"Levantar escudos!" - esta é a primeira ordem, que na interminável série "Star Trek" dá uma voz áspera Capitão Kirk a sua tripulação; obedecendo à ordem, a tripulação ativa os campos de força projetados para proteger a espaçonave "Enterprise" do fogo inimigo.
No enredo de Star Trek, os campos de força são tão importantes que sua condição pode determinar o resultado de uma batalha. Assim que a energia do campo de força se esgota e o casco da Enterprise começa a receber golpes, quanto mais longe, mais esmagador; eventualmente, a derrota se torna inevitável.
Então, o que é um campo de força de proteção? Na ficção científica, é uma coisa aparentemente simples: uma barreira fina e invisível, mas impenetrável, capaz de refletir raios laser e mísseis com a mesma facilidade. À primeira vista, o campo de força parece tão simples que a criação - e logo - de escudos de batalha baseados nele parece inevitável. Portanto, você espera que nem hoje nem amanhã algum inventor empreendedor anuncie que conseguiu obter um campo de força protetor. Mas a verdade é muito mais complicada.
Como a lâmpada de Edison, que mudou radicalmente a civilização moderna, o campo de força pode afetar profundamente todos os aspectos de nossa vida, sem exceção. Os militares usariam o campo de força para se tornar invulneráveis, criando um escudo impenetrável contra mísseis e balas inimigos em sua base. Em teoria, era possível criar pontes, rodovias e estradas lindas com o toque de um botão. Cidades inteiras surgiriam no deserto como por mágica; tudo neles, até os arranha-céus, seria construído exclusivamente a partir de campos de força. Os domos do campo de força sobre as cidades permitiriam que seus habitantes controlassem arbitrariamente os eventos climáticos - ventos de tempestade, nevascas, tornados. Sob a cobertura segura do campo de força, as cidades poderiam ser construídas até mesmo no fundo dos oceanos. Vidro, aço e concreto podem ser completamente abandonados,substituindo todos os materiais de construção por campos de força.
Mas, curiosamente, o campo de força acaba sendo um daqueles fenômenos extremamente difíceis de reproduzir em laboratório. Alguns físicos até acreditam que não será possível fazer isso sem alterar suas propriedades.
Michael Faraday
O conceito de campo físico tem origem nas obras do grande cientista britânico do século XIX. Michael Faraday.
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Os pais de Faraday pertenciam à classe trabalhadora (seu pai era ferreiro). Ele próprio no início do século XIX. foi um aprendiz de encadernador e teve uma existência bastante miserável. Mas o jovem Faraday estava fascinado pela recente descoberta gigante na ciência - a descoberta das propriedades misteriosas de duas novas forças, eletricidade e magnetismo. Ele devorou avidamente todas as informações disponíveis sobre esses assuntos e assistiu às palestras do professor Humphrey Davy, do Royal Institute de Londres.
O professor Davy uma vez feriu gravemente os olhos durante um experimento químico fracassado; precisava de uma secretária, e ele levou Faraday para este cargo. Gradualmente, o jovem ganhou a confiança de cientistas da Royal Institution e foi capaz de conduzir seus próprios experimentos importantes, embora muitas vezes tivesse de suportar uma atitude de desprezo. Com o passar dos anos, o professor Davy tornou-se cada vez mais ciumento dos sucessos de seu jovem e talentoso assistente, que foi inicialmente considerado uma estrela em ascensão nos círculos experimentais e, com o tempo, eclipsou a glória do próprio Davy. Foi somente após a morte de Davy em 1829 que Faraday recebeu liberdade científica e fez uma série de descobertas surpreendentes. O resultado foi a criação de geradores elétricos que forneceram energia a cidades inteiras e mudaram o curso da civilização mundial.
A chave para as maiores descobertas de Faraday foram os campos de força, ou físicos. Se você colocar limalhas de ferro sobre um ímã e sacudi-lo, verifica-se que as limalhas se encaixam em um padrão que se assemelha a uma teia de aranha e ocupa todo o espaço ao redor do ímã. Os "fios da teia" são as linhas de força de Faraday. Eles mostram claramente como os campos elétricos e magnéticos são distribuídos no espaço. Por exemplo, se você representar graficamente o campo magnético da Terra, descobrirá que as linhas se originam de algum lugar na área do Pólo Norte e, em seguida, retornam e vão novamente para a Terra na área do Pólo Sul. Da mesma forma, se você descrever as linhas de força do campo elétrico do relâmpago durante uma tempestade, verifica-se que elas convergem na ponta do relâmpago.
