"Sköldar upp!" - detta är den första ordningen, som i den oändliga serien "Star Trek" ger en hård röst Captain Kirk till hans besättning; lydig mot beställningen slår besättningen på kraftfält som är utformade för att skydda rymdskeppet "Enterprise" från fiendens eld.
I Star Trek-historien är kraftfält så viktiga att deras tillstånd väl kan avgöra resultatet av en strid. Så snart kraftfältets energi tappas och företagets skrov börjar ta emot slag, desto mer, desto mer krossande; så småningom blir nederlag oundvikligt.
Så vad är ett skyddande kraftfält? I science fiction är det en bedrägligt enkel sak: en tunn, osynlig men ändå ogenomtränglig barriär som kan reflektera laserstrålar och missiler med lika lätthet. Vid första anblicken verkar kraftfältet så enkelt att skapandet - och snart - av stridssköldar baserat på det verkar oundvikligt. Så du förväntar dig att inte idag eller imorgon kommer någon initiativrik uppfinnare att meddela att han har lyckats få ett skyddande kraftfält. Men sanningen är mycket mer komplicerad.
Precis som Edisons glödlampa, som radikalt förändrade den moderna civilisationen, kan kraftfältet djupt påverka alla aspekter av vårt liv utan undantag. Militären skulle använda kraftfältet för att bli okränkbart och skapa en ogenomtränglig sköld från fiendens missiler och kulor på grundval. I teorin skulle man kunna skapa broar, underbara motorvägar och vägar med en knapptryckning. Hela städer skulle dyka upp i öknen som med magi; allt i dem, ner till skyskraporna, skulle byggas uteslutande från kraftfält. Tvinga fältkupoler över städer skulle tillåta sina invånare godtyckligt att kontrollera väderhändelser - stormvindar, snöstormar, tornadon. Under kraftfältets säkra kapell kunde städer byggas även på havets botten. Glas, stål och betong kan helt överges,ersätta allt byggnadsmaterial med kraftfält.
Men konstigt nog visar sig kraftfältet vara ett av de fenomen som är extremt svåra att reproducera i laboratoriet. En del fysiker tror till och med att det inte kommer att vara möjligt att göra detta utan att ändra dess egenskaper.
Michael Faraday
Begreppet det fysiska fältet har sitt ursprung i verk från den stora brittiska forskaren på 1800-talet. Michael Faraday.
Kampanjvideo:
Faradays föräldrar tillhörde arbetarklassen (hans far var en smed). Han själv i början av 1800-talet. var en lärling för bokbindaren och tog bort en ganska eländig existens. Men unga Faraday var fascinerad av det senaste gigantiska genombrottet i vetenskapen - upptäckten av de mystiska egenskaperna hos två nya krafter, elektricitet och magnetism. Han förtärde ivrigt all information som var tillgänglig för honom om dessa frågor och deltog i föreläsningar av professor Humphrey Davy från Royal Institute i London.
Professor Davy skadade en gång allvarligt ögonen under ett misslyckat kemiexperiment; behövde en sekreterare, och han tog Faraday till denna position. Gradvis vann den unge mannen förtroende hos forskare vid Royal Institution och kunde genomföra sina egna viktiga experiment, även om han ofta var tvungen att uthärda en avvisande attityd. Under åren blev professor Davy allt mer avundsjuk på framgångarna för sin begåvade unga assistent, som ursprungligen ansågs vara en stigande stjärna i experimentella kretsar och med tiden fördunklade Davy själv härlighet. Det var först efter Davys död 1829 som Faraday fick vetenskaplig frihet och gjorde en hel serie häpnadsväckande upptäckter. Deras resultat var skapandet av elektriska generatorer som gav energi till hela städer och förändrade kursen för världscivilisationen.
Nyckeln till Faradays största upptäckter var makt eller fysiska fält. Om du placerar järnfilningar över en magnet och skakar den, visar det sig att sågspånen passar in i ett mönster som liknar en spindelnät och tar upp allt utrymmet runt magneten. "Trådarna på webben" är Faradays kraftlinjer. De visar tydligt hur elektriska och magnetiska fält är fördelade i rymden. Om du till exempel grafiskt visar jordens magnetfält kommer du att upptäcka att linjerna härstammar från någonstans i Nordpolområdet och sedan återvänder och åter går in i jorden i Sydpolområdet. På samma sätt, om du visar kraftlinjerna för det elektriska blixtfältet under åskväder, visar det sig att de går samman vid blixtnedslaget.
