"Bouclier!" - c'est la première commande, qui dans la série sans fin "Star Trek" donne une voix dure au capitaine Kirk à son équipage; obéissant à l'ordre, l'équipage active les champs de force destinés à protéger le vaisseau spatial "Enterprise" des tirs ennemis.
Dans le scénario de Star Trek, les champs de force sont si importants que leur état peut bien déterminer l'issue d'une bataille. Dès que l'énergie du champ de force est épuisée et que la coque de l'Entreprise commence à recevoir des coups, plus loin, plus il est écrasant; finalement, la défaite devient inévitable.
Alors, qu'est-ce qu'un champ de force protecteur? Dans la science-fiction, c'est une chose trompeusement simple: une barrière mince, invisible mais impénétrable capable de réfléchir les faisceaux laser et les missiles avec la même facilité. À première vue, le champ de force semble si simple que la création - et bientôt - de boucliers de combat basés sur lui semble inévitable. Vous vous attendez donc à ce que pas aujourd'hui ou demain un inventeur entreprenant annonce qu'il a réussi à obtenir un champ de force protecteur. Mais la vérité est bien plus compliquée.
Comme l'ampoule d'Edison, qui a radicalement changé la civilisation moderne, le champ de force peut profondément affecter tous les aspects de notre vie sans exception. L'armée utiliserait le champ de force pour devenir invulnérable, créant un bouclier impénétrable contre les missiles et les balles ennemis sur sa base. En théorie, on pourrait créer des ponts, des autoroutes et des routes magnifiques en appuyant simplement sur un bouton. Des villes entières surgiraient dans le désert comme par magie; tout en eux, jusqu'aux gratte-ciel, serait construit exclusivement à partir de champs de force. Des dômes de champ de force au-dessus des villes permettraient à leurs habitants de contrôler arbitrairement les événements météorologiques - vents de tempête, tempêtes de neige, tornades. Sous la canopée sécurisée du champ de force, des villes pourraient être construites même au fond des océans. Le verre, l'acier et le béton pourraient être complètement abandonnés,remplacer tous les matériaux de construction par des champs de force.
Mais, curieusement, le champ de force s'avère être l'un de ces phénomènes extrêmement difficiles à reproduire en laboratoire. Certains physiciens pensent même qu'il ne sera pas du tout possible de faire cela sans changer ses propriétés.
Michael Faraday
Le concept de champ physique trouve son origine dans les travaux du grand scientifique britannique du XIXe siècle. Michael Faraday.
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Les parents de Faraday appartenaient à la classe ouvrière (son père était forgeron). Lui-même au début des années 1800. était un apprenti pour le relieur et a eu une existence plutôt misérable. Mais le jeune Faraday a été fasciné par la récente percée géante de la science - la découverte des propriétés mystérieuses de deux nouvelles forces, l'électricité et le magnétisme. Il dévora avec empressement toutes les informations dont il disposait sur ces questions et assista aux conférences du professeur Humphrey Davy du Royal Institute de Londres.
Le professeur Davy s'est gravement blessé aux yeux lors d'une expérience chimique ratée; avait besoin d'un secrétaire, et il a emmené Faraday à ce poste. Peu à peu, le jeune homme a gagné la confiance des scientifiques de la Royal Institution et a pu mener ses propres expériences importantes, bien qu'il ait souvent dû endurer une attitude dédaigneuse. Au fil des ans, le professeur Davy est devenu de plus en plus jaloux des succès de son jeune assistant talentueux, qui était initialement considéré comme une étoile montante dans les cercles expérimentaux, et a éclipsé au fil du temps la gloire de Davy lui-même. Ce n'est qu'après la mort de Davy en 1829 que Faraday reçut la liberté scientifique et fit toute une série de découvertes surprenantes. Leur résultat a été la création de générateurs électriques qui ont fourni de l'énergie à des villes entières et changé le cours de la civilisation mondiale.
