"Pajzsok fel!" - ez az első sorrend, amely a végtelen sorozatban a "Star Trek" szörnyű hangot ad Kirk kapitánynak a legénységének; A parancs engedelmeskedik, a legénység bekapcsolja azokat az erőtereket, amelyek célja az "Enterprise" űrhajó védelme az ellenséges tűz ellen.
A Star Trek történetében az erőtér olyan fontos, hogy állapota jól meghatározza a csata eredményét. Amint az erőtér energiája kimerül, és a Vállalat hajótestje robbantani kezd, minél tovább, annál több zúzás; végül a vereség elkerülhetetlenné válik.
Mi tehát a védő erőtér? A tudományos fantasztikus filmben ez egy megtévesztően egyszerű dolog: egy vékony, láthatatlan, mégis áthatolhatatlan akadály, amely képes a lézernyalábok és rakéták azonos könnyedén tükrözni. Első pillantásra az erőtér annyira egyszerűnek tűnik, hogy az azon alapuló harci pajzsok létrehozása - és hamarosan - elkerülhetetlennek tűnik. Tehát arra számíthat, hogy nem ma vagy holnap valamely vállalkozó feltaláló bejelenti, hogy sikerült megszereznie egy védőerő mezőt. De az igazság sokkal bonyolultabb.
Mint Edison izzó, amely radikálisan megváltoztatta a modern civilizációt, az erőtér kivétel nélkül mélyen befolyásolja életünk minden aspektusát. A katonaság az erőtér használatával sebezhetetlenné válna, áthatolhatatlan pajzsot hozva létre az ellenséges rakéták és golyók alapján. Elméletileg hidak, nagy autópályák és utak létrehozhatók egy gombnyomással. Az egész város a sivatagban gyűlne fel, mint a varázslat; minden benne, a felhőkarcolókig, kizárólag az erőtérből épül fel. A város feletti erőtér-kupolák lehetővé tennék lakóik számára, hogy önkényesen befolyásolják az időjárási eseményeket - viharszeleket, hóviharokat, tornádókat. Az erőtér biztonságos lombkorona alatt az óceánok aljára is építkezhetnek városok. Üveg, acél és beton teljesen elhagyható,az összes építőanyag cseréje erőtérrel.
De furcsa módon az erőtér egyike azoknak a jelenségeknek, amelyek rendkívül nehéz reprodukálni a laboratóriumban. Egyes fizikusok még azt is hiszik, hogy ezt a tulajdonságok megváltoztatása nélkül egyáltalán nem lehet megtenni.
Michael Faraday
A fizikai mező fogalma a 19. század nagy brit tudósának munkáiból származik. Michael Faraday.
Promóciós videó:
Faraday szülei a munkásosztályhoz tartoztak (apja kovács volt). Ő maga az 1800-as évek elején. tanítványa volt a könyvkötőnek, és meglehetősen nyomorúságos létezést váltott ki. A fiatal Faraday-t azonban lenyűgözte a tudomány nemrégiben történt áttörése - két új erő, az elektromosság és a mágnesesség titokzatos tulajdonságainak felfedezése. Alig várta az összes rendelkezésre álló információt ezekről a kérdésekről, és Humphrey Davy professzor előadásain vett részt a londoni Királyi Intézetben.
Davy professzor egy sikertelen kémiai kísérlet során súlyosan megsérült a szemén; szüksége volt egy titkárra, és ő vitte Faraday-t erre a posztra. Fokozatosan a fiatalember elnyerte a Királyi Intézet tudósainak bizalmát, és képes volt saját fontos kísérleteit elvégezni, bár gyakran el kellett viselnie elutasító hozzáállását. Az évek során Davy professzor egyre inkább féltékeny lett tehetséges fiatal asszisztense sikereire, akit kezdetben a kísérleti körökben emelkedő csillagnak tartottak, és idővel eltakarta maga Davy dicsőségét. Csak Davy 1829-es halála után kapott Faraday tudományos szabadságot, és egész sor megdöbbentő felfedezést tett. Eredményeik olyan villamos generátorok létrehozása volt, amelyek egész városokat energiával láttak el, és megváltoztatták a világ civilizációjának menetét.
