Tek silové pole. Silové pole (fantazie)
"Zvedněte štíty!" - tak zní první řád, který v nekonečné sérii “ Star Trek“ říká kapitán Kirk ostrým hlasem své posádce; Posádka, poslušná rozkazů, aktivuje silová pole určená k ochraně vesmírné lodi Enterprise před nepřátelskou palbou.
Silová pole jsou v příběhu Star Trek tak důležitá, že jejich stav může určit výsledek bitvy. Jakmile je energie silového pole vyčerpána, trup Enterprise začne dostávat rány, čím dále, tím drtivější; nakonec se porážka stane nevyhnutelnou.
Co je tedy ochranné silové pole? Ve sci-fi je to zdánlivě jednoduchá věc: tenká, neviditelná, a přesto neproniknutelná bariéra, která dokáže odklonit laserové paprsky a střely se stejnou lehkostí. Na první pohled se silové pole zdá tak jednoduché, že vytvoření – a brzy – na něm založených bojových štítů se zdá být nevyhnutelné. Jen čekáte, že ne dnes nebo zítra nějaký podnikavý vynálezce oznámí, že se mu podařilo získat ochranné silové pole. Pravda je ale mnohem složitější.
Stejně jako Edisonova žárovka, která způsobila revoluci v moderní civilizaci, může silové pole hluboce ovlivnit každý aspekt našeho života. Armáda by použila silové pole, aby se stala nezranitelnou, použila by ho k vytvoření neprostupného štítu před nepřátelskými střelami a kulkami. Teoreticky by bylo možné vytvořit mosty, ohromující dálnice a silnice pouhým stisknutím tlačítka. V poušti by se jako kouzlem objevila celá města; všechno v nich, až po mrakodrapy, by bylo postaveno výhradně ze silových polí. Kopule silových polí nad městy by umožnily jejich obyvatelům libovolnou kontrolu počasí - bouřlivé větry, sněhové bouře, tornáda. Pod spolehlivým baldachýnem silového pole by bylo možné stavět města i na dně oceánů. Sklo, ocel a beton mohly být zcela odstraněny a všechny stavební materiály byly nahrazeny silovými poli.
Ale kupodivu se ukazuje, že silové pole je jedním z těch jevů, které je extrémně obtížné reprodukovat v laboratoři. Někteří fyzici se dokonce domnívají, že to bez změny jeho vlastností vůbec nejde.
Michael Faraday
Pojem fyzikálního pole pochází z díla velkého britského vědce 19. století. Michael Faraday.
Faradayovi rodiče patřili k dělnické třídě (jeho otec byl kovář). On sám na počátku 19. století. byl učedníkem knihaře a prožil dost bídnou existenci. Mladého Faradaye ale zaujal nedávný obří průlom ve vědě – objev záhadných vlastností dvou nových sil, elektřiny a magnetismu. Dychtivě vstřebával všechny jemu dostupné informace o těchto otázkách a navštěvoval přednášky profesora Humphry Davyho z Royal Institution v Londýně.
Profesor Davy si jednou vážně poranil oči během chemického experimentu, který se pokazil; bylo zapotřebí sekretářky a na tuto pozici najal Faradaye. Postupně si mladý muž získal důvěru vědců v Royal Institution a dostal příležitost provádět vlastní důležité experimenty, i když často musel snášet odmítavý postoj. V průběhu let začal profesor Davy stále více žárlit na úspěchy svého talentovaného mladého asistenta, o kterém se zpočátku uvažovalo v experimentálních kruzích. vycházející hvězda, a postupem času zastínil slávu samotného Davyho. Teprve po Davyho smrti v roce 1829 získal Faraday vědeckou svobodu a učinil řadu úžasných objevů. Jejich výsledkem bylo vytvoření elektrických generátorů, které dodávaly energii celým městům a měnily chod světové civilizace.
Klíč k největší objevy Faraday se stal silovým neboli fyzickým polem. Položíte-li železné piliny na magnet a zatřesete s ním, zjistíte, že piliny jsou uspořádány do vzoru připomínajícího pavučinu a zabírají celý prostor kolem magnetu. „Vlákna webu“ jsou Faradayovy siločáry. Jasně ukazují, jak jsou elektrická a magnetická pole distribuována v prostoru. Pokud například graficky znázorníte magnetické pole Země, zjistíte, že čáry pocházejí odněkud z oblasti severního pólu a poté se vracejí a jdou zpět do země v oblasti jižního pólu. Podobně, když nakreslíte siločáry elektrického pole blesku během bouřky, zjistíte, že se sbíhají na špičce blesku.
Prázdný prostor pro Faradaye nebyl vůbec prázdný; byla plná siločar, jimiž se daly vzdálené předměty pohybovat.
(Faradayovo zbídačené mládí mu bránilo získat formální vzdělání a matematice prakticky nerozuměl; v důsledku toho se jeho sešity neplnily rovnicemi a vzorci, ale ručně kreslenými diagramy siločar. Ironií osudu to bylo jeho nedostatek matematického vzdělání, který ho přivedl k vytvoření velkolepých diagramů siločar, které dnes můžeme vidět v každé učebnici fyziky Fyzikální obraz ve vědě je často důležitější než matematický aparát, který se používá k jeho popisu.)
Historici předložili mnoho předpokladů o tom, co přesně vedlo Faradaye k objevu fyzikálních polí - jednoho z nejdůležitějších konceptů v historii celé světové vědy. Prakticky veškerá moderní fyzika bez výjimky je psána jazykem Faradayových polí. V roce 1831 vyrobil Faraday klíčový objev v oblasti fyzikálních polí, která navždy změnila naši civilizaci. Jednoho dne, když nesl magnet - dětskou hračku - přes drátěný rám, si všiml, že a elektrický proud, ačkoli magnet s ním nepřichází do kontaktu. To znamenalo, že neviditelné pole magnetu mohlo na dálku způsobit pohyb elektronů a vytvořit proud.