La clé des plus grandes découvertes de Faraday était la force, ou les champs physiques. Si vous placez de la limaille de fer sur un aimant et que vous le secouez, il s'avère que la limaille s'insère dans un motif qui ressemble à une toile d'araignée et occupe tout l'espace autour de l'aimant. Les «fils de la toile» sont les lignes de force de Faraday. Ils montrent clairement comment les champs électriques et magnétiques sont répartis dans l'espace. Par exemple, si vous représentez graphiquement le champ magnétique de la Terre, vous constaterez que les lignes proviennent de quelque part dans la zone du pôle Nord, puis reviennent et vont à nouveau dans la terre dans la zone du pôle Sud. De même, si vous représentez les lignes de force du champ électrique de la foudre lors d'un orage, il s'avère qu'elles convergent à la pointe de la foudre.
L'espace vide pour Faraday n'était pas du tout vide; il était rempli de lignes de force qui pouvaient faire bouger des objets éloignés.
(La pauvre jeunesse de Faraday l'empêchait de recevoir une éducation formelle et il avait peu de connaissances en mathématiques; en conséquence, ses cahiers étaient remplis non pas d'équations et de formules, mais de diagrammes dessinés à la main de lignes de champ. Ironiquement, c'était son manque d'éducation mathématique qui lui a fait développer de magnifiques diagrammes lignes de force, que l'on peut voir aujourd'hui dans n'importe quel manuel de physique. L'image physique en science est souvent plus importante que l'appareil mathématique qui est utilisé pour la décrire.)
Les historiens ont avancé de nombreuses hypothèses sur ce qui a exactement conduit Faraday à la découverte des champs physiques - l'un des concepts les plus importants de l'histoire de toute science mondiale. En fait, toute la physique moderne, sans exception, est écrite dans la langue des champs de Faraday. En 1831, Faraday fit une découverte clé dans le domaine des champs physiques qui changea à jamais notre civilisation. Un jour, alors qu'il transportait un aimant - un jouet pour enfant - sur le cadre en fil de fer, il a remarqué qu'un courant électrique était généré dans le cadre, bien que l'aimant ne le touche pas. Cela signifiait que le champ invisible d'un aimant pouvait faire bouger les électrons à distance, créant un courant.
Les champs de force de Faraday, qui jusqu'à ce moment étaient considérés comme des images inutiles, le fruit d'un fantasme oisif, se sont révélés être une véritable force matérielle capable de déplacer des objets et de générer de l'énergie. Aujourd'hui, nous pouvons affirmer avec certitude que la source lumineuse que vous utilisez pour lire cette page est alimentée par les découvertes de Faraday en électromagnétisme. L'aimant en rotation crée un champ qui pousse les électrons dans le conducteur et les fait bouger, créant un courant électrique qui peut ensuite être utilisé pour alimenter l'ampoule. Les producteurs d'électricité sont basés sur ce principe, fournissant de l'énergie aux villes du monde entier. Par exemple, un jet d'eau tombant d'un barrage fait tourner un aimant géant dans une turbine; l'aimant pousse des électrons dans le fil, formant un courant électrique; courant, à son tour,circule à travers des fils à haute tension jusqu'à nos maisons.
En d'autres termes, les champs de force de Michael Faraday sont les forces mêmes qui animent la civilisation moderne, toutes ses manifestations - des locomotives électriques aux derniers systèmes informatiques, Internet et ordinateurs de poche.
Depuis un siècle et demi, les champs physiques de Faraday ont inspiré de nouvelles recherches par les physiciens. Einstein, par exemple, a été si fortement influencé qu'il a formulé sa théorie de la gravité dans le langage des champs physiques. Les œuvres de Faraday m'ont également marqué. Il y a plusieurs années, j'ai formulé avec succès la théorie des cordes en termes de champs physiques de Faraday, jetant ainsi les bases de la théorie des champs de cordes. En physique, dire à propos de quelqu'un qu'il pense avec des lignes de force, c'est lui faire un compliment sérieux.