Faraday legnagyobb felfedezéseinek kulcsa az erő vagy a fizikai mezők voltak. Ha vasszálakat helyez egy mágnesre, és rázza, akkor kiderül, hogy a bélések olyan mintába illeszkednek, amely hasonlít a pókhálóra, és elfoglalja a mágnes körüli teret. A "háló szálai" a Faraday erővonalai. Világosan megmutatják, hogy az elektromos és mágneses mezők hogyan oszlanak meg az űrben. Például, ha grafikusan ábrázolja a Föld mágneses mezőjét, akkor észreveszi, hogy a vonalak valahol az Északi-sark térségéből származnak, majd visszatérnek és ismét a Déli-sarkvidéki földbe kerülnek. Hasonlóképpen, ha ábrázolja a villám elektromos mező erővonalait a zivatar idején, akkor kiderül, hogy ezek a villám csúcsán konvergálnak.
A Faraday számára üres hely egyáltalán nem volt üres; tele volt olyan erővonalakkal, amelyek távoli tárgyakat mozgatni tudtak.
(Faraday rossz ifjúsága megakadályozta, hogy formális oktatásban részesüljen, és kevés ismerete volt a matematikáról; ennek eredményeként jegyzetfüzeteit nem egyenletek és képletek töltötték meg, hanem kézzel rajzolt mezõvonalas ábrákkal. Ironikus módon a matematikai ismeretek hiánya késztette csodálatos ábrákat. erővonalak, amelyek ma minden fizikai tankönyvben láthatók. A fizikai kép a tudományban sokkal fontosabb, mint a leírására használt matematikai készülék.)
A történészek sok feltevést fogalmaztak meg arról, hogy mi vezetett Faraday-hoz a fizikai mezők felfedezéséhez - ez a világ tudományának egyik legfontosabb fogalma. Valójában az összes modern fizika, kivétel nélkül, a Faraday mezők nyelvén van írva. 1831-ben Faraday kulcsfontosságú felfedezést tett a fizikai mezők területén, amely örökre megváltoztatta civilizációnkat. Egy nap, miközben a mágnest - egy gyermekjátékot - vette a huzalkereten, észrevette, hogy a keretben elektromos áram keletkezik, bár a mágnes nem érinti azt. Ez azt jelentette, hogy a mágnes láthatatlan tere miatt az elektronok távolról mozoghatnak, áramot képezve.
Faraday erőmezői, amelyeket addig a pillanatig haszontalan képnek tekintették, a tétlen fantázia gyümölcse, valódi anyagi erőnek bizonyultak, amely képes tárgyakat mozgatni és energiát generálni. Ma biztosan mondhatjuk, hogy az oldal olvasásához használt fényforrást Faraday elektromágneses felfedezései hajtják. A forgó mágnes egy olyan mezőt hoz létre, amely benyomja az elektronokat a vezetőben, és mozgásba hozza őket, létrehozva egy olyan elektromos áramot, amely azután felhasználható az izzó táplálására. A villamosenergia-termelők ezen az elven alapulnak, és energiát szolgáltatnak a világ minden városában. Például egy vízlépcső, amely egy gáttól esik le, egy turbina óriási mágnesét forgatja; a mágnes benyomja az elektronokat a huzalban, áramot képezve; áram, viszonta nagyfeszültségű vezetékeken keresztül otthonunkba áramlik.
Más szavakkal, Michael Faraday erõmezerei azok a erõk, amelyek hajtják a modern civilizációt, annak minden megnyilvánulásakor - az elektromos mozdonyoktól a legújabb számítógépes rendszerekig, az internetig és a zsebszámítógépekig.
Másfél évszázadon keresztül a Faraday fizikai terepe inspirálta a fizikusok további kutatásait. Például Einsteint annyira erősen befolyásolták, hogy a gravitációs elméletét a fizikai terek nyelvén fogalmazta meg. Faraday alkotásai rám is erõs benyomást tettek. Néhány évvel ezelőtt sikeresen megfogalmaztam a húr elméletét a Faraday fizikai mezők szempontjából, ezáltal megalapozva a húr mező elmélet alapját. A fizikában azt mondani, hogy valakire erőszakos vonalak szerint gondolkodik, az az ember számára komoly bókot jelent.