Faradayova silová pole, která byla do té doby považována za zbytečné obrázky, výplody plané představivosti, se ukázala jako skutečná hmotná síla schopná pohybovat předměty a generovat energii. Dnes můžeme s jistotou říci: světelný zdroj, který používáte ke čtení této stránky, získává svou energii z Faradayových objevů v oblasti elektromagnetismu. Rotující magnet vytváří pole, které tlačí elektrony ve vodiči a způsobuje jejich pohyb, čímž vzniká elektrický proud, který pak lze použít k napájení žárovky. Na tomto principu jsou založeny generátory elektřiny, které dodávají energii městům po celém světě. Například proud vody padající z přehrady způsobí rotaci obřího magnetu v turbíně; magnet tlačí elektrony v drátu a tvoří elektrický proud; proud zase teče přes vysokonapěťové dráty do našich domovů.
Jinými slovy, silová pole Michaela Faradaye jsou samotné síly, které pohánějí moderní civilizace, všechny jeho projevy – od elektrických lokomotiv až po nejnovější výpočetní systémy, internet a kapesní počítače.
Faradayova fyzikální pole již půldruhého století inspiruje fyziky k dalšímu výzkumu. Einstein byl jimi například natolik ovlivněn, že svou teorii gravitace formuloval v jazyce fyzikálních polí. Faradayova práce na mě také udělala silný dojem. Před několika lety jsem úspěšně formuloval teorii strun z hlediska Faradayových fyzikálních polí, čímž jsem položil základy pro teorii strun. Ve fyzice říct, že někdo myslí v siločarách, znamená dát tomu člověku vážný kompliment.
Čtyři základní interakce
Jeden z největší úspěchy Fyzika se za poslední dvě tisíciletí stala identifikací a definicí čtyř typů interakcí, které vládnou vesmíru. Všechny se dají popsat řečí polí, za kterou vděčíme Faradayovi. Bohužel však žádný ze čtyř druhů nemá plné vlastnosti silových polí popsaných ve většině děl sci-fi. Uveďme seznam těchto typů interakce.
1. Gravitace. Tichá síla, která nedovolí našim nohám opustit oporu. Zabraňuje rozpadu Země a hvězd a pomáhá udržovat integritu Sluneční soustavy a Galaxie. Bez gravitace by nás rotace planety vyhnala ze Země do vesmíru rychlostí 1000 mil za hodinu. Problém je v tom, že vlastnosti gravitace jsou přesně opačné než vlastnosti fantastických silových polí. Gravitace je síla přitažlivosti, nikoli odpuzování; je extrémně slabý – samozřejmě relativně; funguje na obrovské, astronomické vzdálenosti. Jinými slovy, je to téměř pravý opak ploché, tenké, neprostupné bariéry, kterou lze najít téměř v každé fantasy román nebo film. Například pírko přitahuje k podlaze celá planeta – Země, ale zemskou gravitaci snadno překonáme a pírko zvedáme jedním prstem. Náraz jednoho z našich prstů dokáže překonat gravitační sílu celé planety, která váží více než šest bilionů kilogramů.
2. Elektromagnetismus (EM). Síla, která osvětluje naše města. Lasery, rádio, televize, moderní elektronika, počítače, internet, elektřina, magnetismus – to vše jsou důsledky projevu elektromagnetické interakce. Možná je to nejužitečnější síla, kterou se lidstvu podařilo za celou svou historii využít. Na rozdíl od gravitace může působit jako přitahování i odpuzování. Pro roli silového pole se však nehodí z několika důvodů. Za prvé, může být snadno neutralizován. Například plast nebo jakýkoli jiný nevodivý materiál snadno pronikne silným elektrickým nebo magnetickým polem. Kus plastu vhozený do magnetického pole jím volně proletí. Za druhé, elektromagnetismus působí na velké vzdálenosti a není snadné se soustředit v rovině. Zákony EM interakce jsou popsány rovnicemi Jamese Clerka Maxwella a zdá se, že silová pole nejsou řešením těchto rovnic.
3 a 4. Silné a slabé jaderné interakce. Slabá interakce je síla radioaktivního rozpadu, ta, která zahřívá radioaktivní jádro Země. Tato síla stojí za sopečnými erupcemi, zemětřeseními a unášením kontinentálních desek. Silná interakce zabraňuje rozpadu atomových jader; dodává energii slunci a hvězdám a je zodpovědný za osvětlení vesmíru. Problém je v tom, že jaderná síla působí pouze na velmi malé vzdálenosti, většinou uvnitř atomového jádra. Je tak pevně svázán s vlastnostmi samotného jádra, že je extrémně obtížné jej ovládat. V současnosti známe pouze dva způsoby, jak tuto interakci ovlivnit: můžeme rozbít subatomární částici na kousky v urychlovači nebo odpálit atomovou bombu.
Ačkoli ochranná pole PROTI sci-fi a neposlouchají známé fyzikální zákony, stále existují mezery, které pravděpodobně v budoucnu umožní vytvoření silového pole. Za prvé, existuje možná pátý typ základní interakce, kterou zatím nikdo v laboratoři neviděl. Může se například ukázat, že tato interakce funguje pouze na vzdálenosti několika palců na stopu – a nikoli na astronomické vzdálenosti. (Nicméně první pokusy objevit pátý typ interakce přinesly negativní výsledky.)
Za druhé, můžeme být schopni dosáhnout toho, aby plazma napodobovalo některé vlastnosti silového pole. Plazma je „čtvrté skupenství hmoty“. První tři nám známá skupenství hmoty jsou pevné, kapalné a plynné; nejběžnější formou hmoty ve vesmíru je však plazma: plyn složený z ionizovaných atomů. Atomy v plazmatu nejsou navzájem spojeny a jsou bez elektronů, a proto mají elektrický náboj. Lze je snadno ovládat pomocí elektrických a magnetických polí.