Quatre interactions fondamentales
L'une des plus grandes réalisations de la physique au cours des deux derniers millénaires a été l'identification et la définition des quatre types d'interactions qui régissent l'univers. Tous peuvent être décrits dans la langue des champs auxquels nous devons Faraday. Malheureusement, aucune des quatre espèces ne possède toutes les propriétés des champs de force décrits dans la plupart des livres de science-fiction. Énumérons ces types d'interaction.
1. Gravité. La puissance silencieuse qui empêche nos pieds de quitter le support. Il ne permet pas à la Terre et aux étoiles de s'effondrer, contribue à préserver l'intégrité du système solaire et de la galaxie. Sans gravité, la rotation de la planète nous ferait sortir de la Terre et nous dirigerait vers l'espace à 1 000 miles à l'heure. Le problème est que les propriétés de la gravité sont exactement à l'opposé des propriétés des champs de force fantastiques. La gravité est la force d'attraction et non de répulsion; il est extrêmement faible - relativement, bien sûr; il fonctionne à d'énormes distances astronomiques. En d'autres termes, c'est presque exactement l'opposé de la barrière plate, mince et impénétrable que l'on peut trouver dans presque tous les romans ou films de science-fiction. Par exemple, une plume au sol est attirée par la planète entière - la Terre,mais nous pouvons facilement surmonter la gravité de la Terre et soulever la plume avec un doigt. L'impact d'un de nos doigts peut surmonter la gravité d'une planète entière, qui pèse plus de six billions de kilogrammes.
2. Électromagnétisme (EM). La puissance qui illumine nos villes. Les lasers, la radio, la télévision, l'électronique moderne, les ordinateurs, Internet, l'électricité, le magnétisme sont autant de conséquences de la manifestation de l'interaction électromagnétique. C'est peut-être la force la plus utile que l'humanité ait réussi à exploiter tout au long de son histoire. Contrairement à la gravité, il peut fonctionner à la fois pour l'attraction et la répulsion. Cependant, il ne convient pas au rôle de champ de force pour plusieurs raisons. Premièrement, il peut être facilement neutralisé. Par exemple, le plastique ou tout autre matériau non conducteur peut facilement pénétrer un puissant champ électrique ou magnétique. Un morceau de plastique jeté dans un champ magnétique volera librement à travers celui-ci. Deuxièmement, l'électromagnétisme agit sur de grandes distances, il n'est pas facile de le concentrer dans un avion. Les lois de l'interaction EM sont décrites par les équations de James Clerk Maxwell, et il semble que les champs de force ne sont pas une solution à ces équations.
3 et 4. Interactions nucléaires fortes et faibles. L'interaction faible est la force de la désintégration radioactive, celle qui chauffe le noyau radioactif de la Terre. Cette puissance est à l'origine des éruptions volcaniques, des tremblements de terre et de la dérive des plaques continentales. Une forte interaction ne permet pas aux noyaux des atomes de s'effondrer; il fournit de l'énergie au soleil et aux étoiles et est responsable de l'éclairage de l'univers. Le problème est que l'interaction nucléaire ne fonctionne qu'à de très petites distances, principalement à l'intérieur du noyau atomique. Il est si fortement associé aux propriétés du noyau lui-même qu'il est extrêmement difficile de le contrôler. Actuellement, nous ne connaissons que deux façons d'influencer cette interaction: nous pouvons briser une particule subatomique en morceaux dans un accélérateur ou faire exploser une bombe atomique.
Bien que les champs de protection de la science-fiction n'obéissent pas aux lois connues de la physique, il existe des failles susceptibles de rendre possible la création de champs de force à l'avenir. Premièrement, il existe peut-être un cinquième type d'interaction fondamentale que personne n'a encore pu voir en laboratoire. Il peut s'avérer, par exemple, que cette interaction ne fonctionne qu'à des distances de quelques centimètres à un pied - et non à des distances astronomiques. (Certes, les premières tentatives de détection du cinquième type d'interaction ont donné des résultats négatifs.)
