„Chráni sa!“- toto je prvý poriadok, ktorý v nekonečnej sérii "Star Trek" dáva drsnému hlasu kapitán Kirk svojej posádke; Poslucháči sa riadia silovými poľami, ktoré sú určené na ochranu kozmickej lode „Enterprise“pred nepriateľskou paľbou.
V deji Star Trek sú silové polia také dôležité, že ich stav môže dobre určiť výsledok bitky. Akonáhle sa vyčerpá energia silového poľa a trup Enterprise začne dostávať rany, tým viac bude drviť; nakoniec sa porážka stane nevyhnutnou.
Čo je to ochranné ochranné pole? V sci-fi je to klamlivo jednoduchá vec: tenká, neviditeľná, ale nepreniknuteľná bariéra schopná rovnomerne odrážať laserové lúče a rakety. Na prvý pohľad sa zdá, že silové pole je také jednoduché, že sa zdá, že vytvorenie - a čoskoro - vytvorenie bojových štítov bude nevyhnutné. Čakáte teda, že nie dnes alebo zajtra nejaký podnikavý vynálezca oznámi, že sa mu podarilo získať pole ochrannej sily. Pravda je však oveľa komplikovanejšia.
Rovnako ako Edisonova žiarovka, ktorá radikálne zmenila modernú civilizáciu, silové pole môže bez výnimky výrazne ovplyvniť všetky aspekty nášho života. Armáda by použila silové pole, aby sa stala nezraniteľnou a vytvorila by nepriestrelný štít pred nepriateľskými raketami a guľkami. Teoreticky by sa dalo jediným dotykom tlačidla vytvoriť mosty, nádherné diaľnice a cesty. Celé mestá by sa objavili na púšti, akoby magicky; všetko v nich, až po mrakodrapy, by bolo postavené výlučne z silových polí. Nútené poľné kopule nad mestami by umožnili svojim obyvateľom ľubovoľne kontrolovať poveternostné udalosti - búrky, snehové búrky, tornáda. Pod bezpečným baldachýnom silového poľa mohli byť mestá budované dokonca aj na dne oceánov. Sklo, oceľ a betón by sa mohli úplne opustiť,nahradenie všetkých stavebných materiálov silovými poliami.
Je však napodiv, že silové pole sa javí ako jeden z tých javov, ktoré sa v laboratóriu dajú veľmi ťažko reprodukovať. Niektorí fyzici dokonca veria, že to nebude možné urobiť vôbec bez zmeny jeho vlastností.
Michael Faraday
Koncept fyzického poľa pochádza z diel veľkého britského vedca 19. storočia. Michael Faraday.
Propagačné video:
Faradayovi rodičia patrili do robotníckej triedy (jeho otec bol kováč). On sám na začiatku 18. storočia. bol učňom pre kníhviazačku a vyviedol dosť nešťastnú existenciu. Mladý Faraday však fascinoval nedávny obrovský prielom vo vede - objav tajomných vlastností dvoch nových síl, elektriny a magnetizmu. Netrpezlivo pohltil všetky informácie, ktoré mal o týchto veciach k dispozícii, a zúčastnil sa prednášok profesora Humphreyho Davyho z Kráľovského inštitútu v Londýne.
Počas neúspešného chemického experimentu profesor Davy raz vážne zranil oči; potreboval sekretárku a na túto pozíciu vzal Faradaya. Mladý muž postupne získal dôveru vedcov v kráľovskú inštitúciu a bol schopný vykonávať svoje vlastné dôležité experimenty, hoci často musel vydržať odmietavý postoj. V priebehu rokov profesor Davy čoraz viac žiarlil na úspechy svojho talentovaného mladého asistenta, ktorý bol spočiatku považovaný za vyrastajúcu hviezdu v experimentálnych kruhoch a postupom času zatienil slávu samotného Davyho. Až po Davyho smrti v roku 1829 dostal Faraday vedeckú slobodu a urobil celý rad prekvapujúcich objavov. Ich výsledkom bolo vytvorenie elektrických generátorov, ktoré dodávali energiu celému mestu a menili priebeh svetovej civilizácie.