Négy alapvető kölcsönhatás
A fizika egyik legnagyobb eredménye az elmúlt két évezredben az univerzumot uralkodó négyféle interakció azonosítása és meghatározása volt. Mindegyik leírható azon mezők nyelvén, amelyekhez tartozunk Faraday-val. Sajnos azonban a négy faj közül egyik sem rendelkezik a teljes tudományos fantasztikus könyvben ismertetett erőtér teljes tulajdonságával. Soroljuk fel az ilyen típusú interakciókat.
1. Gravitáció. A csendes erő, amely megakadályozza a lábunkat, hogy távozzon. Nem engedi, hogy a Föld és a csillagok összeomlanak, segít megőrizni a Naprendszer és a Galaxis integritását. Gravitáció nélkül a bolygó forogása mintegy 1000 mérföldes sebességgel rúgna fel minket a Földről és az űrbe. A probléma az, hogy a gravitáció tulajdonságai pontosan ellentétesek a fantasztikus erőtér tulajdonságaival. A gravitáció a vonzás ereje, nem a visszatérés; rendkívül gyenge - természetesen viszonylag; óriási, csillagászati távolságokon működik. Más szavakkal, szinte az ellenkezője a sima, vékony, áthatolhatatlan akadálynak, amely szinte bármilyen tudományos fantasztikus regényben vagy filmben megtalálható. Például egy tollat a talajhoz vonz az egész bolygó - a Föld,de könnyen legyőzhetjük a Föld gravitációját, és egy ujjal felemelhetjük a tollat. Az egyik ujjunk ütközése legyőzheti az egész bolygó gravitációját, amelynek súlya meghaladja a hat trillió kilogrammot.
2. Elektromágnesesség (EM). Az az erő, amely megvilágítja városunkat. A lézerek, a rádió, a televízió, a modern elektronika, a számítógépek, az internet, az elektromosság, a mágnesesség mind az elektromágneses kölcsönhatások megnyilvánulásának következményei. Ez valószínűleg a leghasznosabb erő, amelyet az emberiség a történelem folyamán kiaknázott. A gravitációtól eltérően, vonzerőként és visszatükröződésként is képes működni. Számos okból azonban nem alkalmas az erőtér szerepére. Először is könnyen semlegesíthető. Például műanyag vagy bármilyen más nem vezető anyag könnyen behatolhat egy erős elektromos vagy mágneses mezőbe. Egy mágneses mezőbe dobott műanyag darab szabadon repül át rajta. Másodszor, az elektromágnesesség nagy távolságra hat, nem könnyű síkban koncentrálni. Az EM kölcsönhatás törvényeit James Clerk Maxwell egyenletei írják le, és úgy tűnik, hogy az erőtér nem oldja meg az egyenleteket.
3 és 4. Erős és gyenge nukleáris kölcsönhatások. A gyenge interakció a radioaktív bomlás erő, amely melegíti a Föld radioaktív magját. Ez az erő a vulkánkitörések, földrengések és a kontinentális tányérok sodródásának mögött rejlik. Az erős kölcsönhatás nem teszi lehetővé az atommagok morzsolódását; energiát szolgáltat a napnak és a csillagoknak, és felelős a világegyetem megvilágításáért. A probléma az, hogy a nukleáris kölcsönhatás csak nagyon kis távolságra működik, főleg az atommagban. Annyira szorosan kapcsolódik magának a tulajdonságainak, hogy rendkívül nehéz ellenőrizni. Jelenleg csak kétféle módon tudunk befolyásolni ezt az interakciót: egy szubatomi részecskét darabokra bonthatunk egy gyorsítóban, vagy robbanhatunk egy atombomba.
Noha a tudományos fantasztikus védelem nem felel meg az ismert fizikai törvényeknek, vannak olyan kiskapuk, amelyek valószínűleg lehetővé teszik az erőtér létrehozását a jövőben. Először is, van egy ötödik típusú alapvető interakció, amelyet még senki nem látott a laboratóriumban. Kiderülhet például, hogy ez az interakció csak néhány hüvelyk lábtól mért távolságra működik - és nem csillagászati távolságokon. (Igaz, az ötödik típusú interakció észlelésének első kísérlete negatív eredményeket hozott.)
