Fizika Nemoguceg-micio Kaku_odlomak Knjiga

8/23/2019 Fizika Nemoguceg-micio Kaku_odlomak Knjiga

1/45

Fizika nemogueg


2/45

Takoe od Miija Kakua:

Hiperprostor

Vizije

Ajntajnov kosmos

Paralelni svetovi

Posle AjntajnaFizika budunosti


3/45

Fizika

nemogueg

m k

PrevodAna Jei

NAUNO ISTRAIVANJE VREMEPLOVA,

TELEPATIJE , PSIHOKINEZE, ROBOTA

I PUTOVANJA BR EG OD SVETLOSTI


4/45

Naslov originala

Michio Kaku: PHYSICS OF THE IMPOSSIBLE

Copyright 2008 by Michio Kaku

Copyright 2011 za srpsko izdanje, Heliks

Izdava

Heliks

Za izdavaa

Brankica Stojanovi

Lektor

Vesna uki

tampa

Newpress, Smederevo

Tira

1000 primeraka

Prvo izdanje

Knjiga je sloenatipograskim pismom

Walbaum

ISBN: 978-86-86059-29-1

Smederevo, 2011.

www.heliks.rs


5/45

Sadraj

Predgovor vii

Zahvalnice xv

D I: P 1. Polja sile 3

2. Nevidljivost 14

3. Fazeri i zvezde smrti 30

4. Teleportacija 475. Telepatija 61

6. Psihokineza 77

7. Roboti 89

8. Vanzemaljci i NLO 108

9. Meuzvezdani brodovi 132

10. Antimaterija i antisvemiri 155

D II: D 11. Bre od svetlosti 171

12. Putovanje kroz vreme 187

13. Paralelni univerzumi 198

D III: T 14. Perpetuum mobile 221

15. Predvianje budunosti 234

Epilog: Budunost nemogueg 245

Napomene 263

Literatura 275

Indeks 277


6/45


7/45

vii

Predgovor

Ako ideja na prvi pogled ne zvui

apsurdno, nema nade za nju.

albert ajntajn

Hoemo li jednog dana moi da prolazimo kroz zidove? Pravimo sve-mirske brodove koji e putovati bre od svetlosti? itamo misli drugih

ljudi? Postanemo nevidljivi? Pomeramo predmete snagom svog uma?U trenu prenesemo naa tela kroz svemir? Ta pitanja ascinirala su me

jo od malih nogu.Poput mnogih ziara, kako sam odrastao, opinjavala me je mogu-

nost putovanja kroz vreme, pitolji na zrake, polja sila, paralelni sve-miri i sline stvari. Magija, antazija, nauna antastika bile su gigantskoigralite za moju matu. Pobudile su moju ljubav prema nemoguemkoja e trajati doivotno.

Seam se da sam gledao reprizu stare televizijske serije Fle Gor-don. Svake subote prilepio bih se za televizor, divei se avanturamaFlea, doktora Zarkova i Dejl Arden i zasenjujuem nizu uturistikihtehnolokih uda: raketama, titovima nevidljivosti, pitoljima na zrakei gradovima na nebu. Nisam propustio nijednu epizodu. Taj programotvorio mi je vrata potpuno novog sveta. Ushiivala me je pomisao naputovanje raketom na tuinsku planetu i istraivanje nepoznatog okru-enja. Privuen u orbitu tih antastinih pronalazaka, znao sam da mi

je sudbina povezana sa udima nauke nagovetenim u seriji.Ispostavilo se da nisam bio sam. Nauna antastika je pobudila inte-

resovanje za nauku u mnogim zaslunim naunicima. Veliki astro-nom Edvin Habl bio je asciniran delima ila Verna. Proitavi Ver-nove knjige, Habl je batalio obeavajuu advokatsku karijeru i, protivno


8/45

P r e D g o v o r

viii

oevim eljama, odluio se za karijeru naunika. Postao je najvei astro-nom dvadesetog veka. Karlu Seganu, uvenom astronomu i autoru naj-bolje prodavanih knjiga, matu je potpirio serijal knjiga o Donu Kar-

teru Marsovcu pisca Edgara Rajsa Barouza. Sanjao je kako e jednogdana poput Dona Kartera istraivati pesak Marsa.

Bio sam dete kad je umro Albert Ajntajn, ali seam se priguenogtona kojim se govorilo o njegovom ivotu i smrti. Narednog dana u novi-nama je osvanula slika njegovog stola na kome je bio rukopis Ajntaj-novog najveeg, nedovrenog dela. Zapitao sam se ta je to moglo bititoliko vano da ga najvei naunik naeg vremena ne uspe dovriti? Ulanku se tvrdilo da je Ajntajn imao san koji se nije mogao ostvariti,problem toliko teak da ga nijedan smrtnik ne moe reiti. Godinamasam se trudio da prokljuvim o emu je bio rukopis: o velikoj, ujedinjuju-oj teoriji svega. Znajui za taj njegov san kome je posvetio posled-nje tri decenije ivota usredsredio sam se na svoju matu. eleo samda na skroman nain doprinesem dovravanju Ajntajnovog rada, dase zakoni zike obuhvate jedinstvenom teorijom. S godinama sam sve

vie uviao: iako je Fle Gordon bio heroj koji uvek osvaja cice, nau-

nici su bili ti zbog kojih se serija odvijala. Bez doktora Zarkova, ne bibilo raketnog broda, putovanja na Mongo ni spasavanja Zemlje. Svakaast herojima, ali bez nauke ne bi bilo naune antastike.

