Многообразная левитация: виды
Магнитная левитация, то есть достигаемая за счёт вытеснения сверхпроводниками магнитного поля в ходе эффекта Мейснера, является наиболее известным, однако не единственным видом физической левитации. Например, ультразвуковая левитация, одна из разновидностей акустической левитации, достигаемой благодаря пребыванию объекта в стоячей звуковой волне. Помимо этого, существует электрическая левитация, названная так в связи с тем, что преодоление сил притяжения достигаются за счёт использования различных комбинаций электрических разрядов. За счёт этого достигаются явления электростатической и электродинамической левитации. Их особенность состоит в том, что левитация в данном случае не слишком устойчива, зато она может быть использована для попыток левитирования сравнительно крупных предметов.
Уроки левитации демонстрируют, что возможна также оптическая левитация, достигаемая в связи с силой светового давления. Эта сила, как выяснилось, приводит к изменению распределения энергии внутри электромагнитного поля и в некоторых случаях вызывает частичную левитацию. Хорошо известна и достаточно просто достигаема на практике аэродинамическая левитация - когда предмет преодолевает воздействие гравитации за счёт давления воздуха. Посредством нагнетания воздушных струй «накачивается» так называемая воздушная подушка, на которой и держится объект. За счёт мощных воздушных струй в воздух можно поднимать достаточно тяжёлые предметы. Однако в данном случае существует две проблемы: во-первых, при аэродинамической левитации достаточно трудно достичь уравновешенного полёта; во-вторых, не все согласны считать этот вид левитации настоящей левитации. Так как, по сути, подъём тела за счёт направленной струи воздуха ничем не отличается от полёта птицы, потому что крылья птиц или насекомых также отталкиваются от воздуха.
Ждать ли нам свободных полётов?
Практические эксперименты и технологические разработки в данном направлении сегодня интересуют широкую общественность, прежде всего, с точки зрения вопроса, как научиться левитации. То есть можно ли будет в ближайшее время осуществлять контролируемую левитацию достаточно тяжёлых объектов, в том числе человека? Пока что ответ скорее отрицательный и связан он с объективными техническими сложностями. Ни один из доступных на сегодняшний день способов левитации не обладает всеми необходимыми свойствами для решения данной проблемы. Вот характеристики некоторых видов практической левитации:
- электромагнитная левитация - не имеет ограничений по форме и размеру «левитируемого» объекта, а также по максимальному значению подъёмной силы. Но имеются сложности с доступностью сверхпроводящих материалов, условиями осуществления феномена (низкая температура, присутствие магнитных полей, большими размерами устройства), и нестабильностью управления процессом;
- оптическая левитация - чрезвычайно незначительные размеры левитируемых частиц (их диаметр измеряется в микрометрах, то есть в миллионных долях метра), соответственно, крайне малая подъёмная сила, строгие требования к условиям проведения эксперимента, чувствительность в отношении множества параметров;
- акустическая (звуковая) левитация - нет ограничений по форме объекта, однако размер строго связан с размерами используемых в процессе стоячих акустических волн. Этим обусловлена незначительная подъёмная сила, а также невозможность осуществления феномена в вакууме. Зато для этого метода достижения левитации фактически нет сложностей с используемыми материалами (как, к примеру, со сверхпроводниками при эффекте Мейснера), что на практике делает звуковую левитацию самой дешёвой. К тому же в последнее время сделаны существенные успехи в придании акустической левитации контролируемого и регулируемого характера;
- аэродинамическая левитация - пока что наиболее эффективный метод преодоления гравитации в плане работы с большими и массивными объектами. Плюс в данном случае нет специфических требований к используемым материалам. Однако требуется наличие довольно сложных систем нагнетания воздушных потоков, которые к тому же не гарантируют стабильного и управляемого феномена левитации.
Квантовая левитация: открытие новых горизонтов?
При всём при этом научные исследования не стоят на месте, исследователи не только ищут дополнительные возможности для уже известных способов получения эффекта левитации, но и разрабатывают новые направления. Одним из таких перспективных направлений в последние годы стала квантовая левитация. В частности, разработки израильских учёных в 2011 году продемонстрировали любопытные свойства сверх проводников в условиях явления, обозначаемого как квантовый захват.
Возникающая при этом квантовая левитация отличается от стандартной магнитной левитации при эффекте Мейснера тем, что левитируемые объекты обладают «памятью». В стандартной левитации предметы просто зависают над сверхпроводником и попытки изменить их положение, сдвинуть их обычно приводят к нарушению стабильности процесса и прекращению левитации. При квантовом захвате манипуляции с объектом могут осуществляться спокойно. Вдобавок предметы запоминают новое положение в пространстве и даже могут повторять движение, заданное им извне. По словам учёных, квантовая левитация принципиально отличается от стандартной, построенной на силах притяжения и отталкивания в зависимости от полярности установленных магнитов. Здесь же левитация не зависит от ориентации силовых линий исходящих от магнита и силы тяжести. Благодаря этому система магнит-сверхпроводник остаётся стабильной при любых изменениях положения в пространстве, что позволяет осуществлять стабильную и управляемую левитацию.
Александр Бабицкий