O espaço vazio para Faraday não era nada vazio; estava cheio de linhas de força que podiam fazer objetos distantes se moverem.
(A juventude pobre de Faraday o impedia de receber uma educação formal e ele tinha pouco conhecimento de matemática; como resultado, seus cadernos não eram preenchidos com equações e fórmulas, mas com diagramas de linhas de campo desenhados à mão. Ironicamente, foi sua falta de educação matemática que o fez desenvolver diagramas magníficos linhas de força, que hoje podem ser vistas em qualquer livro de física. A imagem física na ciência é frequentemente mais importante do que o aparato matemático que é usado para descrevê-la.)
Os historiadores apresentaram muitas suposições sobre o que exatamente levou Faraday à descoberta dos campos físicos - um dos conceitos mais importantes na história da ciência mundial. Na verdade, toda a física moderna, sem exceção, é escrita na linguagem dos campos de Faraday. Em 1831, Faraday fez uma descoberta importante no campo dos campos físicos que mudou para sempre a nossa civilização. Um dia, enquanto carregava um ímã - um brinquedo de criança - sobre a estrutura de arame, ele percebeu que uma corrente elétrica foi gerada na estrutura, embora o ímã não o tocasse. Isso significava que o campo invisível de um ímã poderia fazer os elétrons se moverem à distância, criando uma corrente.
Os campos de força de Faraday, que até então eram considerados imagens inúteis, fruto de uma fantasia ociosa, revelaram-se uma verdadeira força material capaz de mover objetos e gerar energia. Hoje, podemos dizer com certeza que a fonte de luz que você usa para ler esta página é alimentada pelas descobertas de Faraday no eletromagnetismo. O ímã giratório cria um campo que empurra os elétrons no condutor e os faz se mover, criando uma corrente elétrica que pode então ser usada para alimentar a lâmpada. Os geradores de eletricidade são baseados neste princípio, fornecendo energia para cidades ao redor do mundo. Por exemplo, um fluxo de água caindo de uma barragem faz com que um ímã gigante em uma turbina gire; o ímã empurra elétrons no fio, formando uma corrente elétrica; atual, por sua vez,flui através de fios de alta tensão para nossas casas.
Em outras palavras, os campos de força de Michael Faraday são as próprias forças que impulsionam a civilização moderna, todas as suas manifestações - de locomotivas elétricas aos mais recentes sistemas de computação, a Internet e computadores de bolso.
Por um século e meio, os campos físicos de Faraday inspiraram novas pesquisas por físicos. Einstein, por exemplo, foi tão fortemente influenciado que formulou sua teoria da gravidade na linguagem dos campos físicos. As obras de Faraday também me impressionaram muito. Vários anos atrás, formulei com sucesso a teoria das cordas em termos dos campos físicos de Faraday, lançando assim as bases para a teoria dos campos das cordas. Em física, dizer sobre alguém que ele pensa com linhas de força é dar a essa pessoa um elogio sério.
Quatro interações fundamentais
Uma das maiores conquistas da física nos últimos dois milênios foi a identificação e definição dos quatro tipos de interações que governam o universo. Todos eles podem ser descritos na linguagem dos campos aos quais devemos Faraday. Infelizmente, porém, nenhuma das quatro espécies tem todas as propriedades dos campos de força descritos na maioria dos livros de ficção científica. Vamos listar esses tipos de interação.