Deuxièmement, nous pourrons peut-être amener le plasma à imiter certaines des propriétés du champ de force. Le plasma est le "quatrième état de la matière". Les trois premiers états de la matière qui nous sont familiers sont solides, liquides et gazeux; néanmoins, la forme de matière la plus courante dans l'univers est le plasma: un gaz composé d'atomes ionisés. Les atomes du plasma ne sont pas connectés les uns aux autres et sont dépourvus d'électrons, et ont donc une charge électrique. Ils peuvent être facilement contrôlés à l'aide de champs électriques et magnétiques.
La matière visible de l'univers existe pour la plupart sous la forme de divers types de plasma; le soleil, les étoiles et le gaz interstellaire en sont formés. Dans la vie ordinaire, nous ne rencontrons presque jamais de plasma, car sur Terre ce phénomène est rare; néanmoins, le plasma peut être vu. Tout ce que vous avez à faire est de regarder la foudre, le soleil ou un écran plasma.
Fenêtres plasma
Comme indiqué ci-dessus, si le gaz est chauffé à une température suffisamment élevée et que le plasma est ainsi obtenu, alors en utilisant des champs magnétiques et électriques, il sera possible de le maintenir et de le mettre en forme. Par exemple, le plasma peut avoir la forme d'une feuille ou d'une vitre. De plus, une telle «fenêtre plasma» peut être utilisée comme cloison entre le vide et l'air ordinaire. En principe, de cette manière, il serait possible de maintenir l'air à l'intérieur du vaisseau spatial, l'empêchant de s'échapper dans l'espace; le plasma dans ce cas forme une coquille transparente commode, la frontière entre l'espace ouvert et le navire.
Dans Star Trek, le champ de force est utilisé, en partie, pour isoler le compartiment où se trouve la petite navette spatiale et d'où elle part de l'espace. Et ce n'est pas seulement une astuce intelligente pour économiser de l'argent sur les décorations; un tel film invisible transparent peut être créé.
La fenêtre plasma a été inventée en 1995 par le physicien Eddie Gershkovich au Brookhaven National Laboratory (Long Island, New York). Cet appareil a été développé dans le cadre de la résolution d'un autre problème - le problème du soudage des métaux à l'aide d'un faisceau d'électrons. La torche à acétylène du soudeur fait fondre le métal avec un courant de gaz chaud, puis joint les morceaux de métal ensemble. On sait que le faisceau d'électrons est capable de souder les métaux plus rapidement, plus proprement et moins cher que les méthodes de soudage conventionnelles. Le principal problème de la méthode de soudage électronique est qu'elle doit être effectuée sous vide. Cette exigence est très gênante, car elle implique la construction d'une chambre à vide - peut-être la taille d'une pièce entière.
Pour résoudre ce problème, le Dr Gershkovich a inventé la fenêtre à plasma. Cet appareil mesure seulement 3 pieds de haut et 1 pied de diamètre; il chauffe le gaz à une température de 6500 ° C et crée ainsi un plasma, qui tombe immédiatement dans le piège des champs électriques et magnétiques. Les particules de plasma, comme les particules de tout gaz, exercent une pression qui empêche l'air de pénétrer et de remplir la chambre à vide. (Lorsqu'il est utilisé dans une fenêtre à plasma, l'argon émet une lueur bleuâtre, tout comme le champ de force dans Star Trek.)
La fenêtre à plasma trouvera évidemment une large application dans l'industrie et l'industrie spatiale. Même dans l'industrie, le micro-usinage et la gravure à sec nécessitent souvent un vide, mais leur utilisation peut être très coûteuse dans un processus de fabrication. Mais maintenant, avec l'invention de la fenêtre à plasma, maintenir le vide en appuyant sur un bouton deviendra facile et peu coûteux.