Tomt utrymme för Faraday var alls inte tomt; den fylldes med kraftlinjer som kunde få avlägsna föremål att röra sig.
(Faradays dåliga ungdom hindrade honom från att få en formell utbildning, och han hade liten kunskap om matematik. Som ett resultat fylldes hans anteckningsböcker inte med ekvationer och formler, utan med handritade diagram över fältlinjer. Ironiskt nog var det hans brist på matematisk utbildning som fick honom att utveckla fantastiska diagram kraftlinjer, som idag kan ses i någon fysikbok. Den fysiska bilden i vetenskapen är ofta viktigare än den matematiska apparaten som används för att beskriva den.)
Historiker har lagt fram många antaganden om vad som exakt ledde Faraday till upptäckten av fysiska fält - ett av de viktigaste begreppen i historien om all världsvetenskap. Faktum är att all modern fysik, utan undantag, är skriven på Faradays fält. 1831 gjorde Faraday en viktig upptäckt inom området för fysiska fält som för alltid förändrade vår civilisation. En dag, när han bär en magnet - ett barns leksak - över trådramen, märkte han att en elektrisk ström genererades i ramen, även om magneten inte rörde den. Detta innebar att det osynliga fältet för en magnet kunde få elektroner att röra sig på avstånd och skapa ström.
Faradays kraftfält, som fram till detta ögonblick betraktades som värdelösa bilder, frukt av en ledig fantasi, visade sig vara en verklig materiell kraft som kan flytta föremål och generera energi. Idag kan vi säga säkert att ljuskällan du använder för att läsa denna sida drivs av Faradays upptäckter av elektromagnetism. Spinnmagneten skapar ett fält som skjuter elektronerna i ledaren och får dem att röra sig, vilket skapar en elektrisk ström som sedan kan användas för att driva glödlampan. Generatorer av el är baserade på denna princip och tillhandahåller energi till städer runt om i världen. Till exempel får en ström av vatten som faller från en dam en gigantisk magnet i en turbin att snurra; magneten skjuter elektroner i tråden och bildar en elektrisk ström; nuvarande, i sin tur,flyter genom högspänningsledningar till våra hem.
Med andra ord, Michael Faradays kraftfält är själva krafterna som driver modern civilisation, alla dess manifestationer - från elektriska lok till de senaste datorsystemen, Internet och fickdatorer.
I ett och ett halvt sekel har Faradays fysiska fält inspirerat vidare forskning av fysiker. Einstein, till exempel, var så starkt påverkad att han formulerade sin teori om allvar på fysiska fältets språk. Faradays verk gjorde ett starkt intryck på mig också. För flera år sedan formulerade jag framgångsrikt strängteori i termer av Faradays fysiska fält och lägger därför grunden för strängfältteorin. Att säga om någon som han tänker med kraftlinjer i fysiken är att ge personen en allvarlig komplimang.
Fyra grundläggande interaktioner
En av fysikens största framsteg under de senaste två årtusendena har varit identifieringen och definitionen av de fyra typerna av interaktioner som styr universum. Alla kan beskrivas på språket i de fält som vi är skyldiga Faraday. Tyvärr har emellertid ingen av de fyra arterna de fulla egenskaperna hos de kraftfält som beskrivs i de flesta science fiction-böcker. Låt oss lista dessa typer av interaktion.