1. Gravidade. O poder silencioso que impede nossos pés de sair do suporte. Não permite que a Terra e as estrelas se desintegrem, ajuda a preservar a integridade do Sistema Solar e da Galáxia. Sem a gravidade, a rotação do planeta nos chutaria para fora da Terra e para o espaço a 1.600 quilômetros por hora. O problema é que as propriedades da gravidade são exatamente opostas às propriedades dos fantásticos campos de força. A gravidade é a força de atração, não de repulsão; é extremamente fraco - relativamente, é claro; funciona a distâncias astronômicas enormes. Em outras palavras, é quase o oposto da barreira plana, fina e impenetrável que pode ser encontrada em quase qualquer romance ou filme de ficção científica. Por exemplo, uma pena no chão é atraída por todo o planeta - a Terra,mas podemos superar facilmente a gravidade da Terra e levantar a pena com um dedo. O impacto de um de nossos dedos pode superar a gravidade de um planeta inteiro, que pesa mais de seis trilhões de quilos.
2. Eletromagnetismo (EM). O poder que ilumina nossas cidades. Lasers, rádio, televisão, eletrônica moderna, computadores, Internet, eletricidade, magnetismo são todos consequências da manifestação da interação eletromagnética. É talvez a força mais útil que a humanidade conseguiu dominar ao longo de sua história. Ao contrário da gravidade, ela pode funcionar tanto para atração quanto para repulsão. No entanto, não é adequado para o papel de campo de força por vários motivos. Primeiro, pode ser facilmente neutralizado. Por exemplo, plástico ou qualquer outro material não condutor pode facilmente penetrar em um poderoso campo elétrico ou magnético. Um pedaço de plástico jogado em um campo magnético voará livremente através dele. Em segundo lugar, o eletromagnetismo atua a grandes distâncias, não é fácil concentrá-lo em um plano. As leis de interação EM são descritas pelas equações de James Clerk Maxwell, e parece que os campos de força não são uma solução para essas equações.
3 e 4. Interações nucleares fortes e fracas. A interação fraca é a força da decadência radioativa, aquela que aquece o núcleo radioativo da Terra. Esse poder está por trás de erupções vulcânicas, terremotos e deriva da placa continental. A interação forte não permite que os núcleos dos átomos se desintegrem; fornece energia ao sol e às estrelas e é responsável pela iluminação do universo. O problema é que a interação nuclear só funciona em distâncias muito pequenas, principalmente dentro do núcleo atômico. Está tão fortemente associado às propriedades do próprio núcleo que é extremamente difícil controlá-lo. Atualmente, conhecemos apenas duas maneiras de influenciar essa interação: podemos quebrar uma partícula subatômica em pedaços em um acelerador ou detonar uma bomba atômica.
Embora os campos de proteção da ficção científica não obedeçam às leis conhecidas da física, existem lacunas que provavelmente tornarão a criação de campos de força possível no futuro. Primeiro, talvez haja um quinto tipo de interação fundamental que ninguém ainda foi capaz de ver no laboratório. Pode acontecer, por exemplo, que essa interação só funcione em distâncias de alguns centímetros a um pé - e não em distâncias astronômicas. (Verdade, as primeiras tentativas de detectar o quinto tipo de interação geraram resultados negativos.)
Em segundo lugar, podemos fazer com que o plasma imite algumas das propriedades do campo de força. O plasma é o "quarto estado da matéria". Os três primeiros, que nos são familiares, os estados da matéria são sólidos, líquidos e gasosos; no entanto, a forma mais comum de matéria no universo é o plasma: um gás feito de átomos ionizados. Os átomos no plasma não estão conectados uns aos outros e são desprovidos de elétrons e, portanto, têm uma carga elétrica. Eles podem ser facilmente controlados usando campos elétricos e magnéticos.
A matéria visível do universo existe em sua maior parte na forma de vários tipos de plasma; o sol, as estrelas e o gás interestelar são formados a partir dele. Na vida comum, quase nunca encontramos plasma, porque na Terra esse fenômeno é raro; no entanto, o plasma pode ser visto. Tudo o que você precisa fazer é olhar para um raio, o sol ou uma tela de TV de plasma.
Janelas de plasma
Como observado acima, se o gás for aquecido a uma temperatura suficientemente alta e, assim, o plasma for obtido, então, usando campos magnéticos e elétricos, será possível mantê-lo e modelá-lo. Por exemplo, o plasma pode ter a forma de uma folha ou vidro de janela. Além disso, essa "janela de plasma" pode ser usada como uma partição entre o vácuo e o ar comum. Em princípio, desta forma seria possível manter o ar dentro da espaçonave, evitando que ele escape para o espaço; o plasma, neste caso, forma uma conveniente concha transparente, a fronteira entre o espaço aberto e o navio.