Viditelná hmota vesmíru existuje z větší části ve formě různých typů plazmatu; z něj vzniká slunce, hvězdy a mezihvězdný plyn. V obyčejný život s plazmou se téměř nikdy nesetkáme, protože tento jev je na Zemi vzácný; plazma je však vidět. Chcete-li to provést, stačí se podívat na blesk, slunce nebo obrazovku plazmové televize.
Plazmová okna
Jak bylo uvedeno výše, pokud zahřejete plyn na dostatečně vysokou teplotu a tím získáte plazmu, pak pomocí magnetických a elektrických polí bude možné jej udržet a dát mu tvar. Plazma může být například tvarována do tabulového nebo okenního skla. Navíc lze takové „plazmové okno“ použít jako přepážku mezi vakuem a obyčejným vzduchem. V zásadě by tímto způsobem bylo možné zadržet vzduch uvnitř kosmické lodi a zabránit jí v úniku do vesmíru; V tomto případě plazma tvoří vhodnou průhlednou skořápku, hranici mezi nimi vesmír a lodí.
V sérii Star Trek se silové pole používá zejména k izolaci prostoru obsahujícího a vypouštějícího malý raketoplán z vesmíru. A to není jen chytrý trik, jak ušetřit peníze za dekorace; lze vytvořit takový průhledný neviditelný film.
Plazmové okno vynalezl v roce 1995 fyzik Eddie Gershkovich z Brookhaven National Laboratory (Long Island, New York). Toto zařízení bylo vyvinuto v procesu řešení dalšího problému - problému svařování kovů pomocí elektronového paprsku. Acetylénový hořák svářeče roztaví kov proudem horkého plynu a poté kusy kovu spojí dohromady. Je známo, že elektronový paprsek dokáže svařovat kovy rychleji, čistěji a levněji, než čeho se dosahuje konvenčními metodami svařování. Hlavní problém Metoda elektronického svařování spočívá v tom, že se musí provádět ve vakuu. Tento požadavek vytváří velké nepohodlí, protože to znamená konstrukci vakuové komory - možná velikosti celé místnosti.
Chcete-li to vyřešit problémy dr Gershkovich vynalezl plazmové okno. Toto zařízení měří pouze 3 stopy na výšku a 1 stopu v průměru; ohřeje plyn na teplotu 6500 °C a tím vytvoří plazmu, která je okamžitě zachycena elektrickým a magnetickým polem. Částice plazmy, stejně jako částice jakéhokoli plynu, vyvíjejí tlak, který zabraňuje vniknutí vzduchu a naplnění vakuové komory. (Pokud v plazmovém okně použijete argon, vyzařuje namodralou záři, stejně jako silové pole ve Star Treku.)
Plazmové okno samozřejmě najde široké uplatnění v kosmickém průmyslu a průmyslu. I v průmyslu mikroobrábění a suché leptání často vyžaduje vakuum, ale jeho použití ve výrobním procesu může být velmi nákladné. Ale nyní, s vynálezem plazmového okna, bude udržení vakua stisknutím tlačítka snadné a levné.
Lze ale plazmové okno použít jako neproniknutelný štít? Ochrání vás před výstřelem z pistole? Lze si představit vzhled plazmových oken v budoucnosti, která mají mnohem větší energii a teplotu, dostatečnou k odpařování předmětů, které do nich padají. Ale k vytvoření realističtějšího silového pole s charakteristikami známými ze sci-fi děl bude zapotřebí vícevrstvá kombinace několika technologií. Každá vrstva sama o sobě nemusí být dostatečně silná, aby zastavila dělovou kouli, ale několik vrstev dohromady může být dostačujících.
Zkusme si představit strukturu takového silového pole. Vnější vrstva, například přeplňované plazmové okno, se zahřeje na teplotu dostatečnou k odpaření kovů. Druhou vrstvou může být clona vysokoenergetických laserových paprsků. Taková clona z tisíců protínajících se laserových paprsků by vytvořila prostorovou mřížku, která by zahřívala předměty procházející přes ni a efektivně je odpařovala. Více si o laserech povíme v další kapitole.
Dále si za laserovou clonou můžete představit prostorovou mřížku „uhlíkových nanotrubiček“ - malých trubiček skládajících se z jednotlivých atomů uhlíku se stěnami o tloušťce jednoho atomu. Tímto způsobem jsou trubky mnohonásobně pevnější než ocel. Na momentálně Nejdelší vyrobená uhlíková nanotrubička na světě je dlouhá jen asi 15 mm, ale již nyní si dokážeme představit den, kdy budeme moci vytvořit uhlíkové nanotrubice libovolné délky. Předpokládejme, že z uhlíkových nanotrubic bude možné uplést prostorovou síť; v tomto případě získáme extrémně odolnou obrazovku schopnou odrážet většinu objektů. Tato obrazovka bude neviditelná, protože každá jednotlivá nanotrubice je tloušťkou srovnatelná s atomem, ale prostorová síť uhlíkových nanotrubiček svou silou překoná jakýkoli jiný materiál.
Máme tedy důvod se domnívat, že kombinace plazmového okna, laserové clony a obrazovky z uhlíkových nanotrubic by mohla sloužit jako základ pro vytvoření téměř neproniknutelné neviditelné stěny.
Ale ani takový vícevrstvý štít by nedokázal prokázat všechny vlastnosti, které sci-fi přisuzuje silovému poli. Bude tedy průhledný, což znamená, že nebude schopen zastavit laserový paprsek. V bitvě s laserovými děly budou naše vícevrstvé štíty k ničemu.