1. Tyngdkraft. Den tysta kraften som hindrar våra fötter från att lämna stödet. Det tillåter inte jorden och stjärnorna att smulas, hjälper till att bevara solsystemets och galaxens integritet. Utan allvar skulle planetens snurr sparka oss från jorden och ut i rymden på 1 000 mil i timmen. Problemet är att gravitationens egenskaper är exakt motsatta av egenskaperna hos fantastiska kraftfält. Tyngdkraft är attraktionskraften, inte avvisande; det är extremt svagt - förstås, naturligtvis; det fungerar på enorma, astronomiska avstånd. Med andra ord är det nästan precis motsatsen till den plana, tunna, ogenomträngliga barriären som finns i nästan vilken science fiction-roman eller film som helst. Till exempel lockas en fjäder till golvet av hela planeten - jorden,men vi kan enkelt övervinna jordens allvar och lyfta fjädern med ett finger. Påverkan av en av våra fingrar kan övervinna allvarens allvar, som väger mer än sex biljoner kilo.
2. Elektromagnetism (EM). Kraften som lyser upp våra städer. Lasrar, radio, TV, modern elektronik, datorer, Internet, elektricitet, magnetism är alla konsekvenser av manifestationen av elektromagnetisk interaktion. Det är kanske den mest användbara kraften som mänskligheten har lyckats utnyttja hela sin historia. Till skillnad från allvar, det kan fungera både för attraktion och avstötning. Det är emellertid av flera skäl inte lämpligt för ett kraftfält. Först kan det lätt neutraliseras. Exempelvis kan plast eller något annat icke-ledande material lätt tränga in i ett kraftfullt elektriskt eller magnetiskt fält. En bit plast som kastas in i ett magnetfält flyger fritt genom det. För det andra verkar elektromagnetism på stora avstånd, det är inte lätt att koncentrera den i ett plan. Lagarna för EM-interaktion beskrivs av ekvationerna från James Clerk Maxwell, och det verkar som om kraftfält inte är en lösning på dessa ekvationer.
3 och 4. Starka och svaga kärnkraftsinteraktioner. Svag interaktion är kraften hos radioaktivt förfall, den som värmer upp den radioaktiva kärnan i jorden. Denna makt ligger bakom vulkanutbrott, jordbävningar och kontinental plattdrift. Stark interaktion tillåter inte atomkärnorna att smulas; den tillhandahåller energi till solen och stjärnorna och ansvarar för att belysa universum. Problemet är att kärnkraftsinteraktion bara fungerar på mycket små avstånd, mestadels inom atomkärnan. Det är så starkt förknippat med själva kärnans egenskaper att det är extremt svårt att kontrollera den. För närvarande känner vi bara till två sätt att påverka denna interaktion: vi kan bryta en subatomär partikel i bitar i en accelerator eller detonera en atombomb.
Även om science fiction-skyddsfält inte följer fysikens kända lagar, finns det kryphål som sannolikt kommer att möjliggöra skapande av kraftfält i framtiden. För det första finns det kanske en femte typ av grundläggande interaktion som ingen ännu har kunnat se på laboratoriet. Det kan till exempel visa sig att denna interaktion bara fungerar på avstånd av några tum till en fot - och inte på astronomiska avstånd. (Det är sant, de första försöken att upptäcka den femte typen av interaktion gav negativa resultat.)
För det andra kanske vi kan få plasmaet att härma några av kraftfältets egenskaper. Plasma är det "fjärde tillståndet". De tre första, som vi känner till, är materiallager fast, flytande och gasformigt; ändå är den vanligaste materiens form i universum plasma: en gas som består av joniserade atomer. Atomerna i plasma är inte förbundna med varandra och saknar elektroner, och har därför en elektrisk laddning. De kan enkelt styras med elektriska och magnetiska fält.
Universums synliga materia existerar till största delen i form av olika slags plasma; solen, stjärnorna och den interstellära gasen bildas av den. I det vanliga livet möter vi nästan aldrig plasma, för på jorden är detta fenomen sällsynt; ändå kan plasma ses. Allt du behöver göra är att titta på blixtar, solen eller en plasma-TV-skärm.
Plasmafönster
Som nämnts ovan, om gasen värms upp till en tillräckligt hög temperatur och därmed erhålles plasma, kommer det att användas med magnetiska och elektriska fält att hålla och forma det. Till exempel kan plasma formas som ett ark eller fönsterglas. Dessutom kan ett sådant "plasmafönster" användas som en fördelning mellan vakuum och vanlig luft. I princip skulle det på detta sätt vara möjligt att hålla luften inne i rymdskeppet och hindra den från att rymma ut i rymden. plasma bildar i detta fall ett bekvämt transparent skal, gränsen mellan öppet utrymme och fartyget.
