Trys būdai sukurti skraidantį kilimą

Iš pirmo žvilgsnio tai skamba lyg pokštas iš mokslinės fantastikos srities. Bet taip nėra. Kas išeis, jei apversite nematomumo skraistę? Mažas skraidantis kilimas. Taip teigia fizikai, įsitikinę, kad tos pačios egzotiškos medžiagos, naudojamos nematomumo įrangai gaminti, gali būti naudojamos ir mažiems objektams skraidinti. Be to, žingsniu prie levitacijos mįslės įminimo priartėjo ir kitos dvi mokslininkų grupės.

Mokslininkams yra pavykę vykdyti levitacijos eksperimentus ir anksčiau, rašo newscientist.com. Pats žymiausias eksperimentas – kuomet galingais magnetiniais laukais į orą buvo pakelta varlė. Bet tokie metodai, kuomet panaudojama gigantiško magneto stumiančioji jėga, reikalauja didžiulių energijos kiekių.

O naujausios teorijos – priešingai, išnaudoja pačius mažiausius energijos kiekius, susidarančius tuščios erdvės kvantinių fluktuacijų metu.

2006 metų gegužę dvi mokslininkų grupės, vadovaujamos Šv. Andriaus universiteto (D.Britanija) mokslininko Ulfo Leonhardto ir Londono Imperatoriškojo koledžo (D.Britanija) mokslininko Johno Pendry nepriklausomai viena nuo kitos pasiūlė idėją, kad nematomumo skraistė gali būti kuriama iš egzotiškų medžiagų, pasižyminčių neįprastomis optinėmis savybėmis. Toks nematomumo įrenginys, veikiantis mikrobangų spektre, buvo pagamintas tais pačiais metais.

Įrenginys buvo pagamintas iš vadinamųjų „metamedžiagų“ – egzotiškų medžiagų, pagamintų iš sudėtingų metalinių dalių ir laidų masyvų. Metalinės dalys yra mažesnės nei šviesos bangos ilgis, o visa medžiaga gali būti sukurta taip, kad būtų tiksliai kontroliuojama, kaip ją apeina elektromagnetinės šviesos bangos. „Jos gali transformuoti erdvę ir priversti elektromagnetines bangas judėti kryptimis, kuriomis jos šiaip nejudėtų“, – sakė U. Leonhardtas.

U. Leonhardtas su kolega Thomasu Philbinu iš to paties universiteto suvokė, kad ši savybė taip pat galėtų būti išnaudojama ir itin mažų objektų levitacijos efektui sukelti.

Mokslininkai siūlo idėją metamedžiagą įkišti tarp dviejų vadinamųjų Casimiro plokščių. Kai dvi tokios plokštės yra labai arti viena kitos, vakuume tarp jų vyksta daug elektromagnetinio lauko kvantinių fluktuacijų. Dvi plokštes dar labiau suartinus tarp plokščių vyksta mažiau fluktuacijų, o tų plokščių išorinėse pusėse šios fluktuacijos būna nesuvaržytos. Dėl to skirtingose plokščių pusėse susidaro slėgio skirtumas, verčiantis plokštes laikytis arti viena kitos – tai yra vadinama Casimiro efektu.

U. Leonhardtas ir T. Philbinas mano, kad tarp plokščių įterpus metamedžiagos atraižą, plokštės trikdys elektromagnetinio lauko kvantines fluktuacijas. Metamedžiagos išskirtinė savybė yra neigiamas refrakcijos rodiklis, taigi, ją pasiekę elektromagnetinės bangos lūš priešinga kryptimis nei galima būtų tikėtis iš kitų medžiagų, sakė U. Leonhardtas. Dėl to Casimiro jėga veiktų priešinga kryptimi – ji priverstų viršutinę plokštę levituoti. Mokslinis darbas bus aprašytas leidinyje „New Journal of Physics“.

Casimiro efekto žinovas Harvardo universiteto (JAV) mokslininkas Federico Capasso sakė, kad tokios mintys yra įspūdingos. „Metamedžiagų panaudojimas Casimiro efekto pervertimui – labai protinga idėja“. Tačiau mokslininkas nurodė, kad metamedžiagų gamyba yra labai sudėtinga, todėl mažai tikėtina, kad šis efektas artimiausioje ateityje gali būti panaudotas objektų levitacijai sukelti.

Tačiau esama gerų ženklų, kad kvantinės levitacijos galima būtų tikėtis gerokai greičiau, to siekiant kitais metodais. Kalifornijos universiteto Riverside (JAV) mokslininkas Umaras Mohideenas su kolegomis sėkmingai manipuliavo Casimiro jėgos stiprumu didindami vienos iš plokščių gebėjimą atspindėti spindulius. Casimiro jėgos modifikavimas yra pirmasis žingsnis į jos krypties pakeitimą, sakė Sankt Peterburgo (Rusija) Šiaurės vakarų technikos universiteto mokslininkė, Galina Klimčickaja, dalyvavusi tyrime.

Casimiro efektą pažaboti savais metodais bando ir F. Capasso su kolegomis. Jie apskaičiavo, kad Casimiro jėgos stumiamoji jėga gali susidaryti tarp 42,7 mikrono skersmens auksu padengto polistireno rutuliuko ir teflono paviršiaus, jei abu šie objektai yra etanolyje. „Nors Casimiro jėga tarp bet kurių iš šių medžiagų – etanolio ir aukso, aukso ir Teflono ar etanolio ir Teflono – yra teigiama, jas visas derinant kartu auksinis rutuliukas turėtų levituoti“, – sakė mokslininkas.

F. Capasso pirmieji eksperimentai rodo, kad tokia stūmos jėga gali susidaryti ir kad ją galima būtų panaudoti vieno objekto levitacijai virš kito sukelti. „Tai yra dar labai ankstyvos stadijos darbas ir mums vis dar reikia įsitikinti, kad tai iš tikrųjų vyksta, bet mes palengva kaupiame eksperimentinius kvantinės levitacijos įrodymus“, – sakė F. Capasso, savo darbo rezultatus pristatęs Koherencijos ir kvantinės optikos konferencijoje, kuri birželį vyko Niujorke (JAV).

„Tai yra labai jaudinantis eksperimento rezultatas, nes pirmą kartą buvo įrodyta, jog gali būti sukurta stumiamoji Casimiro jėga“, – sakė U. Leonhardtas.