Aby bylo možné laserový paprsek zastavit, musí mít štít kromě výše uvedeného výrazně výraznou vlastnost „fotochromatičnosti“ neboli proměnlivé průhlednosti. V současné době se materiály s těmito vlastnostmi používají při výrobě slunečních brýlí, které mohou při vystavení UV záření ztmavnout. Proměnlivé průhlednosti materiálu je dosaženo použitím molekul, které mohou existovat podle alespoň ve dvou státech. V jednom stavu molekul je takový materiál průhledný. Ale pod vlivem UV záření se molekuly okamžitě přemění do jiného stavu a materiál ztrácí svou průhlednost.
Snad se nám jednou podaří pomocí nanotechnologií získat látku silnou jako uhlíkové nanotrubice a schopnou měnit její vlastnosti. optické vlastnosti pod vlivem laserový paprsek. Štít vyrobený z takové látky bude schopen zastavit nejen toky částic nebo střely, ale také laserový zásah. V současnosti však neexistují materiály s proměnlivou průhledností, které by dokázaly zastavit laserový paprsek.
Magnetická levitace
Ve sci-fi plní silová pole kromě odrážení úderů další funkci paprskové zbraně, totiž slouží jako podpora, která vám umožní překonat gravitační sílu. Ve filmu Návrat do budoucnosti jezdí Michael Fox na hoverboardu; Tato věc ve všech směrech připomíná známý skateboard, jen „jezdí“ vzduchem, nad povrchem země. Fyzikální zákony – takové, jak je známe dnes – neumožňují implementaci takového antigravitačního zařízení (jak uvidíme v 10. kapitole). Do budoucna si ale umíme představit vznik dalších zařízení – vznášející se tabule a vznášející se magnetická levitační auta; tyto stroje nám umožní snadné zvedání a držení velké předměty. V budoucnu, pokud „supravodivost při pokojová teplota„se stane dostupnou realitou, člověk bude moci zvedat předměty do vzduchu pomocí schopností magnetických polí.
Přiblížíme-li severní pól permanentního magnetu k severnímu pólu jiného podobného magnetu, magnety se budou navzájem odpuzovat. (Pokud jeden z magnetů otočíme a přineseme jižní pól Na severní pól jiný, dva magnety se budou přitahovat.) Stejný princip - který se stejně jako póly magnetů odpuzují - lze použít ke zvedání obrovských závaží ze země. V několika zemích se již staví technicky vyspělé vlaky maglev. Takové vlaky se neřítí po kolejích, ale nad nimi v minimální vzdálenosti; Drží je zavěšené obyčejné magnety. Vlaky jako by se vznášejí ve vzduchu a díky nulovému tření mohou dosahovat rekordní rychlosti.
První komerční automatizovaný dopravní systém maglev na světě byl spuštěn v roce 1984 v britském městě Birmingham. Spojovala terminál mezinárodního letiště a nedaleké nádraží. Magnetické levitační vlaky fungují také v Německu, Japonsku a Koreji, i když většina z nich není navržena pro vysoké rychlosti. První vysokorychlostní komerční vlak maglev zahájil provoz na nově spuštěném úseku trati v Šanghaji; tento vlak se po trati pohybuje rychlostí až 431 km/h. Japonský vlak maglev v prefektuře Jamanaši dosáhl rychlosti 581 km/h – výrazně rychlejší než konvenční vlaky na kolech.
Zařízení maglev jsou ale extrémně drahé. Jednou z možností, jak zvýšit jejich účinnost, je použití supravodičů, které při ochlazení na teploty blízké absolutní nule zcela ztrácejí elektrický odpor. Fenomén supravodivosti objevil v roce 1911 Heike Kamerlingh Onnes. Jeho podstatou bylo, že některé látky, když se ochladí na teplotu nižší než 20 K (20 ° výše absolutní nula) ztratí veškerý elektrický odpor. Jak se kov ochlazuje, jeho elektrický odpor zpravidla postupně klesá. (Faktem je, že směrový pohyb elektronů ve vodiči je rušen náhodnými vibracemi atomů. S klesající teplotou se zmenšuje rozsah náhodných vibrací a elektřina zažívá menší odpor.) Kamerlingh Onnes však ke svému vlastnímu úžasu zjistili, že odpor některých materiálů při určité kritické teplotě prudce klesá na nulu.
Fyzici okamžitě pochopili důležitost získaného výsledku. Při přenosu na velké vzdálenosti ztrácí elektrické vedení značné množství elektřiny. Ale pokud by se podařilo odstranit odpor, elektřina by mohla být přenášena na jakékoli místo téměř za nic. Obecně platí, že elektrický proud vybuzený v uzavřeném okruhu v něm mohl cirkulovat bez ztráty energie po miliony let. Navíc z těchto mimořádných proudů by nebylo těžké vytvořit magnety neuvěřitelné síly. A s takovými magnety by bylo možné bez námahy zvedat obrovská břemena.
Navzdory úžasným schopnostem supravodičů je jejich použití velmi obtížné. Je velmi nákladné uchovávat velké magnety v nádržích s extrémně studenými kapalinami. Aby kapaliny zůstaly chladné, budou zapotřebí obrovské studené továrny, což zvedne náklady na supravodivé magnety do stratosférických výšek a jejich použití bude nerentabilní.
Jednoho dne se ale fyzikům možná podaří vytvořit látku, která si zachová supravodivé vlastnosti i při zahřátí na pokojovou teplotu. Supravodivost při pokojové teplotě je „svatým grálem“ fyziků pevných látek. Výroba takových látek bude se vší pravděpodobností sloužit jako začátek vteřiny průmyslová revoluce. Silná magnetická pole, která mohou vznášet auta a vlaky, budou tak levná, že i „klouzavá auta“ mohou být ekonomicky životaschopná. Velmi dobře se může stát, že s vynálezem supravodičů, které si zachovávají své vlastnosti při pokojové teplotě, fantastická létající auta, která vidíme ve filmech „Návrat do budoucnosti“, „Zpráva o menšinách“ a „ Hvězdné války“ se stane realitou.