Mais une fenêtre plasma peut-elle être utilisée comme un bouclier impénétrable? Protégera-t-il contre un coup de canon? On peut imaginer l'apparition dans le futur de fenêtres à plasma avec une énergie et une température beaucoup plus élevées, suffisantes pour l'évaporation des objets qui y tombent. Mais pour créer un champ de force plus réaliste avec des caractéristiques connues de la science-fiction, une combinaison multicouche de plusieurs technologies sera nécessaire. Chaque couche peut ne pas être assez solide à elle seule pour arrêter un boulet de canon, mais plusieurs couches peuvent être suffisantes.
Essayons d'imaginer la structure d'un tel champ de force. La couche externe, telle qu'une fenêtre à plasma suralimentée, est chauffée à une température suffisante pour vaporiser les métaux. La deuxième couche pourrait être un rideau de faisceaux laser à haute énergie. Un tel rideau de milliers de faisceaux laser qui se croisent créerait une grille spatiale qui chaufferait les objets qui le traversent et les vaporiserait efficacement. Nous parlerons plus en détail des lasers dans le prochain chapitre.
De plus, derrière le rideau laser, vous pouvez imaginer un réseau spatial de "nanotubes de carbone" - de minuscules tubes, constitués d'atomes de carbone individuels, avec des parois d'un atome d'épaisseur. Ainsi, les tubes sont plusieurs fois plus résistants que l'acier. Le nanotube de carbone le plus long du monde ne mesure actuellement qu'environ 15 mm de long, mais nous pouvons déjà prévoir le jour où nous pourrons créer des nanotubes de carbone de longueur arbitraire. Supposons qu'un réseau spatial puisse être tissé à partir de nanotubes de carbone; dans ce cas, nous obtenons un écran extrêmement durable qui peut refléter la plupart des objets. Cet écran sera invisible, puisque chaque nanotube individuel est comparable en épaisseur à un atome, mais le réseau spatial de nanotubes de carbone dépassera tout autre matériau en force.
Ainsi, nous avons des raisons de supposer que la combinaison d'une fenêtre plasma, d'un rideau laser et d'un écran de nanotubes de carbone peut servir de base pour créer un mur invisible presque impénétrable.
Mais même un tel bouclier multicouche ne parviendra pas à démontrer toutes les propriétés que la science-fiction attribue à un champ de force. Donc, il sera transparent, ce qui signifie qu'il ne pourra pas arrêter le faisceau laser. Dans une bataille avec des canons laser, nos boucliers multicouches seront inutiles.
Pour arrêter le faisceau laser, l'écran doit, en plus de ce qui précède, avoir une propriété fortement prononcée de "photochromatique", ou de transparence variable. Actuellement, des matériaux présentant de telles caractéristiques sont utilisés dans la fabrication de lunettes de soleil qui peuvent s'assombrir lorsqu'elles sont exposées aux rayons UV. La transparence variable du matériau est obtenue grâce à l'utilisation de molécules qui peuvent exister dans au moins deux états. Dans un état des molécules, un tel matériau est transparent. Mais sous l'influence du rayonnement UV, les molécules passent instantanément à un autre état et le matériau perd sa transparence.
Peut-être qu'un jour nous pourrons utiliser la nanotechnologie pour obtenir une substance aussi résistante que les nanotubes de carbone et qui pourra changer ses propriétés optiques lorsqu'elle est exposée à un faisceau laser. Un bouclier fait d'une telle substance pourra arrêter non seulement les flux de particules ou les obus de canon, mais également un coup de laser. À l'heure actuelle, cependant, il n'existe aucun matériau à transparence variable qui puisse arrêter le faisceau laser.