Kľúčom k najväčším objavom Faraday boli sily alebo fyzické polia. Ak umiestnite železné piliny na magnet a zatrasiete, ukázalo sa, že piliny zapadajú do vzoru podobného pavučine a zaberajú celý priestor okolo magnetu. „Závity webu“sú Faradayove sily. Jasne ukazujú, ako sú elektrické a magnetické polia distribuované v priestore. Napríklad, ak graficky znázorníte magnetické pole Zeme, zistíte, že čiary pochádzajú niekde v oblasti severného pólu a potom sa vracajú a znova vchádzajú do zeme v oblasti južného pólu. Podobne, ak si počas búrky líšite sily elektrického poľa blesku, ukázalo sa, že sa zbiehajú na špičke blesku.
Prázdne miesto pre Faraday nebolo vôbec prázdne; bolo plné riadkov sily, ktoré mohli spôsobiť pohyb vzdialených objektov.
(Faradayova chudobná mládež mu zabránila v získaní formálneho vzdelania a mal malú znalosť matematiky; výsledkom toho bolo, že jeho zápisníky neboli vyplnené rovnicami a vzorcami, ale ručne nakreslenými diagramami poľných línií. Je iróniou, že to bol jeho nedostatok matematického vzdelania, ktorý ho prinútil vyvinúť veľké diagramy. silové línie, ktoré dnes vidíme v akejkoľvek učebnici fyziky. Fyzický obraz vo vede je často dôležitejší ako matematický aparát, ktorý sa používa na jeho opis.)
Historici predložili mnoho predpokladov o tom, čo presne viedlo Faradaya k objavu fyzických polí - jedného z najdôležitejších konceptov v histórii svetovej vedy. V skutočnosti je všetka moderná fyzika bez výnimky napísaná v jazyku Faradayových polí. V roku 1831 Faraday urobil kľúčový objav v oblasti fyzických polí, ktoré navždy zmenili našu civilizáciu. Jedného dňa, keď niesol magnet - detskú hračku - cez drôtený rám, všimol si, že v rámčeku bol generovaný elektrický prúd, hoci sa ho magnet nedotkol. To znamenalo, že neviditeľné pole magnetu mohlo spôsobiť, že sa elektróny pohybovali na diaľku a vytvorili tak prúd.
Faradayove silové polia, ktoré boli až do tejto chvíle považované za zbytočné obrázky, plody nečinnej fantázie, sa ukázali ako skutočná materiálna sila schopná pohybovať predmetmi a generovať energiu. Dnes môžeme s istotou povedať, že svetelný zdroj, ktorý používate na čítanie tejto stránky, je poháňaný Faradayovými objavmi v oblasti elektromagnetizmu. Rotujúci magnet vytvára pole, ktoré tlačí elektróny vo vodiči a spôsobuje ich pohyb, čím vytvára elektrický prúd, ktorý sa potom môže použiť na napájanie žiarovky. Výrobcovia elektrickej energie sú založené na tomto princípe a dodávajú energiu mestám po celom svete. Napríklad prúd vody padajúcej z priehrady spôsobuje rotáciu obrovského magnetu v turbíne; magnet tlačí elektróny do drôtu a vytvára elektrický prúd; aktuálne, naopak,preteká vysokonapäťovými vodičmi do našich domovov.
Inými slovami, silové polia Michaela Faradaya sú práve tie sily, ktoré poháňajú modernú civilizáciu, všetky jej prejavy - od elektrických lokomotív po najnovšie počítačové systémy, internet a vreckové počítače.
Faradayove fyzikálne polia inšpirovali fyzikálni odborníci stovky a pol storočia ďalší výskum. Napríklad Einstein bol tak silne ovplyvnený, že formuloval svoju teóriu gravitácie v jazyku fyzických polí. Faradayove diela na mňa tiež silne pôsobili. Pred niekoľkými rokmi som úspešne formuloval teóriu strún z hľadiska Faradayových fyzikálnych polí, čím som položil základy teórii strunových polí. Vo fyzike je potrebné povedať, že o niekom, koho si myslí, že je s silou, je potrebné dať tejto osobe vážny kompliment.
