"¡Escudos arriba!" - este es el primer pedido, que en la serie interminable "Star Trek" le da una voz áspera al Capitán Kirk a su tripulación; Obedeciendo a la orden, la tripulación activa los campos de fuerza diseñados para proteger la nave espacial "Enterprise" del fuego enemigo.
En la historia de Star Trek, los campos de fuerza son tan importantes que su condición bien puede determinar el resultado de una batalla. Tan pronto como la energía del campo de fuerza se agota y el casco de la Enterprise comienza a recibir golpes, cuanto más lejos, más aplastante; eventualmente, la derrota se vuelve inevitable.
Entonces, ¿qué es un campo de fuerza protector? En ciencia ficción, es algo engañosamente simple: una barrera delgada, invisible pero impenetrable capaz de reflejar rayos láser y misiles con la misma facilidad. A primera vista, el campo de fuerza parece tan simple que la creación, y pronto, de escudos de batalla basados en él parece inevitable. Así que esperas que ni hoy ni mañana algún inventor emprendedor anuncie que ha logrado obtener un campo de fuerza protector. Pero la verdad es mucho más complicada.
Al igual que la bombilla de Edison, que cambió radicalmente la civilización moderna, el campo de fuerza puede afectar profundamente todos los aspectos de nuestra vida sin excepción. Los militares usarían el campo de fuerza para volverse invulnerables, creando un escudo impenetrable contra misiles y balas enemigos sobre su base. En teoría, uno podría crear puentes, hermosas carreteras y caminos con solo tocar un botón. Ciudades enteras surgirían en el desierto como por arte de magia; todo en ellos, hasta los rascacielos, se construiría exclusivamente a partir de campos de fuerza. Las cúpulas de campo de fuerza sobre las ciudades permitirían a sus habitantes controlar arbitrariamente los eventos climáticos: vientos de tormenta, tormentas de nieve, tornados. Bajo el dosel seguro del campo de fuerza, se podrían construir ciudades incluso en el fondo de los océanos. El vidrio, el acero y el hormigón podrían abandonarse por completo,Reemplazo de todos los materiales de construcción con campos de fuerza.
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Pero, curiosamente, el campo de fuerza resulta ser uno de esos fenómenos que son extremadamente difíciles de reproducir en el laboratorio. Algunos físicos incluso creen que no será posible hacer esto sin cambiar sus propiedades.
Michael Faraday
El concepto de campo físico se origina en los trabajos del gran científico británico del siglo XIX. Michael Faraday.
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Los padres de Faraday pertenecían a la clase trabajadora (su padre era herrero). Él mismo a principios del siglo XIX. Fue aprendiz de encuadernador y tuvo una existencia bastante miserable. Pero el joven Faraday estaba fascinado por el reciente gran avance de la ciencia: el descubrimiento de las misteriosas propiedades de dos nuevas fuerzas, la electricidad y el magnetismo. Devoró con entusiasmo toda la información disponible sobre estos temas y asistió a las conferencias del profesor Humphrey Davy del Royal Institute de Londres.
El profesor Davy una vez se lesionó gravemente los ojos durante un experimento químico fallido; necesitaba una secretaria, y llevó a Faraday a este puesto. Poco a poco, el joven se ganó la confianza de los científicos de la Royal Institution y pudo realizar sus propios experimentos importantes, aunque a menudo tuvo que soportar una actitud desdeñosa. Con el paso de los años, el profesor Davy se puso cada vez más celoso de los éxitos de su joven y talentoso asistente, quien inicialmente fue considerado una estrella en ascenso en los círculos experimentales, y con el tiempo eclipsó la gloria del propio Davy. Fue solo después de la muerte de Davy en 1829 que Faraday recibió la libertad científica y realizó toda una serie de descubrimientos sorprendentes. Su resultado fue la creación de generadores eléctricos que proporcionaron energía a ciudades enteras y cambiaron el curso de la civilización mundial.