Másodszor, előfordulhat, hogy a plazmát utánozzuk az erőtér egyes tulajdonságainak. A plazma az "anyag negyedik állapota". Az első három, nekünk ismerős anyagállapot szilárd, folyékony és gáznemű; mindazonáltal az univerzumban az anyag leggyakoribb formája a plazma: ionizált atomokból álló gáz. A plazma atomjai nincsenek összekapcsolva, elektronok nélkül, tehát elektromos töltéssel rendelkeznek. Elektromos és mágneses mezőkkel könnyen vezérelhetők.
Az univerzum látható anyaga nagyrészt különféle plazma formájában létezik; belőle a nap, a csillagok és a csillagközi gáz alakul ki. A hétköznapi életben szinte soha nem találkozunk plazmával, mert a Földön ez a jelenség ritka; mindazonáltal a plazma látható. Csak annyit kell tennie, hogy megnézi a villámot, a napot vagy a plazma TV-képernyőt.
Plazma ablakok
Mint fentebb megjegyeztük, ha a gázt kellően magas hőmérsékletre hevítik és így plazmát kapnak, akkor mágneses és elektromos mezők segítségével meg lehet tartani és alakítani. Például a plazma lehet lemez vagy ablaküveg alakú. Ezenkívül egy ilyen "plazmaablak" elválasztásként használható a vákuum és a normál levegő között. Elvileg így így lehetne tartani a levegőt az űrhajó belsejében, megakadályozva annak kijutását az űrbe; A plazma ebben az esetben egy kényelmes átlátszó héjat képez, amely a határ a nyitott tér és a hajó között.
A Star Trek-ben az erőtér részben annak a rekesznek a szigetelésére szolgál, ahol a kis űrrepülőgép található, és ahonnan a világűrből indul. És ez nem csak egy okos trükk, hogy pénzt takarítson meg a dekoráción; ilyen átlátszó láthatatlan film létrehozható.
A plazmaablakot 1995-ben találta fel Eddie Gershkovich fizikus a Brookhaven Nemzeti Laboratóriumban (Long Island, New York). Ezt az eszközt egy másik probléma megoldása során fejlesztették ki - a fémek elektronsugárral történő hegesztésének problémáját. A hegesztőgép acetilén-fáklyája meleg gázáramjal megolvasztja a fémet, majd összekapcsolja a fémdarabokat. Ismeretes, hogy az elektronnyaláb gyorsabban, tisztábban és olcsóbban képes hegeszteni a fémeket, mint a hagyományos hegesztési módszerek. Az elektronhegesztési módszer fő problémája az, hogy azt vákuumban kell végrehajtani. Ez a követelmény nagyon kényelmetlen, mivel azt jelenti, hogy vákuumkamrát kell építeni - talán egy teljes helyiség méretére.
A probléma megoldására Dr. Gershkovich feltalálta a plazmaablakot. Ez a készülék csak 3 láb magas és 1 láb átmérőjű; felmelegíti a gázt 6500 ° C hőmérsékletre, és így plazmát hoz létre, amely azonnal beleesik az elektromos és mágneses mező csapdájába. A plazma részecskék, akárcsak bármely gáz részecskéi, olyan nyomást gyakorolnak, amely megakadályozza a levegő bejutását és a vákuumkamra feltöltését. (Ha plazmaablakban használják, az argon kékes fényt bocsát ki, akárcsak a Star Trek erőtere.)
A plazmaablak nyilvánvalóan széles körben alkalmazható az űriparban és az iparban. Még az iparban is a mikromagazolás és a száraz maratás gyakran vákuumot igényel, de a gyártási eljárásban nagyon költséges lehet. De most, a plazmaablak feltalálásával, a vákuum tartása egy gombnyomással egyszerű és olcsó lesz.
De használható-e egy plazmaablak áthatolhatatlan pajzsként? Meg fogja-e védeni az ágyú lövését? Elképzelhető, hogy a jövőben sokkal magasabb energiájú és hőmérsékleti plazmaablakok jelennek meg, amelyek elegendőek az benne eső tárgyak elpárolgásához. De a tudományos fantasztikus ismeretekkel bíró, valósághűbb erőtér létrehozásához több technológia többrétegű kombinációjára lesz szükség. Egy réteg önmagában nem elég erős ahhoz, hogy megállítsa az ágyúgömböt, de együtt több réteg is elegendő lehet.