Štyri základné interakcie
Jedným z najväčších úspechov fyziky za posledné dve tisícročia bola identifikácia a definícia štyroch typov interakcií, ktoré ovládajú vesmír. Všetci ich možno opísať v jazyku oblastí, ktorým dlhujeme Faraday. Bohužiaľ, žiadny zo štyroch druhov nemá úplné vlastnosti silových polí opísaných vo väčšine kníh sci-fi. Uvádzame zoznam týchto typov interakcie.
1. Gravitácia. Tichá sila, ktorá chráni naše nohy pred opustením podpory. Nedovoľuje rozpadať Zem a hviezdy, pomáha zachovať integritu Slnečnej sústavy a Galaxie. Bez gravitácie by nás točenie planéty vykoplo zo Zeme do vesmíru rýchlosťou 1 000 míľ za hodinu. Problém je v tom, že vlastnosti gravitácie sú presne opačné ako vlastnosti fantastických silových polí. Gravitácia je sila príťažlivosti, nie odporu; je to veľmi slabé - samozrejme, relatívne; Funguje to na obrovských astronomických vzdialenostiach. Inými slovami, je to takmer presný opak plochej, tenkej nepreniknuteľnej bariéry, ktorá sa nachádza takmer v každom románe alebo filme sci-fi. Napríklad perie na zem priťahuje celá planéta - Zem,ale môžeme ľahko prekonať gravitáciu Zeme a zdvihnúť perie jedným prstom. Dopad jedného z našich prstov môže prekonať gravitáciu celej planéty, ktorá váži viac ako šesť biliónov kilogramov.
2. Elektromagnetizmus (EM). Sila, ktorá osvetľuje naše mestá. Lasery, rádio, televízia, moderná elektronika, počítače, internet, elektrina, magnetizmus sú všetky dôsledky prejavu elektromagnetickej interakcie. Je to asi najužitočnejšia sila, ktorú ľudstvo dokázalo využiť v celej svojej histórii. Na rozdiel od gravitácie môže pôsobiť tak pre príťažlivosť, ako aj pre odpor. Nie je však vhodný pre úlohu silového poľa z niekoľkých dôvodov. Najskôr sa dá ľahko neutralizovať. Napríklad plast alebo akýkoľvek iný nevodivý materiál môže ľahko preniknúť do silného elektrického alebo magnetického poľa. Kus plastu vrhnutý do magnetického poľa bude voľne lietať priamo cez neho. Po druhé, elektromagnetizmus pôsobí na veľké vzdialenosti, nie je ľahké ho sústrediť v rovine. Zákony EM interakcie sú opísané rovnicami James Clerk Maxwell, a zdá sa, že silové polia nie sú riešením týchto rovníc.
3 a 4. Silné a slabé jadrové interakcie. Slabá interakcia je sila rádioaktívneho rozpadu, tá, ktorá zahreje rádioaktívne jadro Zeme. Táto sila je za sopečnými erupciami, zemetraseniami a posunom kontinentálnych dosiek. Silná interakcia neumožňuje rozpadať sa jadrá atómov; dodáva energiu slnku a hviezdam a je zodpovedný za osvetlenie vesmíru. Problém je v tom, že jadrová interakcia funguje iba vo veľmi malých vzdialenostiach, väčšinou v atómovom jadre. Je tak silno spojená s vlastnosťami samotného jadra, že je mimoriadne ťažké ho ovládať. V súčasnej dobe vieme len dva spôsoby, ako ovplyvniť túto interakciu: môžeme rozdeliť subatomickú časticu na kúsky urýchľovača alebo vybuchnúť atómovú bombu.
Aj keď ochranné polia sci-fi nedodržiavajú známe fyzikálne zákony, existujú medzery, ktoré pravdepodobne v budúcnosti umožnia vytvorenie silového poľa. Po prvé, možno existuje piaty typ základnej interakcie, ktorú zatiaľ nikto v laboratóriu nevidel. Môže sa napríklad ukázať, že táto interakcia funguje iba vo vzdialenosti niekoľkých centimetrov od nohy - a nie v astronomických vzdialenostiach. (Je pravda, že prvé pokusy zistiť piaty typ interakcie priniesli negatívne výsledky.)