La clave de los mayores descubrimientos de Faraday fueron los campos de fuerza o físicos. Si coloca limaduras de hierro sobre un imán y lo agita, resulta que el aserrín encaja en un patrón que se asemeja a una telaraña y ocupa todo el espacio alrededor del imán. Los "hilos de la red" son las líneas de fuerza de Faraday. Muestran claramente cómo se distribuyen los campos eléctricos y magnéticos en el espacio. Por ejemplo, si representa gráficamente el campo magnético de la Tierra, encontrará que las líneas se originan en algún lugar del área del Polo Norte, y luego regresan y vuelven a entrar en la Tierra en el área del Polo Sur. De manera similar, si representa las líneas de fuerza del campo eléctrico de un rayo durante una tormenta, resulta que convergen en la punta del rayo.
El espacio vacío para Faraday no estaba vacío en absoluto; estaba lleno de líneas de fuerza que podían hacer que los objetos distantes se movieran.
(La pobre juventud de Faraday le impidió recibir una educación formal, y tenía pocos conocimientos de matemáticas; como resultado, sus cuadernos no estaban llenos de ecuaciones y fórmulas, sino de diagramas de líneas de campo dibujados a mano. Irónicamente, fue su falta de educación matemática lo que le hizo desarrollar magníficos diagramas líneas de fuerza, que hoy se pueden ver en cualquier libro de texto de física. La imagen física en la ciencia es a menudo más importante que el aparato matemático que se utiliza para describirla).
Los historiadores han presentado muchas suposiciones sobre qué llevó exactamente a Faraday al descubrimiento de los campos físicos, uno de los conceptos más importantes en la historia de toda la ciencia mundial. De hecho, toda la física moderna, sin excepción, está escrita en el lenguaje de los campos de Faraday. En 1831, Faraday hizo un descubrimiento clave en el campo de los campos físicos que cambió para siempre nuestra civilización. Un día, mientras llevaba un imán, un juguete para niños, sobre el marco de alambre, notó que se generaba una corriente eléctrica en el marco, aunque el imán no lo tocaba. Esto significaba que el campo invisible de un imán podía hacer que los electrones se movieran a distancia, creando una corriente.
Los campos de fuerza de Faraday, que hasta ese momento se consideraban imágenes inútiles, fruto de una fantasía ociosa, resultaron ser una verdadera fuerza material capaz de mover objetos y generar energía. Hoy, podemos decir con certeza que la fuente de luz que utiliza para leer esta página está impulsada por los descubrimientos de Faraday en electromagnetismo. El imán giratorio crea un campo que empuja los electrones en el conductor y los hace moverse, creando una corriente eléctrica que luego puede usarse para encender la bombilla. Los generadores de electricidad se basan en este principio, proporcionando energía a ciudades de todo el mundo. Por ejemplo, una corriente de agua que cae de una presa hace girar un imán gigante en una turbina; el imán empuja electrones en el alambre, formando una corriente eléctrica; actual, a su vez,fluye a través de cables de alto voltaje hasta nuestros hogares.
En otras palabras, los campos de fuerza de Michael Faraday son las mismas fuerzas que impulsan la civilización moderna, todas sus manifestaciones, desde locomotoras eléctricas hasta los últimos sistemas informáticos, Internet y las computadoras de bolsillo.
Durante siglo y medio, los campos físicos de Faraday han inspirado más investigaciones por parte de los físicos. Einstein, por ejemplo, estuvo tan fuertemente influenciado que formuló su teoría de la gravedad en el lenguaje de los campos físicos. Las obras de Faraday también me impresionaron mucho. Hace varios años, formulé con éxito la teoría de cuerdas en términos de campos físicos de Faraday, sentando así las bases para la teoría de campos de cuerdas. En física, decir sobre alguien que piensa con líneas de fuerza es hacerle un cumplido serio a esa persona.
Cuatro interacciones fundamentales
Uno de los mayores logros de la física durante los últimos dos milenios ha sido la identificación y definición de los cuatro tipos de interacciones que gobiernan el universo. Todos ellos pueden describirse en el lenguaje de los campos a los que debemos a Faraday. Desafortunadamente, sin embargo, ninguna de las cuatro especies tiene todas las propiedades de los campos de fuerza descritos en la mayoría de los libros de ciencia ficción. Hagamos una lista de estos tipos de interacción.