Em Star Trek, o campo de força é usado, em parte, para isolar o compartimento onde o pequeno ônibus espacial está localizado e de onde ele começa no espaço sideral. E não é apenas um truque inteligente para economizar dinheiro em decorações; tal filme invisível transparente pode ser criado.
A janela de plasma foi inventada em 1995 pelo físico Eddie Gershkovich no Laboratório Nacional de Brookhaven (Long Island, Nova York). Este dispositivo foi desenvolvido no processo de resolver outro problema - o problema de soldar metais usando um feixe de elétrons. A tocha de acetileno do soldador derrete o metal com um jato de gás quente e, em seguida, junta os pedaços de metal. Sabe-se que o feixe de elétrons é capaz de soldar metais de forma mais rápida, limpa e econômica que os métodos convencionais de soldagem. O principal problema do método de soldagem por elétrons é que ele deve ser executado no vácuo. Esse requisito é muito inconveniente, pois significa construir uma câmara de vácuo - talvez do tamanho de uma sala inteira.
Para resolver esse problema, o Dr. Gershkovich inventou a janela de plasma. Este dispositivo tem apenas 3 pés de altura e 1 pé de diâmetro; ele aquece o gás a uma temperatura de 6500 ° C e, assim, cria um plasma, que imediatamente cai na armadilha dos campos elétricos e magnéticos. Partículas de plasma, como partículas de qualquer gás, exercem pressão que impede o ar de entrar e preencher a câmara de vácuo. (Quando usado em uma janela de plasma, o argônio emite um brilho azulado, assim como o campo de força em Star Trek.)
A janela de plasma obviamente encontrará ampla aplicação na indústria espacial e na indústria. Mesmo na indústria, a microusinagem e a decapagem a seco geralmente requerem vácuo, mas pode ser muito caro usar em um processo de fabricação. Mas agora, com a invenção da janela de plasma, segurar o vácuo com o apertar de um botão se tornará fácil e barato.
Mas pode uma janela de plasma ser usada como um escudo impenetrável? Vai proteger contra um tiro de canhão? Pode-se imaginar o surgimento, no futuro, de janelas de plasma com energia e temperatura muito superiores, suficientes para a evaporação dos objetos que nela caiam. Mas para criar um campo de força mais realista com características conhecidas da ficção científica, será necessária uma combinação de várias camadas de várias tecnologias. Cada camada pode não ser forte o suficiente para parar uma bala de canhão, mas juntas várias camadas podem ser suficientes.
Vamos tentar imaginar a estrutura de tal campo de força. A camada externa, como uma janela de plasma supercarregada, é aquecida a uma temperatura suficiente para vaporizar metais. A segunda camada pode ser uma cortina de feixes de laser de alta energia. Essa cortina de milhares de feixes de laser que se cruzam criaria uma grade espacial que aqueceria os objetos que passassem por ela e os vaporizaria efetivamente. Falaremos mais sobre lasers no próximo capítulo.
Além disso, por trás da cortina de laser, você pode imaginar uma rede espacial de "nanotubos de carbono" - tubos minúsculos, consistindo de átomos de carbono individuais, com paredes de um átomo de espessura. Assim, os tubos são muitas vezes mais resistentes do que o aço. O nanotubo de carbono mais longo do mundo tem atualmente apenas 15 mm de comprimento, mas já podemos prever o dia em que seremos capazes de criar nanotubos de carbono de comprimento arbitrário. Vamos supor que uma rede espacial pode ser tecida a partir de nanotubos de carbono; neste caso, obtemos uma tela extremamente durável que pode refletir a maioria dos objetos. Essa tela será invisível, já que cada nanotubo individual é comparável em espessura a um átomo, mas a rede espacial de nanotubos de carbono superará qualquer outro material em resistência.
Portanto, temos motivos para supor que a combinação de uma janela de plasma, uma cortina de laser e uma tela de nanotubos de carbono pode servir de base para a criação de uma parede invisível quase impenetrável.