I Star Trek används kraftfältet delvis för att isolera facket där den lilla rymdfärjan är belägen och varifrån den börjar från det yttre rymden. Och det är inte bara ett smart trick att spara pengar på dekorationer; en sådan transparent osynlig film kan skapas.
Plasmafönstret uppfanns 1995 av fysikern Eddie Gershkovich vid Brookhaven National Laboratory (Long Island, New York). Denna enhet utvecklades för att lösa ett annat problem - problemet med att svetsa metaller med hjälp av en elektronstråle. Svetsarens acetylenbrännare smälter metallen med en ström av het gas och förenar sedan metallbitarna. Det är känt att elektronstrålen kan svetsa metaller snabbare, renare och billigare än konventionella svetsmetoder. Huvudproblemet med elektronsvetsmetoden är att den måste utföras i vakuum. Detta krav är mycket obekvämt, eftersom det innebär att bygga en vakuumkammare - kanske storleken på ett helt rum.
För att lösa detta problem uppfann Dr. Gershkovich plasmafönstret. Den här enheten är bara 3 fot hög och 1 fot i diameter; den värmer gasen till en temperatur av 6500 ° C och skapar därmed en plasma, som omedelbart faller i fällan för elektriska och magnetiska fält. Plasmapartiklar utövar, liksom partiklar av vilken gas som helst, tryck som förhindrar luft från att springa in och fylla vakuumkammaren. (När det används i ett plasmafönster avger argon en blåaktig glöd, precis som kraftfältet i Star Trek.)
Plasmafönstret kommer uppenbarligen att hitta bred tillämpning inom rymdindustrin och industrin. Även inom industrin kräver mikromaskinering och torretsning ofta ett vakuum, men det kan vara mycket dyrt att använda i en tillverkningsprocess. Men nu, med uppfinningen av plasmafönstret, blir det enkelt och billigt att hålla ett vakuum med en knapptryckning.
Men kan ett plasmafönster användas som en ogenomtränglig sköld? Kommer det att skydda mot ett kanonskott? Man kan föreställa sig utseendet i framtiden för plasmafönster med mycket högre energi och temperatur, tillräckligt för förångning av föremål som faller ner i det. Men för att skapa ett mer realistiskt kraftfält med egenskaper kända från science fiction krävs en flerskiktad kombination av flera tekniker. Varje lager är kanske inte tillräckligt starkt för att stoppa en kanonkula, men tillsammans kan flera lager vara tillräckliga.
Låt oss försöka föreställa oss strukturen för ett sådant kraftfält. Det yttre skiktet, såsom ett överladdat plasmafönster, upphettas till en temperatur som är tillräcklig för att förånga metaller. Det andra lagret kan vara en gardin av laserstrålar med hög energi. En sådan gardin av tusentals korsande laserstrålar skulle skapa ett rumsnät som skulle värma föremål som passerar genom det och effektivt förånga dem. Vi kommer att prata mer om lasrar i nästa kapitel.
Vidare, bakom lastridån, kan du föreställa dig en rumslig gitter av "kolananorör" - små rör, bestående av enskilda kolatomer, med väggar en atom tjock. Således är rören många gånger starkare än stål. Världens längsta kol nanorör är för närvarande bara cirka 15 mm lång, men vi kan redan förutse dagen då vi kommer att kunna skapa kolananorör av godtycklig längd. Låt oss anta att ett rumsligt nätverk kan vävas från kolananorör. i det här fallet får vi en extremt hållbar skärm som kan spegla de flesta objekt. Denna skärm kommer att vara osynlig, eftersom varje enskild nanorör är jämförbar i tjocklek till en atom, men det rumsliga nätverket av kolnanorör överträffar allt annat material i styrka.
Så vi har anledning att tro att kombinationen av ett plasmafönster, en lastridå och en skärm av kolananorör kan tjäna som bas för att skapa en nästan ogenomtränglig osynlig vägg.
