"Skjold opp!" - dette er den første ordren, som i den uendelige serien "Star Trek" gir en hard stemme Captain Kirk til mannskapet sitt; lydig mot ordren, slår mannskapet på kraftfeltene som er designet for å beskytte romskipet "Enterprise" mot fiendens ild.
I Star Trek-historien er styrkefelter så viktige at deres tilstand godt kan avgjøre resultatet av en kamp. Så snart energifeltet i kraftfeltet er tømt, og Enterprise-skroget begynner å motta slag, desto mer, desto mer knusing; til slutt blir nederlag uunngåelig.
Så hva er et beskyttende kraftfelt? I science fiction er det en villedende enkel ting: en tynn, usynlig, men likevel ugjennomtrengelig barriere som er i stand til å reflektere laserstråler og missiler med like enkelhet. Ved første øyekast virker styrkefeltet så enkelt at opprettelsen - og snart - av kampskjold basert på det virker uunngåelig. Så du forventer at ikke i dag eller i morgen vil en eller annen driftig oppfinner kunngjøre at han har klart å skaffe seg et beskyttende styrkefelt. Men sannheten er mye mer komplisert.
I likhet med Edisons lyspære, som radikalt endret den moderne sivilisasjonen, kan kraftfeltet dypt påvirke alle aspekter av livet vårt uten unntak. Militæret ville bruke styrkefeltet for å bli usårbar, og skape et ugjennomtrengelig skjold fra fiendens raketter og kuler på grunnlag av dette. I teorien kunne man lage broer, nydelige motorveier og veier med et tastetrykk. Hele byer dukker opp i ørkenen som med magi; alt i dem, helt ned til skyskrapere, skulle utelukkende bygges fra styrkefelt. Tvinge feltkuppler over byer ville tillate sine innbyggere vilkårlig å kontrollere værhendelser - stormvind, snøstorm, tornadoer. Under den sikre kalesjen av styrkefeltet, kunne byer bygges selv på bunnen av havene. Glass, stål og betong kan bli helt forlatt,erstatte alle byggematerialer med kraftfelt.
Men, merkelig nok, viser kraftfeltet seg å være et av de fenomenene som er ekstremt vanskelig å reprodusere i laboratoriet. Noen fysikere mener til og med at det ikke vil være mulig å gjøre dette i det hele tatt uten å endre dets egenskaper.
Michael Faraday
Begrepet det fysiske feltet har sin opprinnelse i verkene til den store britiske forskeren på 1800-tallet Michael Faraday.
Salgsfremmende video:
Faradays foreldre tilhørte arbeiderklassen (faren var en smed). Han selv på begynnelsen av 1800-tallet. var lærling for bokbinderen og satte ut en ganske elendig tilværelse. Men unge Faraday ble fascinert av det nylige gigantiske gjennombruddet i vitenskapen - oppdagelsen av de mystiske egenskapene til to nye krefter, elektrisitet og magnetisme. Han slukte ivrig all informasjonen som var tilgjengelig for ham om disse sakene, og deltok på forelesninger av professor Humphrey Davy fra Royal Institute i London.
Professor Davy skadet en gang alvorlig øynene under et mislykket kjemisk eksperiment; trengte en sekretær, og han tok Faraday til denne stillingen. Gradvis vant den unge mannen tilliten til forskere ved Royal Institution og var i stand til å utføre sine egne viktige eksperimenter, selv om han ofte måtte tåle en avvisende holdning. Med årene ble professor Davy stadig sjalu på suksessene til sin talentfulle unge assistent, som opprinnelig ble betraktet som en stigende stjerne i eksperimentelle kretser, og over tid formørket Davy selv ære. Det var først etter Davys død i 1829 at Faraday fikk vitenskapelig frihet og gjorde en hel rekke oppsiktsvekkende funn. Deres resultat var etableringen av elektriske generatorer som ga energi til hele byer og endret løpet av verdenssivilisasjonen.
Nøkkelen til Faradays største oppdagelser var makt eller fysiske felt. Hvis du legger jernfilinger over en magnet og rister den, viser det seg at filingene passer inn i et mønster som ligner et spindelvev og tar opp all plassen rundt magneten. "Trådene på nettet" er Faraday kraftlinjer. De viser tydelig hvordan elektriske og magnetiske felt er fordelt i rommet. Hvis du for eksempel grafisk skildrer jordas magnetfelt, vil du oppdage at linjene stammer fra et sted i Nordpolen-området, og deretter returnerer og igjen gå inn i jorden i Sydpolen-området. På samme måte, hvis du skildrer kraftlinjene i det elektriske lynfeltet i tordenvær, viser det seg at de konvergerer seg på spissen av lynet.