Mas mesmo esse escudo multicamadas não conseguirá demonstrar todas as propriedades que a ficção científica atribui a um campo de força. Portanto, será transparente, o que significa que não será capaz de parar o feixe de laser. Em uma batalha com canhões de laser, nossos escudos multicamadas serão inúteis.
Para parar o feixe de laser, a blindagem deve, além do acima, ter uma propriedade fortemente pronunciada de "fotocromática", ou transparência variável. Atualmente, materiais com essas características são utilizados na fabricação de óculos de sol que podem escurecer quando expostos à radiação UV. A transparência variável do material é obtida por meio do uso de moléculas que podem existir em pelo menos dois estados. Em um estado das moléculas, esse material é transparente. Mas, sob a influência da radiação ultravioleta, as moléculas mudam instantaneamente para outro estado e o material perde sua transparência.
Talvez um dia possamos usar a nanotecnologia para obter uma substância tão forte quanto os nanotubos de carbono e capaz de alterar suas propriedades ópticas sob a influência de um feixe de laser. Um escudo feito de tal substância será capaz de interromper não apenas o fluxo de partículas ou projéteis de canhão, mas também um ataque de laser. No momento, entretanto, não existem materiais com transparência variável que possam interromper o feixe de laser.
Levitação magnética
Na ficção científica, os campos de força desempenham outra função para além de repelir os golpes das armas de raio, nomeadamente, servem de suporte que permite ultrapassar a força da gravidade. Em De Volta para o Futuro, Michael Fox anda em uma prancha flutuante; essa coisa se assemelha a um skate familiar em tudo, só que "cavalga" pelo ar, acima da superfície da terra. As leis da física, como as conhecemos hoje, não permitem que tal dispositivo antigravidade seja implementado (como veremos no Capítulo 10). Mas você pode imaginar no futuro a criação de outros dispositivos - placas flutuantes e carros flutuantes sobre uma almofada magnética; essas máquinas nos permitirão levantar e segurar objetos grandes com facilidade. No futuro, se a "supercondutividade à temperatura ambiente" se tornar uma realidade acessível,uma pessoa será capaz de levantar objetos no ar usando a capacidade dos campos magnéticos.
Se levarmos o pólo norte de um ímã permanente para o pólo norte de outro do mesmo ímã, os ímãs se repelirão. (Se virarmos um dos ímãs e trazê-lo com seu pólo sul para o pólo norte do outro, dois ímãs serão atraídos.) O mesmo princípio - que os mesmos pólos de ímãs se repelem - pode ser usado para levantar pesos enormes do solo. Trens de suspensão magnética tecnicamente avançados já estão sendo construídos em vários países. Esses trens não passam ao longo dos trilhos, mas sobre eles a uma distância mínima; ímãs comuns os sustentam em peso. Os trens parecem flutuar no ar e podem atingir velocidades recordes graças ao atrito zero.
O primeiro sistema de transporte comercial automatizado do mundo com suspensão magnética foi lançado em 1984 na cidade britânica de Birmingham. Ele conectou o terminal do aeroporto internacional e a estação ferroviária próxima. Os trens de levitação magnética também operam na Alemanha, Japão e Coréia, embora a maioria não seja projetada para altas velocidades. O primeiro trem comercial de levitação magnética de alta velocidade começou a circular em uma seção de trilhos em Xangai; esse trem se move ao longo da rodovia a velocidades de até 431 km / h. Um trem maglev japonês na prefeitura de Yamanashi acelerou a uma velocidade de 581 km / h - ou seja, movia-se muito mais rápido do que os trens convencionais sobre rodas.
Mas os dispositivos suspensos magneticamente são extremamente caros. Uma das formas de aumentar sua eficiência é a utilização de supercondutores, que, quando resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto, perdem completamente a resistência elétrica. O fenômeno da supercondutividade foi descoberto em 1911 por Heike Kamerling-Onnes. Sua essência era que algumas substâncias, quando resfriadas a uma temperatura abaixo de 20 K (20 ° acima do zero absoluto), perdiam toda a resistência elétrica. Via de regra, quando o metal é resfriado, sua resistência elétrica diminui gradativamente. {O fato é que as vibrações aleatórias dos átomos interferem no movimento direcional dos elétrons em um condutor. À medida que a temperatura diminui, o intervalo de flutuações aleatórias diminui e a eletricidade experimenta menos resistência.) Mas Kamerling-Onnes, para seu próprio espanto, descobriuque a resistência de alguns materiais em uma determinada temperatura crítica cai drasticamente para zero.