Men även en sådan flerskiktssköld kommer inte att visa alla egenskaper som science fiction tillskriver ett kraftfält. Så det kommer att vara transparent, vilket betyder att den inte kommer att kunna stoppa laserstrålen. I en kamp med laserkanoner kommer våra flerskiktssköldar att vara värdelösa.
För att stoppa laserstrålen måste skölden, utöver ovanstående, ha en starkt uttalad egenskap av "fotokromatisk", eller variabel transparens. För närvarande används material med sådana egenskaper vid tillverkning av solglasögon som kan bli mörkare när de utsätts för UV-strålning. Variabel transparens för materialet uppnås genom användning av molekyler som kan existera i minst två tillstånd. I ett tillstånd av molekylerna är ett sådant material transparent. Men under påverkan av UV-strålning förändras molekylerna omedelbart till ett annat tillstånd och materialet förlorar sin transparens.
Kanske en dag kommer vi att kunna använda nanoteknologi för att få ett så starkt ämne som kolananorör och kan ändra dess optiska egenskaper under påverkan av en laserstråle. En sköld av ett sådant ämne kan stoppa inte bara partikelströmmar eller kanonskal, utan också en laserslag. För närvarande finns det emellertid inga material med variabel transparens som kan stoppa laserstrålen.
Magnetisk levitation
I science fiction tjänar kraftfält en annan funktion utöver att avvisa träffar från strålvapen, nämligen de tjänar som ett stöd som låter dig övervinna tyngdkraften. I Back to the Future rider Michael Fox på ett hoverboard eller flytande bräde; den här saken liknar ett välkänt skateboard i allt, bara det "rider" genom luften, ovanför jordens yta. Fysikens lagar, som vi känner till dem idag, tillåter inte en sådan anti-gravitation-enhet att implementeras (som vi kommer att se i kapitel 10). Men du kan föreställa dig i framtiden skapandet av andra enheter - flytande brädor och flytande bilar på en magnetisk kudde; dessa maskiner gör att vi enkelt kan lyfta och hålla i stora föremål. I framtiden, om "rumstemperatur superledningsförmåga" blir en prisvärd verklighet,en person kommer att kunna lyfta föremål i luften med hjälp av magnetfältets kapacitet.
Om vi tar med en permanentmagnets nordpol till nordpolen för en annan av samma magnet kommer magneterna att avvisa varandra. (Om vi vänder en av magneterna och tar den med sin sydpol till nordpolen för den andra, kommer två magneter att lockas.) Samma princip - att samma magnetpoler avvisar - kan användas för att lyfta enorma vikter från marken. Tekniskt avancerade magnetiska upphängningståg byggs redan i flera länder. Sådana tåg zipar inte längs spåren, utan över dem på ett minimum avstånd; vanliga magneter håller dem i vikt. Tåg verkar flyta i luften och kan nå rekordhastigheter tack vare nollfriktion.
Världens första kommersiella automatiserade transportsystem med magnetisk upphängning lanserades 1984 i den brittiska staden Birmingham. Den anslöt terminalen på den internationella flygplatsen och den närliggande järnvägsstationen. Magnetiska levitationståg fungerar också i Tyskland, Japan och Korea, även om de flesta inte är konstruerade för hög hastighet. Det första snabba kommersiella magnetiska levitationståget har börjat köra på en del av banan i Shanghai som har lanserats; detta tåg rör sig längs motorvägen med hastigheter upp till 431 km / h. Ett japansk maglev-tåg i Yamanashi-prefekturen accelererade till en hastighet av 581 km / h - det vill säga, det rörde sig mycket snabbare än konventionella tåg på hjul.
Men magnetiskt upphängda enheter är extremt dyra. Ett av sätten att öka deras effektivitet är användningen av superledare, som, när de kyls till temperaturer nära absolut noll, helt tappar sitt elektriska motstånd. Fenomenet med supraledning upptäcktes 1911 av Heike Kamerling-Onnes. Kärnan var att vissa ämnen, när de kyls till en temperatur under 20 K (20 ° över absolut noll), förlorar allt elektriskt motstånd. Som regel, när metallen kyls, minskar dess elektriska motstånd gradvis. {Faktum är att slumpmässiga vibrationer av atomer stör den riktade rörelsen hos elektroner i en ledare. När temperaturen sjunker minskar intervallet av slumpmässiga fluktuationer, och el upplever mindre motstånd.) Men Kamerling-Onnes fann, till sin egen förvåningatt motståndet för vissa material vid en viss kritisk temperatur sjunker kraftigt till noll.