Lévitation magnétique
Dans la science-fiction, les champs de force remplissent une autre fonction en plus de repousser les impacts des armes à rayons, à savoir, ils servent de support qui vous permet de vaincre la force de gravité. Dans Retour vers le futur, Michael Fox monte un hoverboard ou une planche flottante; cette chose ressemble à une planche à roulettes familière en tout, seulement elle «monte» dans les airs, au-dessus de la surface de la terre. Les lois de la physique, telles que nous les connaissons aujourd'hui, ne permettent pas la mise en œuvre d'un tel dispositif anti-gravité (comme nous le verrons au chapitre 10). Mais vous pouvez imaginer à l'avenir la création d'autres appareils - des planches flottantes et des voitures flottantes sur un coussin magnétique; ces machines nous permettront de soulever et de tenir facilement de gros objets. À l'avenir, si la "supraconductivité à température ambiante" devient une réalité abordable,une personne pourra soulever des objets dans les airs en utilisant les capacités des champs magnétiques.
Si nous amenons le pôle nord d'un aimant permanent au pôle nord d'un autre du même aimant, les aimants se repousseront. (Si nous retournons l'un des aimants et l'amenons avec son pôle sud au pôle nord de l'autre, deux aimants seront attirés.) Le même principe - que les mêmes pôles d'aimants se repoussent - peut être utilisé pour soulever d'énormes poids du sol. Des trains à suspension magnétique techniquement avancés sont déjà en construction dans plusieurs pays. Ces trains ne filent pas le long des voies, mais au-dessus d'eux à une distance minimale; les aimants ordinaires les maintiennent en poids. Les trains semblent flotter dans les airs et peuvent atteindre des vitesses record grâce au zéro frottement.
Le premier système de transport automatisé commercial au monde sur suspension magnétique a été lancé en 1984 dans la ville britannique de Birmingham. Il reliait le terminal de l'aéroport international et la gare voisine. Les trains à lévitation magnétique fonctionnent également en Allemagne, au Japon et en Corée, bien que la plupart ne soient pas conçus pour des vitesses élevées. Le premier train à lévitation magnétique commercial à grande vitesse a commencé à circuler sur un tronçon roulant d'une voie à Shanghai; ce train se déplace le long de l'autoroute à des vitesses allant jusqu'à 431 km / h. Un train maglev japonais dans la préfecture de Yamanashi a accéléré à une vitesse de 581 km / h, c'est-à-dire qu'il se déplaçait beaucoup plus rapidement que les trains conventionnels sur roues.
Mais les appareils à suspension magnétique sont extrêmement coûteux. L'un des moyens d'augmenter leur efficacité est l'utilisation de supraconducteurs qui, lorsqu'ils sont refroidis à des températures proches du zéro absolu, perdent complètement leur résistance électrique. Le phénomène de la supraconductivité a été découvert en 1911 par Heike Kamerling-Onnes. Son essence était que certaines substances, lorsqu'elles étaient refroidies à une température inférieure à 20 K (20 ° au-dessus du zéro absolu), perdaient toute résistance électrique. En règle générale, lorsque le métal est refroidi, sa résistance électrique diminue progressivement. {Le fait est que les vibrations aléatoires des atomes interfèrent avec le mouvement directionnel des électrons dans un conducteur. À mesure que la température diminue, la gamme des fluctuations aléatoires diminue et l'électricité subit moins de résistance.) Mais Kamerling-Onnes, à son propre étonnement, a trouvéque la résistance de certains matériaux à une certaine température critique tombe brusquement à zéro.
Les physiciens ont immédiatement compris l'importance de ce résultat. Des quantités importantes d'électricité sont perdues dans les lignes de transport sur de longues distances. Mais si la résistance pouvait être éliminée, l'électricité pourrait être transférée n'importe où pour presque rien. En général, un courant électrique excité en circuit fermé pourrait y circuler sans perte d'énergie pendant des millions d'années. De plus, à partir de ces courants extraordinaires, il ne serait pas difficile de créer des aimants d'une puissance incroyable. Et avec de tels aimants, il serait possible de soulever d'énormes charges sans effort.