Tom plass for Faraday var slett ikke tom; den var fylt med kraftlinjer som kunne få fjerne objekter til å bevege seg.
(Faradays fattige ungdom hindret ham i å motta en formell utdanning, og han hadde liten kunnskap om matematikk; som et resultat var notatbøkene hans fylt ikke med ligninger og formler, men med håndtegnet diagrammer av feltlinjer. Ironisk nok var det hans mangel på matematisk utdanning som fikk ham til å utvikle flotte diagrammer kraftlinjer, som i dag kan sees i hvilken som helst fysikk-lærebok. Det fysiske bildet i vitenskapen er ofte viktigere enn det matematiske apparatet som brukes til å beskrive det.)
Historikere har lagt frem mange antagelser om hva som nøyaktig førte Faraday til oppdagelsen av fysiske felt - et av de viktigste begrepene i all verdensvitenskapens historie. Faktisk er all moderne fysikk uten unntak skrevet på Faraday-felt. I 1831 gjorde Faraday en nøkkeloppdagelse innen fysiske felt som for alltid forandret vår sivilisasjon. En dag, mens han bar en magnet - et barns leketøy - over trådrammen, la han merke til at det ble generert en elektrisk strøm i rammen, selv om magneten ikke rørte ved den. Dette betydde at det usynlige feltet til en magnet kunne få elektroner til å bevege seg på avstand og skape strøm.
Faradays styrkefelt, som frem til dette øyeblikket ble ansett som ubrukelige bilder, frukten av en ledig fantasi, viste seg å være en virkelig materiell kraft som var i stand til å bevege gjenstander og generere energi. I dag kan vi si med sikkerhet at lyskilden du bruker for å lese denne siden, er drevet av Faradays oppdagelser innen elektromagnetisme. Spinnmagneten skaper et felt som skyver elektronene i lederen og får dem til å bevege seg, og skaper en elektrisk strøm som deretter kan brukes til å drive lyspæren. Generatorer av elektrisitet er basert på dette prinsippet, og gir energi til byer rundt om i verden. For eksempel får en strøm av vann som faller fra en dam en gigantisk magnet i en turbin til å snurre; magneten skyver elektronene i ledningen og danner en elektrisk strøm; nåværende på sin side,strømmer gjennom høyspentledninger til hjemmene våre.
Med andre ord, Michael Faradays styrkefelt er selve kreftene som driver den moderne sivilisasjonen, alle dens manifestasjoner - fra elektriske lokomotiver til de nyeste datasystemene, Internett og lommedatamaskiner.
I halvannet århundre har Faradays fysiske felt inspirert til videre forskning fra fysikere. Einstein, for eksempel, var så sterkt påvirket at han formulerte sin teori om tyngdekraften på språket av fysiske felt. Faradays verk gjorde sterkt inntrykk på meg også. For flere år siden formulerte jeg suksessteorien med tanke på Faraday fysiske felt, og la dermed grunnlaget for strengfeltteori. I fysikk er det å si om noen som han mener med kraftlinjer, å gi den personen et seriøst kompliment.
Fire grunnleggende interaksjoner
En av fysikkens største prestasjoner de siste to årtusenene har vært identifiseringen og definisjonen av de fire typene interaksjoner som styrer universet. Alle av dem kan beskrives på språket i feltene vi skylder Faraday. Dessverre har imidlertid ingen av de fire artene de fulle egenskapene til kraftfeltene beskrevet i de fleste science fiction-bøker. La oss liste over disse typene samhandling.