V zásadě je docela představitelné, že by člověk mohl nosit speciální pás ze supravodivých magnetů, který by mu umožňoval volně levitovat nad zemí. S takovým pásem by člověk mohl létat vzduchem jako Superman. Obecně je supravodivost při pokojové teplotě tak pozoruhodný fenomén, že vynález a použití takových supravodičů je popsáno v mnoha sci-fi románech (jako je série románů Ringworld vytvořená Larrym Nivenem v roce 1970).
Fyzici desítky let neúspěšně hledali látky, které by byly při pokojové teplotě supravodivé. Byl to zdlouhavý, nudný proces – hledání metodou pokusů a omylů, testování jednoho materiálu za druhým. Ale v roce 1986 byla objevena nová třída látek nazvaná „vysokoteplotní supravodiče“; tyto látky získaly supravodivost při teplotách řádově 90° nad absolutní nulou neboli 90 K. Tento objev se stal skutečnou senzací ve světě fyziky. Zdálo se, jako by se vrata stavidla otevřela. Měsíc po měsíci spolu fyzici soupeřili a snažili se vytvořit nový světový rekord v supravodivosti. Chvíli se dokonce zdálo, že supravodivost při pokojové teplotě se chystá vystoupit ze stránek sci-fi románů a stane se realitou. Po letech rychlého vývoje se ale výzkum vysokoteplotních supravodičů začal zpomalovat.
V současné době drží světový rekord ve vysokoteplotních supravodičech látka, která je komplexním oxidem mědi, vápníku, barya, thalia a rtuti, která se stává supravodivou při 138 K (-135 °C). Tenhle je relativně vysoká teplota stále velmi daleko od pokojové teploty. Ale i to je důležitý milník. Dusík se stává tekutým při 77 K a tekutý dusík stojí přibližně stejně jako běžné mléko. K chlazení vysokoteplotních supravodičů lze proto použít běžný kapalný dusík, který je levný. (Supravodiče, které zůstanou supravodiče při pokojové teplotě, samozřejmě nebudou vyžadovat chlazení.)
Nepříjemné je něco jiného. V současnosti neexistuje teorie, která by vysvětlovala vlastnosti vysokoteplotních supravodičů. Na podnikavého fyzika, který dokáže vysvětlit, jak fungují, navíc čeká Nobelova cena. (Ve známých vysokoteplotních supravodičích jsou atomy organizovány do odlišných vrstev. Mnoho fyziků se domnívá, že je to vrstvení keramického materiálu, které umožňuje elektronům volně se pohybovat v každé vrstvě, a tím vytvářet supravodivost. Ale přesně jak a proč k tomu dochází, je stále záhadou.)
Nedostatek znalostí nutí fyziky hledat nové vysokoteplotní supravodiče staromódním způsobem, metodou pokusů a omylů. To znamená, že notoricky známou supravodivost při pokojové teplotě lze objevit kdykoli - zítra, za rok nebo nikdy. Nikdo neví, kdy se látka s takovými vlastnostmi najde a zda vůbec bude.
Pokud však budou objeveny supravodiče pokojové teploty, jejich objev pravděpodobně vyvolá obrovskou vlnu nových vynálezů a komerčních aplikací. Magnetická pole milionkrát silnější než magnetické pole Země (což je 0,5 gaussů) se mohou stát samozřejmostí.
Jedna z vlastností všech supravodičů se nazývá Meissnerův jev. Pokud umístíte magnet nad supravodič, magnet se bude vznášet ve vzduchu, jako by byl nějakým podepřen neviditelná síla. [Důvodem Meissnerova efektu je, že magnet má tu vlastnost, že vytváří svůj vlastní zrcadlový obraz“, takže skutečný magnet a jeho odraz se začnou navzájem odpuzovat. Dalším jasným vysvětlením tohoto efektu je, že supravodič je neprostupný pro magnetické pole. Zdá se, že vytlačuje magnetické pole. Pokud tedy umístíte magnet na supravodič, siločáry magnetu se při kontaktu se supravodičem zdeformují. Tyto siločáry vytlačí magnet nahoru a způsobí, že bude levitovat.)
Pokud lidstvo dostane příležitost využít Meissnerův efekt, pak si můžeme představit dálnici budoucnosti pokrytou takovou speciální keramikou. Pak se můžeme pomocí magnetů umístěných na našem opasku nebo na spodku auta magicky vznášet nad vozovkou a spěchat do cíle bez jakéhokoli tření a ztráty energie.
Meissnerův efekt funguje pouze s magnetickými materiály, jako jsou kovy, ale supravodivé magnety lze také použít k levitaci nemagnetických materiálů známých jako paramagnetické nebo diamagnetické materiály. Tyto látky samy o sobě nemají magnetické vlastnosti; získávají je pouze v přítomnosti a pod vlivem vnějšího magnetického pole. Paramagnetické materiály jsou přitahovány externím magnetem, zatímco diamagnetické materiály jsou odpuzovány.
Voda je například diamagnetická. Protože všechny živé věci jsou vyrobeny z vody, mohou také levitovat v přítomnosti silného magnetického pole. V poli s magnetickou indukcí asi 15 T (30 000krát silnější než magnetické pole Země) se vědcům již podařilo přimět malé živočichy, jako jsou žáby, levitovat. Pokud se ale supravodivost při pokojové teplotě stane realitou, bude možné zvedat do vzduchu velké nemagnetické předměty a využít jejich diamagnetických vlastností.