1. Gravedad. El poder silencioso que evita que nuestros pies se salgan del soporte. No permite que la Tierra y las estrellas se desmoronen, ayuda a preservar la integridad del Sistema Solar y la Galaxia. Sin la gravedad, el giro del planeta nos sacaría de la Tierra y nos llevaría al espacio a 1.000 millas por hora. El problema es que las propiedades de la gravedad son exactamente opuestas a las propiedades de los campos de fuerza fantásticos. La gravedad es la fuerza de atracción, no de repulsión; es extremadamente débil, relativamente, por supuesto; funciona a distancias astronómicas enormes. En otras palabras, es casi exactamente lo contrario de la barrera plana, delgada e impenetrable que se puede encontrar en casi cualquier novela o película de ciencia ficción. Por ejemplo, una pluma al suelo es atraída por todo el planeta: la Tierra,pero podemos vencer fácilmente la gravedad de la Tierra y levantar la pluma con un dedo. El impacto de uno de nuestros dedos puede superar la gravedad de todo un planeta, que pesa más de seis billones de kilogramos.
2. Electromagnetismo (EM). El poder que ilumina nuestras ciudades. Los láseres, la radio, la televisión, la electrónica moderna, las computadoras, Internet, la electricidad, el magnetismo son todas consecuencias de la manifestación de la interacción electromagnética. Es quizás la fuerza más útil que la humanidad ha logrado aprovechar a lo largo de su historia. A diferencia de la gravedad, puede funcionar tanto para la atracción como para la repulsión. Sin embargo, no es adecuado para el papel de campo de fuerza por varias razones. Primero, se puede neutralizar fácilmente. Por ejemplo, el plástico o cualquier otro material no conductor puede penetrar fácilmente en un potente campo eléctrico o magnético. Un pedazo de plástico arrojado a un campo magnético volará libremente a través de él. En segundo lugar, el electromagnetismo actúa a grandes distancias, no es fácil concentrarlo en un plano. Las leyes de la interacción EM están descritas por las ecuaciones de James Clerk Maxwell, y parece que los campos de fuerza no son una solución para estas ecuaciones.
3 y 4. Interacciones nucleares fuertes y débiles. La interacción débil es la fuerza de la desintegración radiactiva, la que calienta el núcleo radiactivo de la Tierra. Este poder está detrás de las erupciones volcánicas, los terremotos y la deriva de la placa continental. La interacción fuerte no permite que los núcleos de los átomos se desmoronen; proporciona energía al sol y las estrellas y se encarga de iluminar el universo. El problema es que la interacción nuclear solo funciona a distancias muy pequeñas, principalmente dentro del núcleo atómico. Está tan fuertemente asociado con las propiedades del núcleo mismo que es extremadamente difícil controlarlo. Actualmente, solo conocemos dos formas de influir en esta interacción: podemos romper una partícula subatómica en pedazos en un acelerador o detonar una bomba atómica.
Aunque los campos protectores de ciencia ficción no obedecen las leyes conocidas de la física, existen lagunas que probablemente harán posible la creación de campos de fuerza en el futuro. Primero, tal vez haya un quinto tipo de interacción fundamental que nadie ha podido ver todavía en el laboratorio. Puede resultar, por ejemplo, que esta interacción solo funcione a distancias de unos pocos centímetros a un pie, y no a distancias astronómicas. (Es cierto que los primeros intentos de detectar el quinto tipo de interacción arrojaron resultados negativos).
En segundo lugar, podemos conseguir que el plasma imite algunas de las propiedades del campo de fuerza. El plasma es el "cuarto estado de la materia". Los tres primeros estados de la materia, que nos son familiares, son sólido, líquido y gaseoso; sin embargo, la forma más común de materia en el universo es el plasma: un gas formado por átomos ionizados. Los átomos del plasma no están conectados entre sí y carecen de electrones y, por lo tanto, tienen carga eléctrica. Se pueden controlar fácilmente mediante campos eléctricos y magnéticos.
La materia visible del universo existe en su mayor parte en forma de varios tipos de plasma; el sol, las estrellas y el gas interestelar se forman a partir de él. En la vida ordinaria, casi nunca encontramos plasma, porque en la Tierra este fenómeno es raro; sin embargo, se puede ver el plasma. Todo lo que necesita hacer es mirar un rayo, el sol o una pantalla de televisión de plasma.
