan vi for eksempel nå ud til den nærmeste stjerne uden for Solsystemet, Proxima Centauri, på nogle årtier.

I dag har rumsonden Voyager 1 for eksempel krydset Solsystemets grænse, men det vil tage 75.000 år, før den når Proxima Centauri.

Nogle lyssejl skal efter planen skubbes af lasere, mens andre fartøjer skal accelerere ved hjælp af Solen. Senest har organisationen The Planetary Society testet det såkaldte LightSail 2, et kvadratisk solsejl på 32 m2.

Sejlet blev foldet ud 23. juli 2019, og fire dage senere havde sejlet, kun ved hjælp af Solens stråler, løftet en minisatellit to kilometer højere op i rummet. Testflyvningen viser, at grundprincippet bag lyssejlene holder: Fotoner alene kan “skubbe” et rumfartøj afsted.

Warpdrev er muligt

I Star Wars kan de hurtigste rumskibe flyve med 1000 gange lysets hastighed, og hvis vi virkelig skal langt ud i universet, skal forskerne gå til grænsen af fysikkens love. Ingeniører hos NASA har undersøgt det såkaldte alcubierredrev.

Ifølge Einstein kan intet objekt bevæge sig hurtigere end lysets hastighed i vakuum, men naturen selv kan bryde denne universelle fartgrænse. Mens det er umuligt for et rumskib at rejse hurtigere end lysets hastighed, kan selve rum-tiden – det stof, universet er gjort af – sagtens udvide sig med en hastighed hurtigere end lysets.

Det skete for eksempel i universets spæde barndom, hvor det udvidede sig voldsomt på brøkdele af et sekund.

2 kilometer er det lykkedes en satellit at stige opad kun ved hjælp af Solens stråler.

Alcubierredrevet udnytter dét fænomen ved at placere et rumskib i en såkaldt warpboble, hvor rum-tiden bag rumskibet udvides, og rum-tiden foran trækkes sammen.

Virkningen skal være, at rumskibet kan flyve hurtigere end lyset båret afsted af den “forskudte” rum-tid. Ingeniørerne står nu over for en række hovedbrud, især dét, at alcubierredrevet skal bruge såkaldt negativ energi for at forvrænge rum-tiden, og negativ energi er fortsat ikke observeret i naturen.

Star Wars-planeten Starkiller Base sluger en hel stjerne for at affyre dens energi. I vores verden kan kun sorte huller sluge stjerner. Forskere observerede i 2018 for første gang, at materiale slynges ud, mens en smuldrende stjerne roterer tættere og tættere på et sort hul.

© Star Wars/Lucasfilm & Sophia Dagnello/NRAO/AUI/NSF

Hvis forskerne realiserer de ekstreme motorer, vil Star Wars ikke blot have sat sit tydelige præg på videnskaben på Jorden.

Filmene vil også være en inspiration, som er med til at skubbe mennesket ud over Solsystemets grænser, så vi ligesom i filmene kan blive en interstellar art.