Na závěr poznamenáváme, že silová pole ve formě, ve které jsou obvykle popisována ve sci-fi literatuře, nejsou v souladu s popisem čtyř základních interakcí v našem vesmíru. Můžeme ale předpokládat, že člověk bude schopen napodobit mnoho vlastností těchto fiktivních polí pomocí vícevrstvých štítů, včetně plazmových oken, laserových clon, uhlíkových nanotrubic a látek s proměnlivou průhledností. Ale ve skutečnosti může být takový štít vyvinut pouze za několik desetiletí nebo dokonce století. A pokud bude objevena supravodivost při pokojové teplotě, lidstvo bude mít příležitost využít silná magnetická pole; Snad s jejich pomocí bude možné zvedat auta a vlaky do vzduchu, jak to vidíme ve sci-fi filmech.
S přihlédnutím k tomu všemu bych silová pole zařadil do I. třídy Impossibility, tedy bych je definoval jako něco, co je s dnešní technologií nemožné, ale bude realizováno v pozměněné podobě zhruba během příštího století.
Silové pole bylo vynalezeno na ochranu před tlakovými vlnami 24. března 2015
Americká společnost Boeing si nechala patentovat technologii, která dnes byl považován za provincii sci-fi románů - systém silového pole schopný chránit různé objekty, včetně budov, aut nebo letadel, před tlakovou vlnou. Informuje o tom web amerického patentového úřadu.
Na principu fungování se vynález Boeingu podobá energetickým štítům, které mnozí znají z filmů filmové ságy Star Wars. Speciální senzor detekuje zdroj výbuchu, po kterém dojde k oblouku elektromagnetický generátor pole. Pomocí laserů, elektřiny a mikrovlnného záření systém ionizuje malou oblast vzduchu a vytváří plazmové pole v dráze tlakové vlny.
„Tato technologie sníží energii rázové vlny vytvořením speciálního prostředí podél její dráhy, které bude odrážet, lámat, absorbovat a vychylovat alespoň její část,“ uvádí text licenčního dokumentu.
Takový „štít“ vás teoreticky ochrání před nejsilnějšími vibracemi vzduchu, ale ne před kulkami nebo úlomky střely explodující poblíž. Kolem objektu nebude možné neustále udržovat ochranný „kokon“. Faktem je, že během provozu systému je vzduch velmi horký. Mimo jiné silové pole také odráží světlo a zbavuje každého uvnitř plazmového krytu viditelnost.
Zde však není vše jednoduché.
Odkaz:
« Senzor, který generuje signál k detekci alespoň jedné exploze schopné vytvořit rázovou vlnu, která může projít tekutinou do chráněné oblasti. Senzor je schopen určit polohu a čas výbuchu“, říká popis zařízení v patentu.
« Stejně jako generátor oblouku, který pracuje ve spojení se senzorem a používá se k určení vlnového signálu. Generátor je schopen reagovat na teplo ve vybrané oblasti tekutiny a okamžitě vytvořit druhou, přechodnou tekutinu, odlišnou od první, která je umístěna mezi rázovou vlnou a chráněnou oblastí.».
Zde je to, co píší uživatelé internetu:
Mofack, RU 24.03.15 14:10
Hmm, jsou nějaké problémy s výkonem? Ukazuje se, že zdroj energie takového svinstva musí produkovat tak silný okamžitý výboj.
sanches80, RU 24.03.15 15:17
vzhledem k tomu, že v moderní boj Protože tlaková vlna ovlivní jen málo věcí, hodnota tohoto zázraku, mírně řečeno, není vysoká. Ledaže jaderný výbuch vlna je hlavní věc, ale něco mi říká, že tyto pepeláty vlnu jaderného výbuchu moc nezadrží
Hayama, RU 24.03.15 15:36
Složitost tohoto produktu je srovnatelná pouze s jeho zbytečností...
STRANNÍK, ru 24.03.15 17:03
Další galaktické vítězství.
"Použití laserů, elektřiny a mikrovln... bude odrážet, lámat, absorbovat a vychylovat."
Celá sada v jedné lahvičce. Golimský nesmysl. Jako galaktický pepelat.
Hlavním cílem je osvěžit image ZČU, která v posledních letech značně vybledla, as bezpodmínečný vůdce ve vojenských technologiích.
A zároveň ospravedlnit pití těsta v očích daňového poplatníka.
Alanv, RU 24.03.15 18:47
Chlapi. ale nikdo nepřemýšlel o tom, proč to pepelats MŮŽE BÝT VŮBEC POTŘEBNÉ, I když to zastaví rázovou vlnu? Na ochranu před výbuchem kusu výbušniny zabaleného v novinách??? Protože zbytek výbušnin je obvykle dopravován na místo něčím blízkým projektilu (nebo má moře úlomků), které tento trik neudrží...
I když nechápu, jak může plazma V PRINCIPU obsahovat tlakovou vlnu... Jako vysoce nerovnovážné zahřívání s efektem „protiexploze“??? A kromě toho: "Pomocí laserů, elektřiny a mikrovlnného záření systém ionizuje malou oblast vzduchu a vytváří plazmové pole v dráze tlakové vlny." Ale potřebujeme všestrannou ochranu...
KMC je teoretický vynález, který nemá reálné uplatnění.
Literatura, stejně jako v literatuře žánru fantasy, která označuje určitou neviditelnou (méně často viditelnou) bariéru, jejíž hlavní funkcí je chránit určitou oblast nebo cíl před vnějšími či vnitřními průniky. Tato myšlenka může být založena na konceptu vektorového pole. Ve fyzice má tento termín také několik specifických významů (viz Silové pole (fyzika)).
Silová pole v literatuře
Pojem „silové pole“ je zcela běžný v uměleckých dílech, filmech a počítačových hrách. Podle mnohých umělecká díla Silová pole mají následující vlastnosti a charakteristiky a používají se také pro následující účely.
- Atmosférická energetická bariéra, která umožňuje pracovat v místnostech s otevřeným kontaktem s vakuem (například vesmírné vakuum). Silové pole udržuje atmosféru uvnitř místnosti a brání jí v opuštění místnosti: pevné a tekuté předměty mohou zároveň volně procházet oběma směry
- Bariéra, která chrání před různými nepřátelskými útoky, ať už se jedná o útoky energetickými (včetně paprskových), kinetických nebo torpédových zbraní.