Malgré les merveilleuses possibilités des supraconducteurs, leur utilisation est très difficile. Il est très coûteux de conserver de gros aimants dans des réservoirs de liquides extrêmement froids. Garder les liquides froids nécessiterait d'énormes usines froides qui augmenteraient le coût des aimants supraconducteurs à des hauteurs vertigineuses et les rendraient non rentables.
Mais un jour, les physiciens pourront peut-être créer une substance qui conserve des propriétés supraconductrices même lorsqu'elle est chauffée à température ambiante. La supraconductivité à température ambiante est le Saint Graal des physiciens du solide. La production de ces substances marquera probablement le début de la deuxième révolution industrielle. Les puissants champs magnétiques qui peuvent retenir les voitures et les trains en suspension deviendront si bon marché que même les «voitures de glisse» peuvent être économiquement viables. Il est très possible qu'avec l'invention de supraconducteurs qui conservent leurs propriétés à température ambiante, les fantastiques machines volantes que nous voyons dans les films "Retour vers le futur", "Minority Report" et "Star Wars" deviendront réalité.
En principe, il est tout à fait concevable qu'une personne puisse mettre une ceinture spéciale composée d'aimants supraconducteurs, ce qui lui permettra de léviter librement au-dessus du sol. Avec une telle ceinture, on pouvait voler dans les airs, comme Superman. En général, la supraconductivité à température ambiante est un phénomène si remarquable que l'invention et l'utilisation de tels supraconducteurs sont décrites dans de nombreux romans de science-fiction (comme la série de romans sur le Ringworld, créée par Larry Niven en 1970).
Depuis des décennies, les physiciens recherchent en vain des substances qui auraient une supraconductivité à température ambiante. C'était un processus fastidieux et ennuyeux - le rechercher par essais et erreurs, tester un matériau après l'autre. Mais en 1986, une nouvelle classe de substances a été découverte, appelées «supraconducteurs à haute température»; ces substances ont acquis une supraconductivité à des températures de l'ordre de 90 ° au-dessus du zéro absolu, soit 90 K. Cette découverte est devenue une véritable sensation dans le monde de la physique. Le sas semblait s'être ouvert. Mois après mois, les physiciens se sont affrontés pour établir un nouveau record du monde de supraconductivité. Pendant un certain temps, il a même semblé que la supraconductivité à température ambiante était sur le point de disparaître des pages des romans de science-fiction et de devenir réalité. Mais après plusieurs années de développement rapide, la recherche dans le domaine des supraconducteurs à haute température a commencé à ralentir.
Actuellement, le record du monde des supraconducteurs à haute température appartient à une substance qui est un oxyde complexe de cuivre, calcium, baryum, thallium et mercure, qui devient supraconducteur à 138 K (-135 ° C). Cette température relativement élevée est encore très éloignée de la température ambiante. Mais c'est aussi une étape importante. L'azote devient liquide à 77 K et l'azote liquide coûte à peu près le même prix que le lait ordinaire. Par conséquent, pour refroidir les supraconducteurs à haute température, de l'azote liquide ordinaire peut être utilisé, il est peu coûteux. (Bien entendu, les supraconducteurs qui restent à température ambiante ne nécessitent aucun refroidissement.)
Une autre chose est désagréable. Actuellement, il n'existe aucune théorie qui expliquerait les propriétés des supraconducteurs à haute température. De plus, un physicien entreprenant qui saura expliquer leur fonctionnement recevra un prix Nobel. (Dans les supraconducteurs à haute température bien connus, les atomes sont organisés en couches bien définies. De nombreux physiciens suggèrent que c'est la stratification du matériau céramique qui permet aux électrons de se déplacer librement dans chaque couche, créant ainsi une supraconductivité. Mais comment et pourquoi cela se produit reste un mystère.)