Os físicos entenderam imediatamente a importância desse resultado. Quantidades significativas de eletricidade são perdidas nas linhas de transmissão em longas distâncias. Mas se a resistência pudesse ser eliminada, a eletricidade poderia ser transferida para qualquer lugar por quase nada. Em geral, uma corrente elétrica excitada em um circuito fechado poderia circular nele sem perda de energia por milhões de anos. Além disso, a partir dessas correntes extraordinárias não seria difícil criar ímãs de uma potência incrível. E com esses ímãs, seria possível levantar cargas enormes sem esforço.
Apesar das maravilhosas possibilidades dos supercondutores, seu uso é muito difícil. É muito caro manter grandes ímãs em tanques de líquidos extremamente frios. Manter os líquidos resfriados exigiria enormes fábricas de frio, o que aumentaria o custo dos ímãs supercondutores a alturas e os tornaria não lucrativos.
Mas um dia os físicos podem ser capazes de criar uma substância que retém propriedades supercondutoras mesmo quando aquecida à temperatura ambiente. A supercondutividade à temperatura ambiente é o Santo Graal dos físicos do estado sólido. A produção de tais substâncias é provavelmente o início da segunda revolução industrial. Os poderosos campos magnéticos que podem manter carros e trens suspensos se tornarão tão baratos que até mesmo "carros planadores" podem ser economicamente viáveis. É bem possível que com a invenção de supercondutores que retêm suas propriedades à temperatura ambiente, as fantásticas máquinas voadoras que vemos nos filmes "De volta ao futuro", "Relatório da Minoria" e "Guerra nas Estrelas" se tornem realidade.
Em princípio, é perfeitamente concebível que uma pessoa possa colocar um cinto especial feito de ímãs supercondutores, o que lhe permitirá levitar livremente acima do solo. Com esse cinto, alguém poderia voar pelo ar, como o Superman. Em geral, a supercondutividade à temperatura ambiente é um fenômeno tão notável que a invenção e o uso de tais supercondutores são descritos em muitos romances de ficção científica (como a série de romances sobre o Ringworld, criada por Larry Niven em 1970).
Por décadas, os físicos têm procurado sem sucesso por substâncias que teriam supercondutividade em temperatura ambiente. Era um processo tedioso e enfadonho - procurá-lo por tentativa e erro, testando um material após o outro. Mas em 1986 foi descoberta uma nova classe de substâncias, chamadas de "supercondutores de alta temperatura"; essas substâncias adquiriram supercondutividade em temperaturas da ordem de 90 ° acima do zero absoluto, ou 90 K. Essa descoberta se tornou uma verdadeira sensação no mundo da física. A eclusa de ar parecia ter aberto. Mês após mês, os físicos competiam entre si para estabelecer um novo recorde mundial de supercondutividade. Por um tempo, parecia até que a supercondutividade à temperatura ambiente estava prestes a desaparecer das páginas dos romances de ficção científica e se tornar uma realidade. Mas, após vários anos de rápido desenvolvimento, a pesquisa no campo de supercondutores de alta temperatura começou a desacelerar.
Atualmente, o recorde mundial de supercondutores de alta temperatura pertence a uma substância que é um óxido complexo de cobre, cálcio, bário, tálio e mercúrio, que se torna supercondutor a 138 K (-135 ° C). Esta temperatura relativamente alta ainda está muito longe da temperatura ambiente. Mas este também é um marco importante. O nitrogênio se torna líquido a 77 K, e o nitrogênio líquido custa quase o mesmo que o leite normal. Portanto, para resfriar supercondutores de alta temperatura, o nitrogênio líquido comum pode ser usado, é barato. (Obviamente, supercondutores que permanecem assim em temperatura ambiente não precisam de resfriamento.)