- Udržet (zabránit opuštění) cíl v prostoru omezeném silovým polem.
- Blokuje teleportaci nepřátelských (a někdy i přátelských) jednotek na loď, vojenská základna atd.
- Bariéra, která omezuje šíření určitých látek ve vzduchu, jako jsou toxické plyny a páry. (Toto je často typ technologie používaný k vytvoření bariéry mezi prostorem a vnitřkem lodi/vesmírné stanice.
- Prostředek k uhašení požáru, který omezuje proudění vzduchu (a kyslíku) do prostoru požáru - požár po spotřebování veškerého dostupného kyslíku (nebo jiného silného oxidačního plynu) v prostoru uzavřeném silovým polem zcela zhasne.
- Štít, který má něco chránit před účinky přírodních nebo umělých sil (včetně zbraní). Například ve Star Control může být v některých situacích silové pole dostatečně velké, aby pokrylo celou planetu.
- Silové pole lze použít k vytvoření dočasného životního prostoru na místě, které je pro jeho použití zpočátku neobyvatelné inteligentní bytosti(například ve vesmíru nebo pod vodou).
- Jako bezpečnostní opatření k navedení někoho nebo něčeho správným směrem k zachycení.
- Místo dveří a mříží cel ve věznicích.
- V sekcích sci-fi Star Trek: The Next Generation kosmická loď měly generátory vnitřního silového pole, které posádce umožňovalo aktivovat silová pole, aby jimi zabránila průchodu jakékoli hmoty nebo energie. Používaly se také jako „okna“, která oddělovala vakuum vesmíru od obyvatelné atmosféry, k ochraně před snížením tlaku v důsledku poškození nebo místního zničení hlavní části lodi.
- Silové pole může zcela pokrýt povrch lidské tělo pro ochranu před vnějšími vlivy. Zejména ve Star Trek: The Animation Series astronauti Federace používají obleky pro energetické pole namísto mechanických. A ve Stargate se objevují osobní energetické štíty.
Video k tématu
Silová pole ve vědecké interpretaci
Poznámky
Odkazy
- (anglicky) Článek „Force Field“ na Memory Alpha, wiki o vesmíru série Star Trek
- (anglicky) Článek "The Science of Fields" na webu Stardestroyer.net
- (anglicky) Elektrostatické "neviditelné stěny" - zpráva z průmyslového sympozia o elektrostatice
Literatura
- Andrews, Dana G.(2004-07-13). „Co dělat při plavbě mezihvězdným prostorem“ (PDF) v 40. Společná konference a výstava o pohonu AIAA/ASME/SAE/ASEE.. AIAA 2004-3706. Získáno 2008-12-13.
- Martin, A.R. (1978). "Bombardování mezihvězdným materiálem a jeho účinky na vozidlo, závěrečná zpráva projektu Daedalus." Journal of the British Interplanetary Society: S116-S121.
Což bylo až dosud považováno za oblast sci-fi románů - systém silového pole schopný chránit různé objekty, včetně budov, aut nebo letadel, před tlakovou vlnou. Informuje o tom web amerického patentového úřadu.
Na principu fungování se vynález Boeingu podobá energetickým štítům, které mnozí znají z filmů filmové ságy Star Wars. Speciální senzor detekuje zdroj výbuchu, načež přichází ke slovu generátor obloukového elektromagnetického pole. Pomocí laserů, elektřiny a mikrovlnného záření systém ionizuje malou oblast vzduchu a vytváří plazmové pole v dráze tlakové vlny.
Patent leteckého giganta se jmenuje „Metoda a systém pro útlum rázových vln pomocí elektromagnetického oblouku“. Technologie v současné podobě neposkytuje plnou ochranu z granátů nebo šrapnelu, ale může výrazně snížit dopad rázové vlny na zařízení.
Systém popsaný v dokumentu lze nainstalovat jak na pohyblivé objekty, jako jsou vojenská SUV, tanky, lodě a letadla, tak na statické objekty, jako jsou budovy nebo kontrolní stanoviště. Pomocí externího senzoru detekuje skutečnost exploze a ionizuje vzduch ze strany ohrožení, čímž v okamžiku dopadu vytvoří plazmové ochranné pole pomocí laseru, elektřiny a mikrovln.
Výsledný "ochranný polštář" se liší od prostředí teplotu, hustotu a složení, a proto je schopen odrážet rázovou vlnu nebo alespoň snížit její hustotu a chránit tak zařízení.
Jak poznamenává CNET, protože systém ohřívá a ionizuje vzduch, nemůže poskytnout ochranu po dlouhou dobu, takže je navržen spíše jako airbag, který se aktivuje ve správný okamžik.
Technologie popsaná v patentu vypadá asi takto: když střela vybuchne v blízkosti vozidla vybaveného ochranným systémem, spustí se senzor, který přesně vypočítá směr, ve kterém k výbuchu došlo, a dobu, za kterou tlaková vlna dosáhne vozidlo. Dále vstupuje do hry „generátor oblouku“, který pomocí výkonných laserů vytváří něco jako silové pole. Výsledné pole je ve skutečnosti zóna ionizovaného vzduchu uvnitř bubliny plazmy. Tato bublina částečně odráží, částečně pohlcuje a částečně mění směr tlakové vlny.
To vše zní docela neuvěřitelně, ale faktem zůstává: patent existuje a lze si ho prohlédnout na stránkách Amerického patentového úřadu. Autorem vynálezu je uveden inženýr Brian Tillotson, který pracuje pro Boeing. Pokud vynález skutečně prokáže svou funkčnost, pak je pomocí této technologie možné ochránit před výbuchy nejen vojenské nákladní vozy zobrazené na vyobrazení v patentu, ale také různé budovy, lodě a dokonce i letadla.