Le manque de connaissances oblige les physiciens à rechercher de nouveaux supraconducteurs à haute température à l'ancienne, par essais et erreurs. Cela signifie que la supraconductivité notoire à température ambiante peut être découverte à tout moment, demain, dans un an, ou jamais du tout. Personne ne sait quand une substance avec de telles propriétés sera trouvée et si elle le sera.
Mais si les supraconducteurs sont découverts à température ambiante, leur découverte est susceptible de générer une énorme vague de nouvelles inventions et applications commerciales. Des champs magnétiques un million de fois plus puissants que le champ magnétique terrestre (qui est de 0,5 gauss) peuvent devenir monnaie courante.
L'une des propriétés inhérentes à tous les supraconducteurs est appelée effet Meissner. Si vous placez un aimant sur un supraconducteur, l'aimant planera dans l'air, comme s'il était soutenu par une force invisible. [La raison de l'effet Meissner est que l'aimant a la propriété de créer sa propre "image miroir" à l'intérieur du supraconducteur, de sorte que l'aimant réel et sa réflexion commencent à se repousser. Une autre explication graphique de cet effet est qu'un supraconducteur est impénétrable à un champ magnétique. Cela repousse en quelque sorte le champ magnétique. Par conséquent, si vous placez un aimant sur un supraconducteur, les lignes de force de l'aimant seront déformées lors du contact avec le supraconducteur. Ces lignes de force pousseront l'aimant vers le haut, le faisant léviter.)
Si l'humanité a la possibilité d'utiliser l'effet Meissner, alors on peut imaginer l'autoroute du futur avec un revêtement d'une céramique aussi spéciale. Ensuite, à l'aide d'aimants placés sur notre ceinture ou sur le bas de la voiture, nous pouvons par magie planer sur la route et nous précipiter vers notre destination sans aucune friction ni perte d'énergie.
L'effet Meissner ne fonctionne qu'avec des matériaux magnétiques tels que les métaux, mais des aimants supraconducteurs peuvent également être utilisés pour léviter des matériaux non magnétiques appelés paramagnets ou diamagnets. Ces substances en elles-mêmes ne sont pas magnétiques; ils ne les acquièrent qu'en présence et sous l'influence d'un champ magnétique extérieur. Les paramagnets sont attirés par un aimant externe, les diamagnets sont repoussés.
L'eau, par exemple, est un diamagnétique. Puisque tous les êtres vivants sont faits d'eau, ils peuvent eux aussi léviter en présence d'un puissant champ magnétique. Dans un champ avec une induction magnétique d'environ 15 T (30 000 fois plus puissant que le champ magnétique terrestre), les scientifiques ont déjà réussi à faire léviter de petits animaux comme les grenouilles. Mais si la supraconductivité à température ambiante devient une réalité, il sera possible de soulever de grands objets non magnétiques dans l'air, en profitant de leurs propriétés diamagnétiques.
En conclusion, nous notons que les champs de force sous la forme dans laquelle ils sont habituellement décrits dans la littérature fantastique ne concordent pas avec la description des quatre interactions fondamentales dans notre Univers. Mais on peut supposer qu'une personne pourra imiter bon nombre des propriétés de ces champs fictifs à l'aide de boucliers multicouches, notamment des fenêtres à plasma, des rideaux laser, des nanotubes de carbone et des substances à transparence variable. Mais en réalité, un tel bouclier ne peut être développé qu'en quelques décennies, voire en un siècle. Et si la supraconductivité à température ambiante est découverte, l'humanité aura la possibilité d'utiliser de puissants champs magnétiques; peut-être qu'avec leur aide, il sera possible de soulever des voitures et des trains dans les airs, comme on le voit dans les films de science-fiction.
Compte tenu de tout cela, je classerais les champs de force dans la classe I de l'impossibilité, c'est-à-dire que je les définis comme quelque chose d'impossible pour les technologies d'aujourd'hui, mais mis en œuvre sous une forme modifiée au cours du siècle prochain.