Po druhé, môžeme byť schopní získať plazmu, aby napodobňovala niektoré vlastnosti silového poľa. Plazma je „štvrtý stav hmoty“. Prvé tri, ktoré sú nám známe, sú hmotné, kvapalné a plynné; Najbežnejšou formou hmoty vo vesmíre je plazma: plyn tvorený ionizovanými atómami. Atómy v plazme nie sú navzájom prepojené a neobsahujú elektróny, a preto majú elektrický náboj. Dajú sa ľahko ovládať pomocou elektrického a magnetického poľa.
Viditeľná hmota vesmíru existuje zväčša vo forme rôznych druhov plazmy; Slnko, hviezdy a medzihviezdny plyn z toho vznikajú. V bežnom živote sa plazma takmer nikdy nestretneme, pretože na Zemi je tento jav zriedkavý; napriek tomu je možné vidieť plazmu. Všetko, čo musíte urobiť, je pozrieť sa na blesky, slnko alebo plazmovú televíziu.
Plazmové okná
Ako je uvedené vyššie, ak sa plyn zohreje na dostatočne vysokú teplotu a získa sa tak plazma, potom bude možné magnetické a elektrické pole udržať a tvarovať. Plazma môže mať napríklad tvar tabulového alebo okenného skla. Okrem toho sa také „plazmové okno“môže použiť ako priečka medzi vákuom a bežným vzduchom. Týmto spôsobom by bolo možné v zásade udržať vzduch vo vnútri kozmickej lode a zabrániť tak jej úniku do vesmíru; Plazma v tomto prípade vytvára vhodný priehľadný obal, hranicu medzi otvoreným priestorom a loďou.
V Star Trek sa silové pole sčasti používa na izoláciu priestoru, v ktorom sa nachádza malý kozmický raketoplán, a odkiaľ sa začína od vonkajšieho priestoru. A nie je to len šikovný trik, ako ušetriť peniaze na dekorácie; môže sa vytvoriť taký priehľadný neviditeľný film.
Plazmové okno vynašiel v roku 1995 fyzik Eddie Gershkovich v Národnom laboratóriu v Brookhavene (Long Island, New York). Toto zariadenie bolo vyvinuté v procese riešenia ďalšieho problému - problému zvárania kovov pomocou elektrónového lúča. Zvárací acetylénový horák roztaví kov prúdom horúceho plynu a potom spojí kúsky kovu dohromady. Je známe, že elektrónový lúč je schopný zvárať kovy rýchlejšie, čistejšie a lacnejšie ako bežné spôsoby zvárania. Hlavným problémom pri metóde zvárania elektrónmi je to, že sa musí vykonávať vo vákuu. Táto požiadavka je veľmi nepohodlná, pretože to znamená vybudovanie vákuovej komory - možno veľkosti celej miestnosti.
Gershkovich vynašiel na vyriešenie tohto problému plazmové okno. Toto zariadenie má priemer iba 3 stopy a priemer 1 stopa; ohrieva plyn na teplotu 6500 ° C a vytvára tak plazmu, ktorá okamžite spadne do pasce elektrických a magnetických polí. Plazmové častice, podobne ako častice akéhokoľvek plynu, vyvíjajú tlak, ktorý zabraňuje vháňaniu vzduchu a plneniu vákuovej komory. (Ak sa použije v plazmovom okne, argón vyžaruje namodralú žiaru, presne ako silové pole v Star Trek.)
Plazmové okno bude samozrejme nájsť široké uplatnenie v kozmickom priemysle a priemysle. Dokonca aj v priemysle vyžaduje mikromechanické a suché leptanie vákuum, ale použitie vo výrobnom procese môže byť veľmi drahé. Ale teraz, s vynálezom plazmového okna, bude držanie vákua pri stlačení tlačidla ľahké a lacné.