Ventanas de plasma
Como se señaló anteriormente, si el gas se calienta a una temperatura suficientemente alta y así se obtiene plasma, entonces utilizando campos magnéticos y eléctricos será posible sostenerlo y darle forma. Por ejemplo, el plasma puede tener la forma de una hoja o un cristal de ventana. Además, una "ventana de plasma" de este tipo se puede utilizar como partición entre el vacío y el aire ordinario. En principio, de esta forma sería posible mantener el aire dentro de la nave espacial, evitando que se escape al espacio; el plasma en este caso forma una cómoda capa transparente, el límite entre el espacio abierto y la nave.
En Star Trek, el campo de fuerza se utiliza, en parte, para aislar el compartimento donde se encuentra el pequeño transbordador espacial y desde donde parte desde el espacio exterior. Y no es solo un truco inteligente para ahorrar dinero en decoraciones; se puede crear una película invisible tan transparente.
La ventana de plasma fue inventada en 1995 por el físico Eddie Gershkovich en el Laboratorio Nacional Brookhaven (Long Island, Nueva York). Este dispositivo fue desarrollado en el proceso de resolver otro problema: el problema de soldar metales con un haz de electrones. El soplete de acetileno del soldador derrite el metal con una corriente de gas caliente y luego une las piezas de metal. Se sabe que el haz de electrones es capaz de soldar metales más rápido, más limpio y más barato que los métodos de soldadura convencionales. El principal problema del método de soldadura por electrones es que debe realizarse al vacío. Este requisito es muy inconveniente, ya que significa construir una cámara de vacío, quizás del tamaño de una habitación completa.
Para resolver este problema, el Dr. Gershkovich inventó la ventana de plasma. Este dispositivo tiene solo 3 pies de alto y 1 pie de diámetro; calienta el gas a una temperatura de 6500 ° C y crea así un plasma, que cae inmediatamente en la trampa de los campos eléctricos y magnéticos. Las partículas de plasma, como las partículas de cualquier gas, ejercen una presión que evita que el aire entre y llene la cámara de vacío. (Cuando se usa en una ventana de plasma, el argón emite un brillo azulado, al igual que el campo de fuerza en Star Trek).
La ventana de plasma obviamente encontrará una amplia aplicación en la industria y la industria espaciales. Incluso en la industria, el micromecanizado y el grabado en seco a menudo requieren vacío, pero su uso en un proceso de fabricación puede resultar muy caro. Pero ahora, con la invención de la ventana de plasma, mantener una aspiradora con solo presionar un botón será fácil y económico.
Pero, ¿se puede utilizar una ventana de plasma como escudo impenetrable? ¿Protegerá contra un disparo de cañón? Se puede imaginar la aparición en el futuro de ventanas de plasma con mucha más energía y temperatura, suficiente para la evaporación de los objetos que caen en ellas. Pero para crear un campo de fuerza más realista con características conocidas de la ciencia ficción, se requerirá una combinación de varias capas de varias tecnologías. Es posible que cada capa no sea lo suficientemente fuerte por sí sola para detener una bala de cañón, pero varias capas juntas pueden ser suficientes.
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Intentemos imaginar la estructura de tal campo de fuerza. La capa exterior, como una ventana de plasma sobrealimentado, se calienta a una temperatura suficiente para vaporizar los metales. La segunda capa podría ser una cortina de rayos láser de alta energía. Tal cortina de miles de rayos láser que se cruzan crearía una rejilla espacial que calentaría los objetos que la atraviesan y los vaporizaría de manera efectiva. Hablaremos más sobre láseres en el próximo capítulo.
Además, detrás de la cortina láser, uno puede imaginar una red espacial de "nanotubos de carbono": tubos diminutos de átomos de carbono individuales con paredes de un átomo de espesor. Por tanto, los tubos son muchas veces más resistentes que el acero. El nanotubo de carbono más largo del mundo tiene actualmente solo unos 15 mm de largo, pero ya podemos prever el día en que seremos capaces de crear nanotubos de carbono de longitud arbitraria. Supongamos que se puede tejer una red espacial a partir de nanotubos de carbono; en este caso, obtenemos una pantalla extremadamente duradera que puede reflejar la mayoría de los objetos. Esta pantalla será invisible, ya que cada nanotubo individual es comparable en grosor a un átomo, pero la red espacial de nanotubos de carbono superará a cualquier otro material en resistencia.