Próbáljuk meg elképzelni egy ilyen erőtér szerkezetét. A külső réteget, mint például egy feltöltött plazmaablakot, olyan hőmérsékletre hevítik, amely elegendő a fémek párologtatásához. A második réteg lehet egy nagy energiájú lézernyaláb függöny. Az ezer, egymást keresztező lézernyaláb függöny olyan térbeli rácsot hoz létre, amely melegíti az áthaladó tárgyakat és hatékonyan elpárologtatja őket. A lézerekről a következő fejezetben fogunk többet beszélni.
Ezenkívül a lézerfüggöny mögött el lehet képzelni a "szén nanocsövek" - az egyes szénatomokból álló apró csövek térbeli rácsát - egy vastagságú falakkal. Így a csövek sokszor erősebbek, mint az acél. A világ leghosszabb szén nanocsövek jelenleg csak körülbelül 15 mm hosszúak, de már előre tudhatjuk azt a napot, amikor tetszőleges hosszúságú szén nanocsöveket tudunk készíteni. Tegyük fel, hogy a térbeli hálózat meg lehet szövött a szén nanocsövekből; ebben az esetben egy rendkívül tartós képernyőt kapunk, amely a legtöbb tárgyat képes tükrözni. Ez a képernyő láthatatlan lesz, mivel az egyes nanocsövek vastagsága összehasonlítható egy atommal, de a szén nanocsövek térbeli hálózata meghaladja bármely más szilárdságú anyagot.
Tehát okunk van azt hinni, hogy a plazmaablak, a lézerfüggöny és a szén nanocsövek képernyője kombinációként szolgálhat szinte áthatolhatatlan, láthatatlan fal létrehozásához.
De még egy ilyen többrétegű pajzs sem fogja megmutatni az összes tulajdonságot, amelyet a tudományos fantasztikus egy erőtérnek tulajdonít. Tehát átlátszó lesz, ami azt jelenti, hogy nem lesz képes megállítani a lézernyalábot. A lézeres ágyúkkal folytatott csatában többrétegű pajzsunk haszontalan lesz.
A lézersugár megállításához az árnyékolásnak a fentiek mellett erősen kifejezett tulajdonságú "fotokromatikus" vagy változó átlátszósággal kell rendelkeznie. Jelenleg az ilyen jellemzőkkel bíró anyagokat használják olyan napszemüveg gyártásában, amely sötétedhet, ha ultraibolya sugárzásnak van kitéve. Az anyag változó átlátszóságát olyan molekulák alkalmazásával érik el, amelyek legalább két állapotban létezhetnek. A molekulák egyik állapotában egy ilyen anyag átlátszó. Az ultraibolya sugárzás hatására a molekulák azonnal egy másik állapotba kerülnek, és az anyag elveszíti átlátszóságát.
Lehet, hogy egy nap képesek leszünk nanotechnológiával olyan anyagot előállítani, amely olyan erős, mint a szén nanocsövek, és megváltoztathatja annak optikai tulajdonságait, ha egy lézersugárral van kitéve. Az ilyen anyagból készült pajzs nemcsak a részecskeáramlást vagy az ágyúhéjat, hanem a lézeres csapást is megállítja. Jelenleg azonban nincs olyan változó átlátszóságú anyag, amely megállíthatja a lézernyalábot.
Mágneses lebegés
A tudományos fikcióban az erőtér egy másik funkciót lát el a sugárfegyverekkel szembeni rázkódás mellett, nevezetesen olyan támasztékként szolgálnak, amely lehetővé teszi a gravitációs erő leküzdését. A Háttérbe a jövőbe Michael Fox lebegő- vagy úszódeszkát lovagol; ez a dolog mindenben egy ismerős gördeszkára hasonlít, csak a levegőn keresztül "fut" a föld felszíne felett. A fizikai törvények, amint ma ismerjük őket, nem engedik meg ilyen gravitációellenes eszköz megvalósítását (amint azt a 10. fejezetben látni fogjuk). Elképzelheti a jövőben más eszközök - úszó táblák és úszó autók mágneses párnán - létrehozását is. ezek a gépek lehetővé teszik számunkra, hogy nagy tárgyakat könnyen felemeljünk és tartsunk. A jövőben, ha a "szobahőmérsékleti szupravezető képesség" megfizethető valósággá válik,egy személy a mágneses terek képességeinek segítségével képes tárgyakat a levegőbe emelni.