Môže však byť plazmové okno použité ako nepreniknuteľný štít? Chráni pred výstrelom dela? Je možné si predstaviť vzhľad plazmových okien v budúcnosti s oveľa vyššou energiou a teplotou, ktorá je dostatočná na odparovanie predmetov, ktoré do nich spadajú. Na vytvorenie realistickejšieho silového poľa s vlastnosťami známymi zo sci-fi sa však bude vyžadovať viacvrstvová kombinácia niekoľkých technológií. Každá vrstva nemusí byť sama osebe dostatočne silná na to, aby zastavila delovú guľu, ale spolu môže postačovať niekoľko vrstiev.
Skúsme si predstaviť štruktúru takého silového poľa. Vonkajšia vrstva, ako je napríklad preplňované plazmové okno, sa zahrieva na teplotu postačujúcu na odparovanie kovov. Druhou vrstvou by mohla byť opona vysokoenergetických laserových lúčov. Takáto clona tisícok protínajúcich sa laserových lúčov by vytvorila priestorovú mriežku, ktorá by zahrievala objekty, ktoré ňou prechádzajú, a efektívne ich odparila. O laseroch sa budeme viac baviť v nasledujúcej kapitole.
Ďalej si za laserovou clonou viete predstaviť priestorovú mriežku „uhlíkových nanotrubíc“- malých trubíc, ktoré sa skladajú z jednotlivých atómov uhlíka, pričom steny majú jeden atóm. Rúry sú teda mnohokrát pevnejšie ako oceľ. Najdlhšia uhlíková nanotrubica na svete má v súčasnosti dĺžku len asi 15 mm, ale už teraz môžeme predvídať deň, kedy budeme môcť vytvoriť uhlíkové nanorúrky ľubovoľnej dĺžky. Predpokladajme, že z uhlíkových nanorúrok možno vytvoriť priestorovú sieť; v tomto prípade získame veľmi odolnú obrazovku, ktorá dokáže odrážať väčšinu objektov. Táto obrazovka bude neviditeľná, pretože každá jednotlivá nanotrubica má hrúbku porovnateľnú s atómom, ale priestorová sieť uhlíkových nanorúrok bude silnejšia ako akýkoľvek iný materiál.
Máme teda dôvod predpokladať, že kombinácia plazmového okna, laserovej clony a obrazovky uhlíkových nanorúrok môže slúžiť ako základ na vytvorenie takmer nepreniknuteľnej neviditeľnej steny.
Ale ani taký viacvrstvový štít nedokáže preukázať všetky vlastnosti, ktoré sci-fi pripisuje silovému poľu. Bude to priehľadné, čo znamená, že nebude schopný zastaviť laserový lúč. V boji s laserovými delami budú naše viacvrstvové štíty k ničomu.
Aby sa zastavil laserový lúč, musí mať štít okrem vyššie uvedeného silne výraznú vlastnosť „fotochromatickej“alebo premenlivej priehľadnosti. V súčasnosti sa materiály s takýmito charakteristikami používajú pri výrobe slnečných okuliarov, ktoré môžu stmavnúť, keď sú vystavené UV žiareniu. Premenlivá priehľadnosť materiálu sa dosiahne použitím molekúl, ktoré môžu existovať najmenej v dvoch stavoch. V jednom stave molekúl je taký materiál priehľadný. Ale pod vplyvom UV žiarenia sa molekuly okamžite zmenia na iný stav a materiál stráca svoju priehľadnosť.
Možno jedného dňa budeme môcť použiť nanotechnológiu na získanie látky, ktorá je taká silná ako uhlíkové nanorúrky a schopná zmeniť svoje optické vlastnosti pod vplyvom laserového lúča. Štít vyrobený z takejto látky bude schopný zastaviť nielen tok častíc alebo granáty, ale aj laserový úder. V súčasnosti však neexistujú žiadne materiály s premenlivou priehľadnosťou, ktoré môžu zastaviť laserový lúč.