Entonces, tenemos razones para asumir que la combinación de una ventana de plasma, una cortina láser y una pantalla de nanotubos de carbono puede servir como base para crear una pared invisible casi impenetrable.
Pero incluso un escudo de múltiples capas no podrá demostrar todas las propiedades que la ciencia ficción atribuye a un campo de fuerza. Por lo tanto, será transparente, lo que significa que no podrá detener el rayo láser. En una batalla con cañones láser, nuestros escudos multicapa serán inútiles.
Para detener el rayo láser, el escudo debe, además de lo anterior, tener una propiedad muy pronunciada de transparencia "fotocromática" o variable. Actualmente se utilizan materiales con tales características en la fabricación de gafas de sol que pueden oscurecerse al exponerse a la radiación UV. La transparencia variable del material se logra mediante el uso de moléculas que pueden existir en al menos dos estados. En un estado de las moléculas, dicho material es transparente. Pero bajo la influencia de la radiación UV, las moléculas cambian instantáneamente a otro estado y el material pierde su transparencia.
Quizás algún día podamos utilizar la nanotecnología para obtener una sustancia que sea tan fuerte como los nanotubos de carbono y pueda cambiar sus propiedades ópticas cuando se exponga a un rayo láser. Un escudo hecho de tal sustancia podrá detener no solo los flujos de partículas o los proyectiles de cañón, sino también el impacto de un láser. Sin embargo, en la actualidad no existen materiales con transparencia variable que puedan detener el rayo láser.
Levitación magnética
En la ciencia ficción, los campos de fuerza realizan otra función además de repeler los golpes de las armas de rayos, es decir, sirven como soporte que te permite vencer la fuerza de la gravedad. En Regreso al futuro, Michael Fox monta un hoverboard o tabla flotante; esta cosa se parece a una patineta familiar en todo, solo que "cabalga" por el aire, sobre la superficie de la tierra. Las leyes de la física, tal como las conocemos hoy, no permiten que se implemente un dispositivo antigravedad de este tipo (como veremos en el Capítulo 10). Pero puede imaginarse en el futuro la creación de otros dispositivos: tablas flotantes y automóviles flotantes sobre un cojín magnético; estas máquinas nos permitirán levantar y sujetar fácilmente objetos grandes. En el futuro, si la "superconductividad a temperatura ambiente" se convierte en una realidad asequible,una persona podrá levantar objetos en el aire utilizando las capacidades de los campos magnéticos.
Si llevamos el polo norte de un imán permanente al polo norte de otro del mismo imán, los imanes se repelerán entre sí. (Si volteamos uno de los imanes y lo llevamos con su polo sur al polo norte del otro, se atraerán dos imanes). El mismo principio, que los mismos polos de los imanes se repelen, se puede usar para levantar grandes pesos del suelo. En varios países ya se están construyendo trenes de suspensión magnética técnicamente avanzados. Estos trenes no se deslizan por las vías, sino sobre ellas a una distancia mínima; los imanes ordinarios los mantienen en peso. Los trenes parecen flotar en el aire y pueden alcanzar velocidades récord gracias a la fricción cero.
El primer sistema de transporte automatizado comercial del mundo con suspensión magnética se lanzó en 1984 en la ciudad británica de Birmingham. Conectaba la terminal del aeropuerto internacional y la cercana estación de tren. Los trenes de levitación magnética también operan en Alemania, Japón y Corea, aunque la mayoría no están diseñados para altas velocidades. El primer tren comercial de levitación magnética de alta velocidad ha comenzado a circular en una sección de una vía en Shanghai; este tren se mueve por la carretera a velocidades de hasta 431 km / h. Un tren japonés de levitación magnética en la prefectura de Yamanashi aceleró a una velocidad de 581 km / h, es decir, se movió mucho más rápido que los trenes convencionales sobre ruedas.