1. Tyngdekraften. Den stille kraften som holder føttene våre fra å forlate støtten. Det lar ikke jorden og stjernene smuldre, hjelper til med å bevare integriteten til solsystemet og galaksen. Uten tyngdekraft ville planetens spinning sparket oss av Jorden og ut i verdensrommet på 1000 mil i timen. Problemet er at tyngdekraftene er nøyaktig det motsatte av egenskapene til fantastiske kraftfelt. Tyngdekraft er tiltrekningskraften, ikke frastøtning; det er ekstremt svakt - relativt, selvfølgelig; det fungerer på enorme, astronomiske avstander. Det er med andre ord nesten det motsatte av den flate, tynne, ugjennomtrengelige barrieren som finnes i nesten enhver science fiction-roman eller film. For eksempel tiltrekkes en fjær til gulvet av hele planeten - Jorden,men vi kan lett overvinne jordens tyngdekraft og løfte fjæren med en finger. Virkningen av en av fingrene våre kan overvinne tyngdekraften til en hel planet, som veier mer enn seks billioner kilo.
2. Elektromagnetisme (EM). Kraften som lyser opp byene våre. Lasere, radio, TV, moderne elektronikk, datamaskiner, Internett, elektrisitet, magnetisme er alle konsekvenser av manifestasjonen av elektromagnetisk interaksjon. Det er kanskje den mest nyttige kraften som menneskeheten har klart å utnytte gjennom sin historie. I motsetning til tyngdekraften, kan den fungere både for tiltrekning og frastøtning. Imidlertid er det ikke egnet for rollen som et styrkefelt av flere grunner. For det første kan det lett nøytraliseres. For eksempel kan plast eller annet ikke-ledende materiale lett trenge gjennom et kraftig elektrisk eller magnetisk felt. Et stykke plast som kastes i et magnetfelt vil fritt fly gjennom det. For det andre virker elektromagnetisme på store avstander, det er ikke lett å konsentrere den i et fly. Loverne for EM-samhandling er beskrevet av likningene til James Clerk Maxwell, og det ser ut til at kraftfelt ikke er en løsning på disse ligningene.
3 og 4. Sterke og svake atominteraksjoner. Svak interaksjon er kraften ved radioaktivt forfall, den som varmer opp den radioaktive kjernen av jorden. Denne kraften ligger bak vulkanutbrudd, jordskjelv og kontinental platedrift. Sterkt samspill lar ikke atomkjernene smuldre; den gir energi til solen og stjernene og er ansvarlig for å tenne universet. Problemet er at nukleær interaksjon bare fungerer på veldig små avstander, mest innenfor atomkjernen. Det er så sterkt assosiert med egenskapene til selve kjernen at det er ekstremt vanskelig å kontrollere den. For øyeblikket vet vi bare to måter å påvirke dette samspillet på: vi kan bryte en subatomær partikkel i biter i en akselerator eller detonere en atombombe.
Selv om science fiction-beskyttelsesfelt ikke overholder fysikkens kjente lover, er det smutthull som sannsynligvis vil gjøre kreftfeltopprettelse mulig i fremtiden. For det første er det kanskje en femte type grunnleggende samhandling som ingen ennå har kunnet se på laboratoriet. Det kan for eksempel vise seg at dette samspillet bare fungerer i avstander fra noen centimeter til en fot - og ikke på astronomiske avstander. (Det er sant at de første forsøkene på å oppdage den femte typen interaksjon ga negative resultater.)
For det andre kan vi være i stand til å få plasmaet til å etterligne noen av egenskapene til kraftfeltet. Plasma er den "fjerde tilstanden i saken". De tre første, kjent for oss, er materielle tilstander faste, flytende og gassformige; Likevel er den vanligste formen for materie i universet plasma: en gass som består av ioniserte atomer. Atomene i plasmaet er ikke koblet med hverandre og er blottet for elektroner, og har derfor en elektrisk ladning. De kan enkelt kontrolleres ved hjelp av elektriske og magnetiske felt.
Universets synlige materie eksisterer for det meste i form av forskjellige typer plasma; solen, stjernene og den interstellare gassen dannes fra den. I det vanlige livet møter vi nesten aldri plasma, for på Jorden er dette fenomenet sjeldent; Likevel kan plasmaet sees. Alt du trenger å gjøre er å se på lynet, solen eller en plasma-TV-skjerm.
Plasmavinduer
Som nevnt ovenfor, hvis gassen varmes opp til en tilstrekkelig høy temperatur og således oppnås plasma, vil det ved bruk av magnetiske og elektriske felt være mulig å holde og forme den. For eksempel kan plasma formes som et ark eller vindusglass. Dessuten kan et slikt "plasmavindu" brukes som en skillevegg mellom vakuum og vanlig luft. I prinsippet vil det på denne måten være mulig å holde luften inne i romfartøyet og hindre at den rømmer ut i verdensrommet; plasma danner i dette tilfellet et praktisk gjennomsiktig skall, grensen mellom åpent rom og skipet.