Ha egy állandó mágnes északi pólusát az ugyanazon mágnes másik északi pólusához vezetjük, akkor a mágnesek taszítják egymást. (Ha az egyik mágnest megfordítjuk, és a déli pólusával a másik északi pólusához vezetjük, két mágnes vonzódik.) Ugyanezen elv - hogy ugyanazok a mágnesek pólusai visszatükröződjenek - fel lehet használni a hatalmas súlyok emelését a földről. Több országban már épülnek a műszakilag fejlett mágneses felfüggesztésű vonatok. Az ilyen vonatok nem a cipzárak mentén haladnak, hanem egy minimális távolságra; a közönséges mágnesek tartják őket súlyban Úgy tűnik, hogy a vonatok lebegnek a levegőben, és a nulla súrlódásnak köszönhetően rekordsebességet érhetnek el.
A világ első automatizált mágneses felfüggesztésű szállítórendszerét 1984-ben indították el a brit városban, Birminghamben. Összekapcsolta a nemzetközi repülőtér terminálját és a közeli vasútállomást. A mágneses lebegő vonatok Németországban, Japánban és Koreában is működnek, bár a legtöbbet nem nagy sebességre tervezték. Az első nagysebességű mágneses lebegő vonat elindult egy pálya futó szakaszán Sanghajban; ez a vonat az autópálya mentén 431 km / h sebességig halad. A Yamanashi prefektúrában lévő japán maglev vonat 581 km / h sebességre gyorsult fel, vagyis sokkal gyorsabban haladt, mint a kerekeken használt hagyományos vonatok.
A mágnesesen függesztett eszközök azonban rendkívül drágák. A hatékonyság növelésének egyik módja a szupravezetők használata, amelyek az abszolút nullához közeli hőmérsékletre hűtve teljesen elveszítik elektromos ellenállásukat. A szupravezetõség jelenségét 1911-ben fedezte fel Heike Kamerling-Onnes. Ennek lényege az volt, hogy egyes anyagok 20 K alatti hőmérsékletre (20 ° abszolút nulla feletti hőmérsékletre) lehűtve elveszítik az összes elektromos ellenállást. Általában a fém lehűtésekor az elektromos ellenállása fokozatosan csökken. {A helyzet az, hogy az atomok véletlenszerű rezgései zavarják az elektronok irányított mozgását a vezetőben. A hőmérséklet csökkenésével a véletlenszerű ingadozások tartománya csökken, és az elektromosság kevesebb ellenállást élvez.) De Kamerling-Onnes saját meghökkentésére megállapította.hogy bizonyos anyagok ellenállása egy bizonyos kritikus hőmérsékleten hirtelen nullára esik.
A fizikusok azonnal megértették ennek az eredménynek a fontosságát. Jelentős mennyiségű villamos energiát veszítenek a távvezetékekben nagy távolságra. De ha az ellenállást meg lehetne szüntetni, akkor az elektromosság szinte semmi esetre bárhová átvihető. Általában véve, hogy egy zárt körben gerjesztett villamos áram több millió évig áramolhat benne energiaveszteség nélkül. Ezen túlmenően ezekből a rendkívüli áramokból nem lenne nehéz hihetetlen teljesítményű mágneseket létrehozni. És ilyen mágnesekkel hatalmas rakományokat lehet tenni erőfeszítés nélkül.
A szupravezetők csodálatos lehetőségei ellenére használata nagyon nehéz. Nagyon drága nagy mágneseket tartani a rendkívül hideg folyadékok tartályaiban. A folyadékok hidegen tartásához hatalmas hideg üzemekre lesz szükség, amelyek emelik a szupravezető mágnesek költségeit az ég magasra, és veszteségessé teszik őket.