Fysiker förstod omedelbart vikten av detta resultat. Betydande mängder el förloras i överföringsledningar över långa avstånd. Men om motståndet kunde elimineras skulle el kunna överföras var som helst för nästan ingenting. I allmänhet kan en elektrisk ström som är upphetsad i en sluten krets cirkulera i den utan energiförlust i miljoner år. Dessutom skulle det från dessa extraordinära strömmar inte vara svårt att skapa magneter av otrolig kraft. Och med sådana magneter skulle det vara möjligt att lyfta enorma laster utan ansträngning.
Trots superledarnas underbara möjligheter är deras användning mycket svårt. Det är mycket dyrt att hålla stora magneter i tankar med extremt kalla vätskor. Att hålla vätskor kalla skulle kräva enorma kalla fabriker som skulle höja kostnaden för superledande magneter till skyhöga höjder och göra dem olönsamma.
Men en dag kan fysiker kunna skapa ett ämne som bibehåller superledande egenskaper även när det värms upp till rumstemperatur. Supraledningsförmåga vid rumstemperatur är den heliga gralen för fysiker i fast tillstånd. Produktionen av sådana ämnen är sannolikt början på den andra industriella revolutionen. De kraftfulla magnetfält som kan hålla bilar och tåg upphängda blir så billiga att även "glidande bilar" kan vara ekonomiskt hållbara. Det är mycket möjligt att med uppfinningen av superledare som behåller sina egenskaper vid rumstemperatur kommer de fantastiska flygmaskinerna som vi ser i filmerna "Back to the Future", "Minority Report" och "Star Wars" att bli verklighet.
I princip är det helt tänkbart att en person kan sätta på sig ett speciellt bälte av superledande magneter, vilket gör att han fritt kan levitera över marken. Med ett sådant bälte skulle man kunna flyga genom luften, som Superman. I allmänhet är rumsledningens supraledningsförmåga ett sådant anmärkningsvärt fenomen att uppfinningen och användningen av sådana supraledare beskrivs i många science fiction-romaner (såsom serien av romaner om Ringworld, skapad av Larry Niven 1970).
I decennier har fysiker utan framgång letat efter ämnen som skulle ha supraledningsförmåga vid rumstemperatur. Det var en långtråkig, tråkig process - letade efter det genom prov och fel, testa det ena materialet efter det andra. Men 1986 upptäcktes en ny klass ämnen, som kallades "högtemperatur-superledare"; dessa ämnen erhöll superledningsförmåga vid temperaturer i storleksordningen 90 ° över absolut noll, eller 90 K. Denna upptäckt blev en riktig sensation i fysikens värld. Luftslussen tycktes ha öppnat. Månad efter månad tävlade fysiker med varandra för att sätta ett nytt världsrekord för superledande. En stund tycktes det till och med att superledningen i rumstemperatur var på väg att försvinna från science fiction-romanernas sidor och bli verklighet. Men efter flera års snabb utveckling började forskningen inom området högtemperatur-superledare avta.
För närvarande tillhör världsrekordet för högtemperatur-superledare ämnet, som är en komplex oxid av koppar, kalcium, barium, talium och kvicksilver, som blir superledande vid 138 K (-135 ° C). Denna relativt höga temperatur är fortfarande mycket långt ifrån rumstemperatur. Men detta är också en viktig milstolpe. Kväve blir flytande vid 77 K, och flytande kväve kostar ungefär samma som vanlig mjölk. För att kyla högtemperatur-superledare kan vanligt flytande kväve användas, det är billigt. (Naturligtvis kräver superledare som förblir så vid rumstemperatur inte kylning alls.)