I Star Trek brukes kraftfeltet, delvis, for å isolere kupeen der den lille romfergen befinner seg og hvor den starter fra det ytre rom. Og det er ikke bare et smart triks for å spare penger på dekorasjoner; en slik transparent usynlig film kan lages.
Plasmavinduet ble oppfunnet i 1995 av fysikeren Eddie Gershkovich ved Brookhaven National Laboratory (Long Island, New York). Denne enheten ble utviklet i ferd med å løse et annet problem - problemet med å sveise metaller ved hjelp av en elektronstråle. Sveisens acetylenbrenner smelter metallet med en strøm av varm gass og føyer deretter metalldelene sammen. Det er kjent at elektronstrålen er i stand til å sveise metaller raskere, renere og billigere enn konvensjonelle sveisemetoder. Hovedproblemet med elektronsveisemetoden er at den må utføres i vakuum. Dette kravet er veldig upraktisk, siden det betyr å bygge et vakuumkammer - kanskje på størrelse med et helt rom.
For å løse dette problemet oppfant Dr. Gershkovich plasma-vinduet. Denne enheten er bare 3 fot høy og 1 fot i diameter; den varmer gassen til en temperatur på 6500 ° C og skaper dermed et plasma, som umiddelbart faller i fellen til elektriske og magnetiske felt. Plasmapartikler, som partikler av hvilken som helst gass, utøver trykk som forhindrer at luft trasker inn og fyller vakuumkammeret. (Når det brukes i et plasmavindu, avgir argon en blålig glød, akkurat som kraftfeltet i Star Trek.)
Plasmavinduet vil åpenbart finne bred anvendelse i romfartsindustrien og industrien. Selv i industrien krever mikromaskinering og tørt etsing ofte vakuum, men det kan være veldig dyrt å bruke i en produksjonsprosess. Men nå, med oppfinnelsen av plasmavinduet, vil det være enkelt og billig å holde et vakuum ved å trykke på en knapp.
Men kan et plasmavindu brukes som et ugjennomtrengelig skjold? Vil det beskytte mot et kanonskudd? Man kan forestille seg utseendet i fremtiden for plasmavinduer med mye høyere energi og temperatur, tilstrekkelig til fordampning av gjenstander som faller ned i det. Men for å skape et mer realistisk kraftfelt med egenskaper kjent fra science fiction, vil det kreves en flerlags kombinasjon av flere teknologier. Hvert lag er kanskje ikke sterkt nok for seg selv til å stoppe en kanonkule, men til sammen kan flere lag være tilstrekkelige.
La oss prøve å forestille oss strukturen til et slikt kraftfelt. Det ytre laget, for eksempel et superladet plasmavindu, oppvarmet til en temperatur som er tilstrekkelig til å fordampe metaller. Det andre laget kan være en gardin av høysenergiske laserstråler. En slik gardin med tusenvis av kryssende laserstråler ville lage et romlig rutenett som ville varme gjenstander som passerer gjennom det og effektivt fordampe dem. Vi vil snakke mer om lasere i neste kapittel.
Videre, bak lasergardinen, kan man forestille seg et romlig gitter med "karbon-nanorør" - bittesmå rør med individuelle karbonatomer med vegger ett atom tykt. Dermed er rør mange ganger sterkere enn stål. Verdens lengste karbon nanorør er foreløpig bare rundt 15 mm lang, men vi kan allerede se for oss dagen da vi vil være i stand til å lage karbon nanorør av vilkårlig lengde. La oss anta at et romlig nettverk kan veves fra karbon nanorør; i dette tilfellet får vi en ekstremt holdbar skjerm som kan gjenspeile de fleste objekter. Denne skjermen vil være usynlig, siden hver enkelt nanorør er sammenlignbar i tykkelse til et atom, men det romlige nettverket av karbon nanorør vil overgå noe annet materiale i styrke.
Så vi har grunn til å anta at kombinasjonen av et plasmavindu, en lasergardin og en skjerm av karbon-nanorør kan tjene som grunnlag for å skape en nesten ugjennomtrengelig usynlig vegg.