De a fizikusok egy nap képesek létrehozni egy anyagot, amely megőrzi a szupravezető tulajdonságokat, még akkor is, ha szobahőmérsékletre hevítik őket. Szobahőmérsékleten a szupravezető képesség a szilárdtest fizikusok szent grálja. Az ilyen anyagok előállítása valószínűleg a második ipari forradalom kezdete. Az erős mágneses mezők, amelyek képesek az autókat és a vonatokat felfüggeszteni, olyan olcsók lesznek, hogy még a „csúszó autók” is gazdaságilag életképesek lehetnek. Nagyon valószínű, hogy a szupravezetők feltalálásával, amelyek megőrzik tulajdonságaikat szobahőmérsékleten, a fantasztikus repülőgépek, amelyeket a „Vissza a jövőbe”, a „Kisebbségi jelentés” és a „Csillagok háborúja” filmekben látunk, valósággá válnak.
Elvileg elképzelhető, hogy egy személy felvihessen egy szupravezető mágnesekből készült speciális övet, amely lehetővé teszi számára, hogy szabadon szabadon mozogjon a föld felett. Egy ilyen övvel repülhetne a levegőben, mint a Superman. A szobahőmérsékleti szupravezető képesség általában olyan figyelemre méltó jelenség, hogy az ilyen szupravezetők találmányát és felhasználását számos tudományos fantasztikus regény (például a Ringworldről szóló regények sorozatát készítette, Larry Niven 1970-ben) ismerteti.
A fizikusok évtizedek óta sikertelenül keresnek olyan anyagokat, amelyek szobahőmérsékleten szupravezető képesek lennének. Unalmas, unalmas folyamat volt - próba-és hibakeresés, az anyag tesztelése a másik után. De 1986-ban felfedezték az anyagok új osztályát, amelyeket "magas hőmérsékletű szupravezetőknek" hívtak; ezek az anyagok szupravezető képességet kaptak, ha az abszolút nulla, vagy 90 K feletti hőmérséklete 90 ° C volt. Ez a felfedezés valódi szenzációvá vált a fizika világában. Úgy tűnt, hogy kinyílt a légzsák. Hónapok után a fizikusok versenyeztek egymással, hogy új szupravezető világrekordot állítsanak fel. Egy ideig úgy tűnt, hogy a szobahőmérsékletű szupravezető képesség eltűnik a tudományos fantasztikus regények oldalán, és valósággá válik. De a gyors fejlődés több éve után a magas hőmérsékletű szupravezetők területén folytatott kutatás lelassult.
Jelenleg a magas hőmérsékletű szupravezetők világrekordja az anyaghoz tartozik, amely egy réz, kalcium, bárium, tallium és higany komplex oxidja, amely 138 K (-135 ° C) hőmérsékleten szupravezetővé válik. Ez a viszonylag magas hőmérséklet még mindig nagyon távol van a szobahőmérséklettől. De ez is fontos mérföldkő. A nitrogén 77 K hőmérsékleten folyékonyvá válik, és a folyékony nitrogén körülbelül ugyanolyanba kerül, mint a szokásos tej. Ezért a magas hőmérsékletű szupravezetők hűtéséhez szokásos folyékony nitrogént lehet használni, ez olcsó. (Természetesen a szupravezetők, amelyek szobahőmérsékleten így maradnak, egyáltalán nem igénylik hűtést.)
Egy másik dolog kellemetlen. Jelenleg nincs olyan elmélet, amely magyarázatot adna a magas hőmérsékletű szupravezetők tulajdonságaira. Sőt, egy vállalkozó fizikus, aki el tudja magyarázni, hogyan működnek, Nobel-díjat kap. (Az ismert magas hőmérsékletű szupravezetőkben az atomok különálló rétegekbe vannak osztva. Sok fizikus szerint a kerámia anyag rétegezése az elektronok szabadon mozoghat az egyes rétegeken belül, ezáltal szupravezető képességet teremtve. De hogyan és miért történik ez, még mindig rejtély.)