En annan sak är obehaglig. För närvarande finns det ingen teori som skulle förklara egenskaperna hos högtemperatur-superledare. Dessutom kommer en driftig fysiker som kommer att kunna förklara hur de arbetar få ett Nobelpris. (I de kända högtemperatursupraledarna är atomer organiserade i distinkta lager. Många fysiker föreslår att det är skiktningen av det keramiska materialet som gör att elektroner kan röra sig fritt inom varje lager och därmed skapa supraledningsförmåga. Men hur och varför detta händer är fortfarande ett mysterium.)
Brist på kunskap tvingar fysiker att leta efter nya högtemperatursupraledare på gammaldags sätt, genom prov och fel. Detta innebär att den ökända rumsledningens superledningsförmåga kan upptäckas när som helst imorgon, om ett år eller aldrig alls. Ingen vet när ett ämne med sådana egenskaper kommer att hittas och om det alls hittas.
Men om superledare upptäcks vid rumstemperatur, kommer deras upptäckt sannolikt att generera en enorm våg av nya uppfinningar och kommersiella tillämpningar. Magnetfält som är en miljon gånger starkare än jordens magnetfält (som är 0,5 gauss) kan bli vanligt.
En av egenskaperna i alla superledare kallas Meissner-effekten. Om du placerar en magnet över en superledare kommer magneten att sväva i luften, som om den stöds av någon osynlig kraft. [Anledningen till Meissner-effekten är att magneten har egenskapen att skapa sin egen "spegelbild" inuti supraledaren, så att den riktiga magneten och dess reflektion börjar avvisa varandra. En annan grafisk förklaring till denna effekt är att en superledare är ogenomtränglig för ett magnetfält. Den skjuter typ ut magnetfältet. Om du placerar en magnet över en superledare kommer magnetens kraftlinjer att förvrängas vid kontakt med superledaren. Dessa kraftlinjer kommer att trycka magneten uppåt, vilket får den att levitera.)
Om mänskligheten får möjlighet att använda Meissner-effekten, kan man föreställa sig framtidens motorväg med en beläggning av sådan speciell keramik. Sedan, med hjälp av magneter placerade på vårt bälte eller på botten av bilen, kan vi magiskt sväva över vägen och rusa till vårt mål utan någon friktion eller energiförlust.
Meissner-effekten fungerar endast med magnetiska material som metaller, men superledande magneter kan också användas för att levitera icke-magnetiska material som kallas paramagneter eller diamagneter. Dessa ämnen är i sig inte magnetiska; de förvärvar dem endast i närvaro och under påverkan av ett yttre magnetfält. Paramagneter lockas av en extern magnet, diamagneter avvisas.
Vatten är till exempel en diamagnetisk. Eftersom alla levande saker är gjorda av vatten kan de också töva i närvaro av ett kraftfullt magnetfält. I ett fält med en magnetisk induktion på cirka 15 ton (30 000 gånger kraftigare än jordens magnetfält) har forskare redan lyckats få små djur som grodor att levitera. Men om supraledningsförmåga vid rumstemperatur blir verklighet kommer det att vara möjligt att lyfta stora icke-magnetiska föremål i luften genom att utnyttja deras diamagnetiska egenskaper.
Sammanfattningsvis noterar vi att kraftfält i den form de vanligtvis beskrivs i fantastisk litteratur inte överensstämmer med beskrivningen av de fyra grundläggande interaktionerna i vårt universum. Men det kan antas att en person kommer att kunna imitera många av egenskaperna hos dessa fiktiva fält med flerskiktssköldar, inklusive plasmafönster, lasergardiner, kolananorör och ämnen med varierande transparens. Men i verkligheten kan en sådan sköld bara utvecklas på några decennier, eller till och med på ett sekel. Och om superledande vid rumstemperatur upptäcks kommer mänskligheten att ha möjlighet att använda kraftfulla magnetfält; kanske med deras hjälp kommer det att vara möjligt att lyfta bilar och tåg i luften, som vi ser i science fiction-filmer.
Med hänsyn till allt detta skulle jag klassificera kraftfält som klass I av omöjlighet, det vill säga, jag definierar dem som något som är omöjligt för dagens teknik, men implementeras i modifierad form under nästa århundrade eller så.