Men selv et slikt flerlags skjold vil ikke kunne demonstrere alle egenskapene som science fiction tilskriver et kraftfelt. Så den vil være gjennomsiktig, noe som betyr at den ikke vil være i stand til å stoppe laserstrålen. I en kamp med laserkanoner, vil flerlagsskjoldene våre være ubrukelige.
For å stoppe laserstrålen, må skjoldet, i tillegg til det ovennevnte, ha en sterkt uttalt egenskap av "fotokromatisk", eller variabel gjennomsiktighet. For tiden brukes materialer med slike egenskaper ved fremstilling av solbriller som kan mørkne når de utsettes for UV-stråling. Variabel gjennomsiktighet av materialet oppnås ved bruk av molekyler som kan eksistere i minst to tilstander. I en tilstand av molekylene er et slikt materiale gjennomsiktig. Men under påvirkning av UV-stråling endres molekylene øyeblikkelig til en annen tilstand, og materialet mister sin gjennomsiktighet.
Kanskje en dag vil vi kunne bruke nanoteknologi for å få et stoff som er like sterkt som karbon-nanorør og kan endre dets optiske egenskaper når det utsettes for en laserstråle. Et skjold laget av et slikt stoff vil være i stand til å stoppe ikke bare partikkelstrømmer eller kanonkjell, men også en laserslag. For tiden er det imidlertid ingen materialer med variabel gjennomsiktighet som kan stoppe laserstrålen.
Magnetisk levitasjon
I science fiction utfører kraftfelt en annen funksjon i tillegg til å avvise treff fra strålevåpen, nemlig de tjener som en støtte som lar deg overvinne tyngdekraften. I Back to the Future rir Michael Fox på et hoverboard eller et flytende brett; denne tingen ligner et kjent skateboard i alt, bare det "rir" gjennom luften, over jordoverflaten. Fysikkens lover, slik vi kjenner dem i dag, tillater ikke at et slikt tyngdekraftsapparat implementeres (som vi vil se i kapittel 10). Men du kan forestille deg i fremtiden opprettelsen av andre enheter - flytende brett og flytende biler på en magnetpute; disse maskinene lar oss enkelt løfte og holde store gjenstander. I fremtiden, hvis "romtemperatur superledelse" blir en rimelig virkelighet,en person vil være i stand til å løfte gjenstander opp i luften ved å bruke funksjonene til magnetiske felt.
Hvis vi bringer nordpolen til en permanent magnet til nordpolen til en annen av samme magnet, vil magnetene frastøte hverandre. (Hvis vi vender en av magnetene og tar den med sin sørpol til nordpolen for den andre, vil to magneter bli tiltrukket.) Det samme prinsippet - at de samme magnetpolene frastøter - kan brukes til å løfte enorme vekter fra bakken. Teknisk avanserte magnetiske fjæringstog bygges allerede i flere land. Slike tog zip ikke langs sporene, men over dem i en minimum avstand; vanlige magneter holder dem i vekt. Tog ser ut til å flyte i luften og kan nå rekordhastigheter takket være null friksjon.
Verdens første kommersielle automatiserte transportsystem på magnetisk fjæring ble lansert i 1984 i den britiske byen Birmingham. Det koblet terminalen til den internasjonale flyplassen og den nærliggende jernbanestasjonen. Magnetisk levitasjonstog opererer også i Tyskland, Japan og Korea, selv om de fleste ikke er designet for høye hastigheter. Det første høyhastighets kommersielle magnetiske levitasjonstoget har begynt å kjøre på en løpende del av et spor i Shanghai; dette toget beveger seg langs motorveien i hastigheter opp til 431 km / t. Et japansk maglev-tog i Yamanashi-prefekturen akselererte til en hastighet på 581 km / t - det vil si at det beveget seg mye raskere enn konvensjonelle tog på hjul.