Pero los dispositivos suspendidos magnéticamente son extremadamente caros. Una de las formas de aumentar su eficiencia es el uso de superconductores, que al enfriarse a temperaturas cercanas al cero absoluto, pierden por completo su resistencia eléctrica. El fenómeno de la superconductividad fue descubierto en 1911 por Heike Kamerling-Onnes. Su esencia era que algunas sustancias, cuando se enfriaban a una temperatura inferior a 20 K (20 ° por encima del cero absoluto), pierden toda la resistencia eléctrica. Como regla general, cuando el metal se enfría, su resistencia eléctrica disminuye gradualmente. {El hecho es que las vibraciones aleatorias de los átomos interfieren con el movimiento direccional de los electrones en un conductor. A medida que la temperatura disminuye, el rango de fluctuaciones aleatorias disminuye y la electricidad experimenta menos resistencia). Pero Kamerling-Onnes, para su propio asombro, encontróque la resistencia de algunos materiales a una determinada temperatura crítica desciende bruscamente a cero.
Los físicos comprendieron de inmediato la importancia de este resultado. Se pierden cantidades importantes de electricidad en las líneas de transmisión a largas distancias. Pero si se pudiera eliminar la resistencia, la electricidad podría transferirse a cualquier lugar por casi nada. En general, una corriente eléctrica excitada en un circuito cerrado podría circular sin pérdida de energía durante millones de años. Además, a partir de estas extraordinarias corrientes no sería difícil crear imanes de increíble poder. Y con tales imanes, sería posible levantar grandes cargas sin esfuerzo.
A pesar de las maravillosas posibilidades de los superconductores, su uso es muy difícil. Es muy caro mantener imanes grandes en tanques de líquidos extremadamente fríos. Mantener los líquidos fríos requeriría enormes fábricas de frío que elevarían el costo de los imanes superconductores a alturas altísimas y los harían no rentables.
Pero algún día, los físicos podrán crear una sustancia que conserve las propiedades superconductoras incluso cuando se caliente a temperatura ambiente. La superconductividad a temperatura ambiente es el santo grial de los físicos del estado sólido. Es probable que la producción de tales sustancias sea el comienzo de la segunda revolución industrial. Los potentes campos magnéticos que pueden mantener suspendidos los coches y trenes serán tan baratos que incluso los "coches deslizantes" pueden ser económicamente viables. Es muy posible que con la invención de superconductores que conservan sus propiedades a temperatura ambiente, las fantásticas máquinas voladoras que vemos en las películas "Regreso al futuro", "Minority Report" y "Star Wars" se hagan realidad.
En principio, es bastante concebible que una persona pueda ponerse un cinturón especial hecho de imanes superconductores, lo que le permitirá levitar libremente sobre el suelo. Con tal cinturón, uno podría volar por el aire, como Superman. En general, la superconductividad a temperatura ambiente es un fenómeno tan notable que la invención y el uso de tales superconductores se describen en muchas novelas de ciencia ficción (como la serie de novelas sobre el mundo del anillo, creada por Larry Niven en 1970).
Durante décadas, los físicos han buscado sin éxito sustancias que tuvieran superconductividad a temperatura ambiente. Fue un proceso tedioso y aburrido: buscarlo por ensayo y error, probando un material tras otro. Pero en 1986 se descubrió una nueva clase de sustancias, que se denominaron "superconductores de alta temperatura"; estas sustancias adquirieron superconductividad a temperaturas del orden de 90 ° por encima del cero absoluto, o 90 K. Este descubrimiento se convirtió en una verdadera sensación en el mundo de la física. La esclusa de aire parecía haberse abierto. Mes tras mes, los físicos competían entre sí para establecer un nuevo récord mundial de superconductividad. Durante un tiempo, incluso pareció que la superconductividad a temperatura ambiente estaba a punto de desaparecer de las páginas de las novelas de ciencia ficción y convertirse en una realidad. Pero después de varios años de rápido desarrollo, la investigación en el campo de los superconductores de alta temperatura comenzó a ralentizarse.
Actualmente, el récord mundial de superconductores de alta temperatura pertenece a la sustancia, que es un óxido complejo de cobre, calcio, bario, talio y mercurio, que se convierte en superconductor a 138 K (-135 ° C). Esta temperatura relativamente alta está todavía muy lejos de la temperatura ambiente. Pero este también es un hito importante. El nitrógeno se vuelve líquido a 77 K, y el nitrógeno líquido cuesta aproximadamente lo mismo que la leche normal. Por lo tanto, para enfriar superconductores de alta temperatura, se puede usar nitrógeno líquido ordinario, es económico. (Por supuesto, los superconductores que permanecen así a temperatura ambiente no requieren enfriamiento en absoluto).