Magnetická levitácia
V sci-fi slúžia silové polia okrem odpudzovania zásahov z lúčových zbraní ďalšiu funkciu, konkrétne slúžia ako podpora, ktorá vám umožňuje prekonať gravitačnú silu. V filme Späť do budúcnosti Michael Fox jazdí vznášadlom alebo plávajúcou doskou; táto vec sa vo všetkom podobá známemu skateboardu, iba to „jazdí“vzduchom, nad zemským povrchom. Fyzikálne zákony, ako ich poznáme dnes, nedovoľujú implementáciu takého antigravitačného zariadenia (ako uvidíme v kapitole 10). V budúcnosti si však dokážete predstaviť vytvorenie ďalších zariadení - plávajúce dosky a plávajúce autá na magnetickom vankúši; tieto stroje nám umožňujú ľahko zdvíhať a držať veľké predmety. Ak sa v budúcnosti stane „supravodivosť pri izbovej teplote“cenovo dostupnou realitou,osoba bude schopná dvíhať predmety do vzduchu pomocou schopností magnetického poľa.
Ak privedieme severný pól permanentného magnetu na severný pól iného rovnakého magnetu, magnety sa navzájom odpudia. (Ak otočíme jeden z magnetov a privedieme ho s jeho južným pólom k severnému pólu druhého, pritiahnu sa dva magnety.) Rovnaký princíp - že rovnaké póly magnetov sa odpudzujú - sa môže použiť na zdvihnutie veľkých závaží zo zeme. Technicky vyspelé magnetické závesy sa už vyrábajú vo viacerých krajinách. Takéto vlaky sa nezipínajú pozdĺž koľají, ale nad nimi v minimálnej vzdialenosti; obyčajné magnety ich držia na váhe. Zdá sa, že vlaky plávajú vo vzduchu a vďaka nulovému treniu môžu dosiahnuť rekordné rýchlosti.
Prvý komerčný automatizovaný dopravný systém na svete s magnetickým odpružením bol uvedený na trh v roku 1984 v britskom meste Birmingham. Spojilo terminál medzinárodného letiska a neďalekú železničnú stanicu. Magnetické levitačné vlaky fungujú aj v Nemecku, Japonsku a Kórei, hoci väčšina z nich nie je navrhnutá na vysoké rýchlosti. Prvý vysokorýchlostný komerčný magnetický levitačný vlak začal jazdiť na bežiacej časti trate v Šanghaji; tento vlak sa pohybuje po diaľnici rýchlosťou do 431 km / h. Japonský maglevský vlak v prefektúre Yamanashi zrýchlil na rýchlosť 581 km / h - to znamená, že sa pohyboval oveľa rýchlejšie ako konvenčné vlaky na kolesách.
Magneticky zavesené zariadenia sú však mimoriadne drahé. Jedným zo spôsobov, ako zvýšiť ich účinnosť, je použitie supravodičov, ktoré pri ochladení na teplotu blízku absolútnej nule úplne strácajú elektrický odpor. Fenomén supravodivosti objavil v roku 1911 Heike Kamerling-Onnes. Jeho podstatou bolo, že niektoré látky pri ochladení na teplotu pod 20 K (20 ° nad absolútnou nulou) strácajú elektrický odpor. Keď sa kov ochladí, jeho elektrický odpor spravidla klesá. (Faktom je, že náhodné vibrácie atómov narúšajú smerový pohyb elektrónov vo vodiči. Keď teplota klesá, rozsah náhodných výkyvov klesá a elektrina pociťuje menší odpor.) Kamerling-Onnes však k svojmu úžasu zistil, žeže odpor niektorých materiálov pri určitej kritickej teplote prudko klesá na nulu.
Fyzici okamžite pochopili dôležitosť tohto výsledku. Významné množstvo elektriny sa stráca v prenosových vedeních na veľké vzdialenosti. Ak by sa však odpor mohol odstrániť, elektrina by sa mohla preniesť kdekoľvek takmer za nič. Všeobecne platí, že elektrický prúd budený v uzavretom obvode by v ňom mohol cirkulovať bez straty energie milióny rokov. Navyše z týchto mimoriadnych prúdov by nebolo ťažké vytvoriť magnety neuveriteľnej sily. A s takýmito magnetmi by bolo možné bez námahy zdvihnúť obrovské bremená.