Men magnetisk hengende enheter er ekstremt dyre. En av måtene å øke effektiviteten på er bruken av superledere, som når de er avkjølt til temperaturer nær absolutt null, mister sin elektriske motstand fullstendig. Fenomenet superledelse ble oppdaget i 1911 av Heike Kamerling-Onnes. Essensen var at noen stoffer, når de ble avkjølt til en temperatur under 20 K (20 ° over absolutt null), mister all elektrisk motstand. Som regel, når metallet er avkjølt, reduseres dets elektriske motstand gradvis. {Faktum er at tilfeldige vibrasjoner av atomer forstyrrer retningen av elektroner i en leder. Når temperaturen synker, synker rekkevidden av tilfeldige svingninger, og elektrisitet opplever mindre motstand.) Men Kamerling-Onnes, til sin egen forundring, fantat motstanden til noen materialer ved en viss kritisk temperatur synker kraftig til null.
Fysikere forsto umiddelbart viktigheten av dette resultatet. Betydelige mengder strøm går tapt i overføringslinjer over lange avstander. Men hvis motstanden kunne elimineres, kunne elektrisitet overføres hvor som helst for nesten ingenting. Generelt kan en elektrisk strøm som er opphisset i en lukket sløyfe sirkulere i den uten energitap i millioner av år. Fra disse ekstraordinære strømningene ville det dessuten ikke være vanskelig å lage magneter med utrolig kraft. Og med slike magneter ville det være mulig å løfte enorme belastninger uten anstrengelser.
Til tross for superledernes fantastiske muligheter, er bruken deres svært vanskelig. Det er veldig dyrt å oppbevare store magneter i tanker med ekstremt kalde væsker. Å holde væsker kaldt ville kreve enorme kalde fabrikker som ville øke kostnadene for superledende magneter til skyhøye høyder og gjøre dem ulønnsomme.
Men en dag kan fysikere være i stand til å lage et stoff som beholder superledende egenskaper, selv når det varmes opp til romtemperatur. Supreledningsevne ved romtemperatur er den hellige gral fra faststofffysikere. Produksjonen av slike stoffer vil trolig være starten på den andre industrielle revolusjonen. De kraftige magnetfeltene som kan holde biler og tog hengende vil bli så billige at til og med “glidende biler” kan være økonomisk levedyktige. Det er veldig mulig at med oppfinnelsen av superledere som beholder sine egenskaper ved romtemperatur, vil de fantastiske flyvemaskinene som vi ser i filmene "Back to the Future", "Minority Report" og "Star Wars" bli en realitet.
I prinsippet er det ganske tenkelig at en person kan sette på et spesielt belte laget av superledende magneter, som vil tillate ham fritt å lufte over bakken. Med et slikt belte kunne man fly gjennom lufta, som Superman. Generelt er superledelse i romtemperatur et så bemerkelsesverdig fenomen at oppfinnelsen og bruken av slike superledere er beskrevet i mange science fiction-romaner (for eksempel serien med romaner om Ringworld, opprettet av Larry Niven i 1970).
I flere tiår har fysikere lett lyktes etter stoffer som ville ha superledelse ved romtemperatur. Det var en kjedelig, kjedelig prosess - å lete etter den ved prøving og feiling, teste det ene materialet etter det andre. Men i 1986 ble det oppdaget en ny klasse med stoffer, som ble kalt "høgtemperatur-superledere"; disse stoffene oppnådde superledelse ved temperaturer i størrelsesorden 90 ° over absolutt null, eller 90 K. Denne oppdagelsen ble en ekte sensasjon i fysikkens verden. Luftslusen så ut til å ha åpnet seg. Måned etter måned konkurrerte fysikere med hverandre for å sette en ny verdensrekord for superledelse. En stund virket det til og med at superledningsevne i romtemperatur var i ferd med å forsvinne fra sidene til science fiction-romaner og bli en realitet. Men etter flere år med rask utvikling, begynte forskningen innen høytemperatur-superledere å avta.
Foreløpig tilhører verdensrekorden for høgtemperatur-superledere et stoff som er et komplekst oksyd av kobber, kalsium, barium, tallium og kvikksølv, som blir superledende ved 138 K (-135 ° C). Denne relativt høye temperaturen er fremdeles veldig langt fra romtemperatur. Men dette er også en viktig milepæl. Nitrogen blir flytende ved 77 K, og flytende nitrogen koster omtrent det samme som vanlig melk. For å avkjøle høye temperatur superledere kan vanlig flytende nitrogen brukes, det er billig. (Selvfølgelig, superledere som forblir slik i romtemperatur krever ikke kjøling i det hele tatt.)