A tudás hiánya arra kényszeríti a fizikusokat, hogy kísérleteken és hibákon keresztül régimódi módon keressenek új magas hőmérsékletű szupravezetőket. Ez azt jelenti, hogy a hírhedt szobahőmérsékleti szupravezető képesség bármikor, holnap, egy év alatt felfedezhető, vagy egyáltalán nem. Senki sem tudja, mikor találnak ilyen tulajdonságokkal rendelkező anyagot, és hogy egyáltalán megtalálhatók-e.
De ha a szupravezetőket szobahőmérsékleten fedezik fel, felfedezésük valószínűleg hatalmas hullámot generál új találmányok és kereskedelmi alkalmazások számára. Az egymilliószor erősebb mágneses mezők, mint a föld mágneses tere (ami 0,5 gauss) válhat közhelyszerűvé.
Az összes szupravezetőhöz tartozó tulajdonságot Meissner-effektusnak nevezzük. Ha a mágnest egy szupravezető fölé helyezi, akkor a mágnes lebeg a levegőben, mintha valamilyen láthatatlan erő támogatná. [A Meissner-effektus oka az, hogy a mágnesnek megvan az a tulajdonsága, hogy saját „tükörképét” hozzon létre a szupravezető belsejében, így a valódi mágnes és annak visszatükröződése visszaszorítja egymást. Ennek a hatásnak egy másik grafikus magyarázata az, hogy a szupravezető áthatolhatatlan a mágneses mezőhöz. Ez valamilyen módon kitolja a mágneses teret. Ezért, ha egy mágnest egy szupravezető fölé helyez, a mágnes erővonalai torzulnak, amikor a szupravezetővel érintkeznek. Ezek az erővonalak felfelé nyomják a mágnest, és lebegnek.)
Ha az emberiség megkapja a lehetőséget a Meissner-effektus alkalmazására, akkor elképzelheti a jövő autópályáját egy ilyen speciális kerámia bevonattal. Ezután az övünkre vagy az autó aljára helyezett mágnesek segítségével varázslatosan lebeghetünk az út fölé, és súrlódás vagy energiavesztés nélkül rohanhatunk rendeltetési helyünkre.
A Meissner-effektus csak mágneses anyagokkal, például fémekkel működik, de a szupravezető mágnesek felhasználhatók a nem-mágneses anyagok lebegőképességére is, úgynevezett paramágnesek vagy gyémántok. Ezek az anyagok önmagukban nem mágnesesek; csak külső mágneses mező jelenlétében és befolyása alatt szerezzék meg őket. A paramágnákat külső mágnes vonzza, a diamágneseket taszítják.
Például a víz diamagnetikus. Mivel az élőlények vízből készülnek, ők is lebeghetnek egy erős mágneses mező jelenlétében. Körülbelül 15 T mágneses indukciójú mezőn (30.000-szer hatalmasabb, mint a Föld mágneses mezője) a tudósoknak sikerült kis állatokat, például békákat lebegtetni. De ha a szobahőmérsékleten a szupravezető képesség valósággá válik, akkor lehetséges a nem nem mágneses tárgyakat a levegőbe emelni, kihasználva diamagnetikai tulajdonságaikat.
Összegzésként megjegyezzük, hogy az erőtér-mezők abban a formában, amelyben azokat általában a fantasztikus irodalomban írják le, nem egyeznek meg az univerzumunk négy alapvető kölcsönhatásának a leírásával. Feltételezhető azonban, hogy egy személy többrétegű pajzsok segítségével képes lesz utánozni a kitalált mezők sok tulajdonságát, beleértve plazmaablakokat, lézerfüggönyöket, szén nanocsöveket és változó átlátszóságú anyagokat. De a valóságban egy ilyen pajzs csak néhány évtizedben, sőt egy évszázadban is kifejleszthető. És ha szobahőmérsékleten szupravezető képességet fedeznek fel, az emberiségnek lehetősége lesz erős mágneses mezőket használni; talán segítségükkel lesz lehetséges autók és vonatok levegőbe emelése, amint azt a tudományos fantasztikus filmekben láthatjuk.
Mindezt figyelembe véve az erőmezőket a lehetetlenség I. osztályába sorolhatom, vagyis úgy definiálom őket, mint valami lehetetlent a mai technológiák számára, de körülbelül a következő évszázadon belül módosított formában alkalmazzák őket.