Napriek úžasným možnostiam supravodičov je ich použitie veľmi ťažké. Je veľmi drahé držať veľké magnety v nádržiach s mimoriadne studenými tekutinami. Udržiavanie tekutín v chlade by vyžadovalo obrovské chladiarenské závody, ktoré by zvýšili náklady na supravodivé magnety do výšok oblohy a urobili by ich nerentabilnými.
Ale jedného dňa môžu fyzici vytvoriť látku, ktorá si zachováva supravodivé vlastnosti, aj keď je zahriata na izbovú teplotu. Supravodivosť pri izbovej teplote je svätým grálom fyzikov v tuhom stave. Výroba takýchto látok bude pravdepodobne začiatkom druhej priemyselnej revolúcie. Silné magnetické polia, ktoré môžu zadržiavať autá a vlaky, budú také lacné, že aj „kĺzavé autá“môžu byť ekonomicky životaschopné. Je veľmi možné, že vynálezom supravodičov, ktoré si zachovávajú svoje vlastnosti pri izbovej teplote, sa fantastické lietajúce stroje, ktoré vidíme vo filmoch „Späť do budúcnosti“, „Správa o menšinách“a „Hviezdne vojny“, stanú realitou.
V zásade je možné si predstaviť, že človek bude môcť obliecť špeciálny pás vyrobený zo supravodivých magnetov, ktorý mu umožní voľne vznášať nad zemou. S takým pásom by sa dalo lietať vzduchom, ako Superman. Vo všeobecnosti je supravodivosť pri izbovej teplote taký pozoruhodný jav, že vynález a použitie týchto supravodičov je opísané v mnohých románoch sci-fi (ako napríklad v sérii románov o Prsteňovom svete, ktorú vytvoril Larry Niven v roku 1970).
Po celé desaťročia fyzici neúspešne hľadajú látky, ktoré by pri izbovej teplote mali supravodivosť. Bol to únavný, nudný proces - hľadať to pokusom a omylom, testovať jeden materiál za druhým. Ale v roku 1986 bola objavená nová trieda látok, ktoré sa nazývajú „vysokoteplotné supravodiče“; tieto látky získali supravodivosť pri teplotách rádovo 90 ° nad absolútnou nulou alebo 90 K. Tento objav sa stal skutočným pocitom vo svete fyziky. Zdalo sa, že sa otvoril vzduchový uzáver. Mesiac po mesiaci fyzici súťažili o nový svetový rekord pre supravodivosť. Na chvíľu sa dokonca zdalo, že supravodivosť pri izbovej teplote sa zo stránok románov sci-fi asi stratí a stane sa realitou. Po niekoľkých rokoch rýchleho rozvoja sa však výskum v oblasti vysokoteplotných supravodičov začal spomaľovať.
Svetový rekord pre vysokoteplotné supravodiče v súčasnosti patrí k látke, ktorá je komplexným oxidom medi, vápnika, bária, tália a ortuti, ktorá sa stáva supravodivým pri 138 K (-135 ° C). Táto relatívne vysoká teplota je stále veľmi vzdialená od teploty miestnosti. Je to však tiež dôležitý míľnik. Dusík sa stáva kvapalným pri 77 K a náklady na tekutý dusík sú rovnaké ako pri bežnom mlieku. Preto sa na chladenie vysokoteplotných supravodičov môže použiť obyčajný kvapalný dusík, ktorý je lacný. (Samozrejme, supravodiče, ktoré zostávajú pri izbovej teplote, vôbec nevyžadujú chladenie.)
Ďalšia vec je nepríjemná. V súčasnosti neexistuje teória, ktorá by vysvetľovala vlastnosti vysokoteplotných supravodičov. Podnikateľský fyzik, ktorý bude schopný vysvetliť, ako pracujú, navyše získa Nobelovu cenu. (V dobre známych vysokoteplotných supravodičoch sú atómy usporiadané do dobre definovaných vrstiev. Mnoho fyzikov naznačuje, že práve vrstvenie keramického materiálu umožňuje elektrónom voľne sa pohybovať v každej vrstve, čím sa vytvára supravodivosť. Ale ako a prečo sa to stáva, je stále záhadou.)