En annen ting er ubehagelig. Foreløpig er det ingen teori som kan forklare egenskapene til høy temperatur superledere. Dessuten vil en driftig fysiker som vil kunne forklare hvordan de jobber, motta en Nobelpris. (I de kjente supertemperaturene for høye temperaturer er atomer organisert i forskjellige lag. Mange fysikere antyder at det er lagdelingen av det keramiske materialet som gjør at elektronene kan bevege seg fritt i hvert lag, og dermed skape superledningsevne. Men hvordan og hvorfor dette skjer er fortsatt et mysterium.)
Mangel på kunnskap tvinger fysikere til å lete etter nye høytemperatur-superledere på den gammeldagse måten, etter prøving og feiling. Dette betyr at den beryktede superledningsevnen i romtemperatur kan oppdages når som helst, i morgen, om et år, eller aldri i det hele tatt. Ingen vet når et stoff med slike egenskaper vil bli funnet og om det i det hele tatt blir funnet.
Men hvis superledere blir oppdaget ved romtemperatur, vil oppdagelsen sannsynligvis gi en enorm bølge av nye oppfinnelser og kommersielle applikasjoner. Magnetfelt en million ganger sterkere enn jordas magnetfelt (som er 0,5 gauss) kan bli vanlig.
En av egenskapene som ligger i alle superledere kalles Meissner-effekten. Hvis du plasserer en magnet over en superleder, vil magneten sveve i luften, som om den er støttet av en viss usynlig kraft. [Årsaken til Meissner-effekten er at magneten har egenskapen til å lage sitt eget "speilbilde" inne i superlederen, slik at den virkelige magneten og dens refleksjon begynner å avvise hverandre. En annen grafisk forklaring på denne effekten er at en superleder er ugjennomtrengelig for et magnetfelt. Den skyver slags magnetfelt ut. Derfor, hvis du plasserer en magnet over en superleder, vil kraftlinjene til magneten bli forvrengt ved kontakt med superlederen. Disse kraftlinjene skyver magneten oppover og får den til å lufte.)
Hvis menneskeheten får muligheten til å bruke Meissner-effekten, kan man forestille seg fremtidens motorvei med et belegg av slik spesiell keramikk. Da kan vi, med hjelp av magneter som er plassert på beltet eller på bunnen av bilen, sveve over veien og skynde oss til vårt mål uten friksjon eller tap av energi.
Meissner-effekten fungerer bare med magnetiske materialer som metaller, men superledende magneter kan også brukes til å levitere ikke-magnetiske materialer kjent som paramagneter eller diamagneter. Disse stoffene i seg selv er ikke magnetiske; de skaffer dem bare i nærvær og under påvirkning av et eksternt magnetfelt. Paramagneter tiltrekkes av en ekstern magnet, diamagneter blir frastøtt.
Vann er for eksempel en diamagnetisk. Siden alle levende ting er laget av vann, kan de også lufte i nærvær av et kraftig magnetfelt. I et felt med en magnetisk induksjon på omtrent 15 T (30 000 ganger kraftigere enn jordas magnetfelt), har forskere allerede klart å få små dyr som frosker til å levitere. Men hvis superledelse ved romtemperatur blir en realitet, vil det være mulig å løfte store ikke-magnetiske gjenstander opp i luften ved å dra nytte av deres diamagnetiske egenskaper.
Avslutningsvis bemerker vi at kraftfelt i den formen som science fiction litteratur vanligvis beskriver dem ikke stemmer overens med beskrivelsen av de fire grunnleggende interaksjonene i vårt univers. Men det kan antas at en person vil kunne etterligne mange av egenskapene til disse fiktive feltene ved bruk av flerlagsskjold, inkludert plasmavinduer, lasergardiner, karbon nanorør og stoffer med variabel gjennomsiktighet. Men i virkeligheten kan et slikt skjold bare utvikles om noen tiår, eller til og med på et århundre. Og hvis superledelse ved romtemperatur blir oppdaget, vil menneskeheten ha muligheten til å bruke kraftige magnetfelt; kanskje med deres hjelp vil det være mulig å løfte biler og tog i lufta, som vi ser i science fiction-filmer.
Når jeg tar hensyn til alt dette, vil jeg klassifisere kraftfelter som klasse I av umulighet, det vil si definere dem som noe umulig for dagens teknologier, men implementert i en modifisert form i løpet av det neste århundre eller så.