Otra cosa es desagradable. Actualmente, no existe una teoría que explique las propiedades de los superconductores de alta temperatura. Además, un físico emprendedor que sepa explicar cómo funcionan recibirá un premio Nobel. (En los superconductores conocidos de alta temperatura, los átomos están organizados en capas bien definidas. Muchos físicos sugieren que es la capa del material cerámico lo que permite que los electrones se muevan libremente dentro de cada capa, creando así una superconductividad. Pero cómo y por qué sucede esto sigue siendo un misterio).
La falta de conocimiento está obligando a los físicos a buscar nuevos superconductores de alta temperatura a la antigua usanza, por ensayo y error. Esto significa que la notoria superconductividad a temperatura ambiente se puede descubrir en cualquier momento, mañana, dentro de un año o nunca. Nadie sabe cuándo se encontrará una sustancia con tales propiedades y si se encontrará.
Pero si los superconductores se descubren a temperatura ambiente, es probable que su descubrimiento genere una gran ola de nuevos inventos y aplicaciones comerciales. Los campos magnéticos un millón de veces más fuertes que el campo magnético terrestre (que es de 0,5 gauss) pueden convertirse en algo común.
Una de las propiedades inherentes a todos los superconductores se llama efecto Meissner. Si coloca un imán sobre un superconductor, el imán flotará en el aire, como si estuviera sostenido por una fuerza invisible. [La razón del efecto Meissner es que el imán tiene la propiedad de crear su propia "imagen especular" dentro del superconductor, de modo que el imán real y su reflejo comienzan a repelerse entre sí. Otra explicación gráfica de este efecto es que un superconductor es impenetrable a un campo magnético. De alguna manera empuja el campo magnético. Por lo tanto, si coloca un imán sobre un superconductor, las líneas de fuerza del imán se distorsionarán al entrar en contacto con el superconductor. Estas líneas de fuerza empujarán el imán hacia arriba, haciendo que levite).
Si la humanidad tiene la oportunidad de usar el efecto Meissner, entonces uno puede imaginarse la carretera del futuro con un revestimiento de cerámica tan especial. Luego, con la ayuda de imanes colocados en nuestro cinturón o en la parte inferior del automóvil, podemos flotar mágicamente sobre la carretera y correr hacia nuestro destino sin fricción ni pérdida de energía.
El efecto Meissner solo funciona con materiales magnéticos como los metales, pero los imanes superconductores también se pueden usar para hacer levitar materiales no magnéticos conocidos como paramagnetos o diamagnetos. Estas sustancias por sí mismas no son magnéticas; los adquieren sólo en presencia y bajo la influencia de un campo magnético externo. Los paramagnetos son atraídos por un imán externo, los diamagnetos son repelidos.
El agua, por ejemplo, es diamagnética. Dado que todos los seres vivos están hechos de agua, también pueden levitar en presencia de un poderoso campo magnético. En un campo con una inducción magnética de unos 15 T (30.000 veces más potente que el campo magnético de la Tierra), los científicos ya han conseguido que pequeños animales como las ranas leviten. Pero si la superconductividad a temperatura ambiente se convierte en realidad, será posible elevar grandes objetos no magnéticos al aire, aprovechando sus propiedades diamagnéticas.
En conclusión, observamos que los campos de fuerza en la forma en que se describen generalmente en la literatura fantástica no concuerdan con la descripción de las cuatro interacciones fundamentales en nuestro Universo. Pero se puede suponer que una persona podrá imitar muchas de las propiedades de estos campos ficticios utilizando escudos multicapa, incluidas ventanas de plasma, cortinas láser, nanotubos de carbono y sustancias con transparencia variable. Pero en realidad, tal escudo solo se puede desarrollar en unas pocas décadas, o incluso en un siglo. Y si se descubre la superconductividad a temperatura ambiente, la humanidad tendrá la oportunidad de utilizar poderosos campos magnéticos; tal vez, con su ayuda, sea posible levantar coches y trenes en el aire, como vemos en las películas de ciencia ficción.
Teniendo todo esto en cuenta, clasificaría los campos de fuerza como clase I de imposibilidad, es decir, los defino como algo imposible para las tecnologías actuales, pero implementado de forma modificada durante el próximo siglo más o menos.