Zde však není vše jednoduché.
Odkaz:
« Senzor, který generuje signál k detekci alespoň jedné exploze schopné vytvořit rázovou vlnu, která může projít tekutinou do chráněné oblasti. Senzor je schopen určit polohu a čas výbuchu“, říká popis zařízení v patentu.
« Stejně jako generátor oblouku, který pracuje ve spojení se senzorem a používá se k určení vlnového signálu. Generátor je schopen reagovat na teplo ve vybrané oblasti tekutiny a okamžitě vytvořit druhou, přechodnou tekutinu, odlišnou od první, která je umístěna mezi rázovou vlnou a chráněnou oblastí.».
Zde je to, co píší uživatelé internetu:
Mofack, RU 24.03.15 14:10
Hmm, jsou nějaké problémy s výkonem? Ukazuje se, že zdroj energie takového svinstva musí produkovat tak silný okamžitý výboj.
sanches80, RU 24.03.15 15:17
Pokud vezmeme v úvahu, že v moderním boji je tlakovou vlnou ovlivněno jen málo věcí, pak hodnota tohoto zázraku, mírně řečeno, není vysoká. Je to hlavní věc pro jaderný výbuch je vlna, ale něco mi říká, že tyto pepeláty vlnu jaderného výbuchu příliš nezadrží
Hayama, RU 24.03.15 15:36
Složitost tohoto produktu je srovnatelná pouze s jeho zbytečností...
STRANNÍK, ru 24.03.15 17:03
Další galaktické vítězství.
"Použití laserů, elektřiny a mikrovln... bude odrážet, lámat, absorbovat a vychylovat."
Celá sada v jedné lahvičce. Golimský nesmysl. Jako galaktický pepelat.
Hlavním cílem je osvěžit image ZČU, která v posledních letech značně vybledla, jako nezpochybnitelného lídra ve vojenských technologiích.
A zároveň ospravedlnit pití těsta v očích daňového poplatníka.
Alanv, RU 24.03.15 18:47
Chlapi. ale nikdo nepřemýšlel o tom, proč to pepelats MŮŽE BÝT VŮBEC POTŘEBNÉ, I když to zastaví rázovou vlnu? Na ochranu před výbuchem kusu výbušniny zabaleného v novinách??? Protože zbytek výbušnin je obvykle dopravován na místo něčím blízkým projektilu (nebo má moře úlomků), které tento trik neudrží...
I když nechápu, jak může plazma V PRINCIPU obsahovat tlakovou vlnu... Jako vysoce nerovnovážné zahřívání s efektem „protiexploze“??? A kromě toho: "Pomocí laserů, elektřiny a mikrovlnného záření systém ionizuje malou oblast vzduchu a vytváří plazmové pole v dráze tlakové vlny." Ale potřebujeme všestrannou ochranu...
KMC je teoretický vynález, který nemá reálné uplatnění.
Co si myslíte o vyhlídkách tohoto významného patentu?
· 26.02.2017
Záložka: 0
Spolužáci
Aktualizace 255 ARK přežití Evolved je další technologicky zaměřená aktualizace, která představuje zcela nové struktury TEK pro přeživší, nové účesy, 30 nových Průzkumníků a čtyři nová stvoření, která můžete objevit ve světě ARK.
Bylo představeno více než 20 nových částí struktur TEK, nyní budou moci Survivors upgradovat své základny a přivést je na novou obrannou úroveň. Podobně jako u TEKgramů vydaných v Patchu 254, Survivors musí porazit šéfy, aby získali znalosti o požadovaném Tekgramu před jeho vytvořením.
Spolu se sadou struktur TEK zavádíme také TEK Force Field (štít). Silový štít TEK je velká kupole s nastavitelnou velikostí, která je poháněna živlem a která chrání všechna spojenecká stvoření, struktury a hráče v něm. Power Shield poskytuje větší odolnost proti příchozím útokům a zabraňuje nečlenům kmene ve vstupu do domu.
Ammonitina Multiamicus, jeden z nejunikátnějších mořských tvorů, se podobá Nautilovi, ale je mnohem větší. Z neznámých důvodů útok na Ammonitu vyvolá hněv všech sousedů mořských tvorů který ji bude horlivě chránit. To vše činí její zabití docela nebezpečným. Odměna často stojí za riziko - samotná skořápka Ammonita je cenná (jak je vzácné) a žluč lze použít k vytvoření různých jedovatých protijedů.
Electrophorus Beluadomito, zvláštní druh Mečoun. používá elektrický náboj k paralýze své kořisti elektrickým nábojem. O některých kmenech bylo známo, že ochočili úhoře, aby je používali k „omráčení“ velkých vodních živočichů.
Microraptor Gnarilongus, stvoření podobné ptáku s plazí tváří. skutečný predátor, který okamžitě projeví agresi vůči čemukoli jeho velikosti nebo menšímu (včetně lidí). Schopnost skákat, běhat a provádět krátké lety dělá Microraptora neuvěřitelně nebezpečným sám nebo ve smečkách, a když je vycvičen, může shodit jezdce přímo v bitvě, shodit je ze sedla a omráčit je během boje.
Thylacoleo Furtimorsus, také známý jako „vačnatý lev“, je mocný predátor pocházející ze sekvojových lesů Červeného biomu světa ARK. Má nejvíce silné kousnutí z jakéhokoli suchozemský savec svět ARK - a „řezačky šroubů“ místo zubů dělají z tohoto tvora impozantního predátora ze zálohy. Lev seskočí ze zálohy ve stromech a rozdrtí krk své kořisti. Jsou to nebojácní savci, kteří šplhají vysoko po sekvojích, aby byli schopni vrhnout se na velké vzdálenosti, když se jejich kořist objeví v dohledu.