Nedostatok vedomostí núti fyzikov hľadať nové vysokoteplotné supravodiče staromódnym spôsobom, pomocou pokusov a omylov. To znamená, že notoricky známa supravodivosť pri izbovej teplote sa dá objaviť kedykoľvek, zajtra, za rok alebo nikdy vôbec. Nikto nevie, kedy sa nájde látka s takýmito vlastnosťami a či sa vôbec nájde.
Ak sa však supravodiče objavia pri izbovej teplote, ich objav pravdepodobne vytvorí obrovskú vlnu nových vynálezov a komerčných aplikácií. Magnetické polia miliónkrát silnejšie ako magnetické pole Zeme (0,5 gauss) sa môže stať samozrejmosťou.
Jedna z vlastností, ktorá je súčasťou všetkých supravodičov, sa nazýva Meissnerov efekt. Ak umiestnite magnet na supravodič, magnet sa vznáša vo vzduchu, akoby ho podporovala nejaká neviditeľná sila. [Dôvodom Meissnerovho efektu je to, že magnet má vlastnosť vytvorenia vlastného „zrkadlového obrazu“vo vnútri supravodiča, takže skutočný magnet a jeho odraz sa navzájom odpudzujú. Ďalším grafickým vysvetlením tohto účinku je to, že supravodič je nepriepustný pre magnetické pole. Je to druh vytlačenia magnetického poľa. Preto, ak umiestnite magnet na supravodič, línie sily magnetu sa pri kontakte so supravodičom skreslia. Tieto silové línie tlačia magnet smerom nahor a spôsobujú vznášanie.)
Ak má ľudstvo príležitosť využiť Meissnerov efekt, potom si môžeme predstaviť budúcnosť diaľnice s náterom takejto špeciálnej keramiky. Potom pomocou magnetov umiestnených na našom páse alebo na spodku automobilu sa môžeme magicky vznášať nad cestou a ponáhľať sa do cieľa bez akéhokoľvek trenia alebo straty energie.
Meissnerov efekt funguje iba s magnetickými materiálmi, ako sú kovy, ale supravodivé magnety sa môžu tiež použiť na levitáciu nemagnetických materiálov známych ako paramagnety alebo diamagnety. Samotné tieto látky nie sú magnetické; získavajú ich iba v prítomnosti a pod vplyvom vonkajšieho magnetického poľa. Paramagnety sú priťahované externým magnetom, diamagnety sú odpudzované.
Napríklad voda je diamagnetická. Pretože všetky živé bytosti sú vyrobené z vody, môžu aj levitovať v prítomnosti silného magnetického poľa. V oblasti s magnetickou indukciou asi 15 T (30 000-krát silnejšou ako magnetické pole Zeme) vedci už dokázali prinútiť levitovať malé zvieratá, ako sú napríklad žaby. Ak sa však supravodivosť pri izbovej teplote stane realitou, bude možné do vzduchu nadvihnúť veľké nemagnetické objekty a využiť ich diamagnetické vlastnosti.
Záverom konštatujeme, že silové polia, v ktorých ich literatúra sci-fi bežne popisuje, nesúhlasia s popisom štyroch základných interakcií v našom vesmíre. Dá sa však predpokladať, že človek bude schopný napodobňovať mnohé vlastnosti týchto fiktívnych polí pomocou viacvrstvových štítov vrátane plazmových okien, laserových clon, uhlíkových nanorúrok a látok s premenlivou transparentnosťou. V skutočnosti sa však taký štít môže vyvinúť iba o niekoľko desaťročí alebo dokonca o storočie. A ak sa objaví supravodivosť pri izbovej teplote, bude mať ľudstvo možnosť využiť silné magnetické polia; možno, s ich pomocou, bude možné zdvihnúť autá a vlaky do vzduchu, ako vidíme vo filmoch sci-fi.
Berúc toto všetko do úvahy, klasifikujem silové polia ako triedu I nemožnosti, to znamená, že ich definujem ako niečo nemožné pre dnešné technológie, ale implementované v upravenej podobe približne v priebehu budúceho storočia.