Outra coisa é desagradável. Atualmente, não existe uma teoria que explique as propriedades dos supercondutores de alta temperatura. Além disso, um físico empreendedor que saberá explicar como funcionam receberá o Prêmio Nobel. (Nos conhecidos supercondutores de alta temperatura, os átomos são organizados em camadas bem definidas. Muitos físicos sugerem que é a estratificação do material cerâmico que permite que os elétrons se movam livremente dentro de cada camada, criando assim a supercondutividade. Mas como e por que isso acontece ainda é um mistério.)
A falta de conhecimento está forçando os físicos a procurar novos supercondutores de alta temperatura da maneira antiga, por tentativa e erro. Isso significa que a notória supercondutividade à temperatura ambiente pode ser descoberta a qualquer hora, amanhã, em um ano, ou nunca. Ninguém sabe quando uma substância com tais propriedades será encontrada e se será encontrada.
Mas se supercondutores forem descobertos em temperatura ambiente, é provável que sua descoberta gere uma enorme onda de novas invenções e aplicações comerciais. Campos magnéticos um milhão de vezes mais fortes do que o campo magnético da Terra (que é 0,5 gauss) podem se tornar comuns.
Uma das propriedades inerentes a todos os supercondutores é chamada de efeito Meissner. Se você colocar um ímã sobre um supercondutor, o ímã irá pairar no ar, como se fosse sustentado por alguma força invisível. [A razão para o efeito Meissner é que o ímã tem a propriedade de criar sua própria "imagem espelhada" dentro do supercondutor, de modo que o ímã real e seu reflexo comecem a se repelir. Outra explicação gráfica para esse efeito é que um supercondutor é impenetrável a um campo magnético. Isso empurra o campo magnético. Portanto, se você colocar um ímã sobre um supercondutor, as linhas de força do ímã serão distorcidas ao entrar em contato com o supercondutor. Essas linhas de força empurrarão o ímã para cima, fazendo-o levitar.)
Se a humanidade tiver a oportunidade de usar o efeito Meissner, então pode-se imaginar a estrada do futuro com um revestimento de cerâmica tão especial. Então, com a ajuda de ímãs colocados em nosso cinto ou na parte inferior do carro, podemos pairar magicamente sobre a estrada e correr para o nosso destino sem qualquer atrito ou perda de energia.
O efeito Meissner funciona apenas com materiais magnéticos, como metais, mas ímãs supercondutores também podem ser usados para levitar materiais não magnéticos conhecidos como paramagnetos ou diamagnetos. Essas substâncias por si mesmas não são magnéticas; eles os adquirem apenas na presença e sob a influência de um campo magnético externo. Os paramagnetos são atraídos por um ímã externo, os diamagnetos são repelidos.
Água, por exemplo, é um diamagnético. Como todas as coisas vivas são feitas de água, elas também podem levitar na presença de um poderoso campo magnético. Em um campo com indução magnética de cerca de 15 T (30.000 vezes mais poderoso que o campo magnético da Terra), os cientistas já conseguiram fazer pequenos animais como sapos levitarem. Mas se a supercondutividade à temperatura ambiente se tornar uma realidade, será possível levantar grandes objetos não magnéticos no ar, aproveitando suas propriedades diamagnéticas.
Em conclusão, notamos que os campos de força na forma em que são normalmente descritos na literatura fantástica não concordam com a descrição das quatro interações fundamentais em nosso Universo. Mas pode-se supor que uma pessoa será capaz de imitar muitas das propriedades desses campos fictícios usando escudos multicamadas, incluindo janelas de plasma, cortinas de laser, nanotubos de carbono e substâncias com transparência variável. Mas, na realidade, esse escudo só pode ser desenvolvido em algumas décadas, ou mesmo em um século. E se a supercondutividade à temperatura ambiente for descoberta, a humanidade terá a oportunidade de usar campos magnéticos poderosos; talvez, com a ajuda deles, seja possível levantar carros e trens no ar, como vemos nos filmes de ficção científica.
Levando tudo isso em consideração, eu classificaria os campos de força como classe I de impossibilidade, ou seja, os definiria como algo impossível para as tecnologias de hoje, mas implementado de forma modificada no próximo século ou assim.