Posle izvesnog vremena shvatio sam da su ove prie nemogue saaspekta nauke na kojoj su se zasnivale bile su tek uzleti mate. Odra-stanje je znailo odbacivanje takve antazije. Rekli su mi da se u stvar-nom ivotu mora odbaciti nemogue i prihvatiti praktino.

Meutim, shvatio sam da je klju za odravanje moje ascinacije

nemoguim bila zika. Bez temeljnog poznavanja napredne zike, zau-vek bih samo spekulisao o uturistikim tehnologijama ne razumevajuida li su mogue ili nisu. Shvatio sam da se moram baciti na naprednumatematiku i savladati teorijsku ziku. Tako sam i uradio.

U srednjoj koli sam, u sklopu projekta za sajam nauke, sastaviorazbija atoma u maminoj garai. Otiao sam u kompaniju Westingho-use i prikupio oko 200 kilograma elinih otpadaka od transormatora.Tokom boinih praznika omotao sam 35 kilometara dugu bakarnuicu oko kolskog ragbi terena. Rezultat je bio betatronski akceleratorestica od 2,3 miliona elektron-volti, koji je troio 6 kilovati elektrineenergije (koliko i itava moja kua) i stvarao magnetno polje 20.000puta jae od Zemljinog. Cilj je bio proizvesti snop gama zraka dovoljnomoan da se napravi antimaterija.


9/45

P r e d g o v o r

ix

Moj projekat za sajam nauke odveo me je na Nacionalni sajam naukei, na kraju, omoguio mi je da ostvarim san dobio sam stipendiju zaHarvard gde sam imao priliku da postanem ono to sam eleo, teorijski

ziar i da idem stopama svog uzora, Alberta Ajntajna.Danas dobijam elektronske poruke od pisaca naune antastike i

scenarista u kojima trae pomo u doraivanju njihovih pria jer sezna da istraujem granice zakona zike.

Nemogue je relativno

Kao ziar, nauio sam da je nemogue esto relativan pojam. Seamse da je moja uiteljica jednom prila mapi Zemlje okaenoj na zidui pokazala na obale June Amerike i Arike. Nije li to udna sluaj-nost, zapitala je, to se ove dve obale savreno uklapaju, gotovo kaoparii slagalice? Rekla je kako neki naunici smatraju da su ova dvakopna moda nekad bila deo istog, ogromnog kontinenta. Ali to je bilosmeno. Nijedna sila ne bi mogla da razmakne dva kontinenta. To je

nemogue, zakljuila je.Neto kasnije te godine uili smo o dinosaurusima. Zar nije udno,

priala je uiteljica, to su dinosaurusi bili najbrojnija ivotinjska vrstamilionima godina, a onda su jednog dana nestali? Niko ne zna od egasu svi stradali. Neki paleontolozi misle da ih je moda ubio meteor izsvemira, ali to je nemogue i vie pripada domenu naune antastike.

Danas nas geotektonika ploa ui da se kontinenti zaista pomeraju ida je pre 65 miliona godina ogromni meteor prenika oko deset kilome-

tara verovatno istrebio dinosauruse i veliki deo ivog sveta na Zemlji.U svom kratkom ivotnom veku stalno sam viao kako naizgled nemo-gue stvari postaju priznate naune injenice. Zato se, onda, nemo-guom smatra pomisao da emo negde u budunosti biti u stanju dase teleportujemo s jednog mesta na drugo ili da napravimo svemirskibrod koji e nas jednog dana odvesti do zvezda prevaljujui svetlosnegodine?

Dananji ziari bi takva dostignua smatrali nemoguim. Moda

e postati mogua za nekoliko vekova? Ili za deset hiljada godina,kad naa tehnologija bude savrenija? Ili za milion godina? Drugimreima ako bismo se kojim sluajem susreli sa civilizacijom miliongodina naprednijom od nae, da li bi nam se njihova svakodnevna teh-nologija inila maginom? Na to se, u sutini, moe svesti jedno od


10/45

P r e D g o v o r

x

sredinjih pitanja razmatrano u ovoj knjizi; da li e, samo zato to jeneto danas nemogue, to i ostati nemogue vekovima ili milionimagodina u budunost?

S obzirom na izvanredan napredak u nauci u prolom veku, posebnou denisanju kvantne teorije i opte relativnosti, sada je mogue gruboproceniti kada bi se neke od ovih antastinih tehnologija mogle rea-lizovati (ako se to uopte bude desilo). S prilivom naprednijih teorijapoput teorije struna, ziari ponovo razmatraju ak i ideje koje se gra-nie s naunom antastikom kao to je putovanje kroz vreme ili para-lelni svemiri. Prisetimo se samo onih tehnolokih dostignua koja sunaunici pre 150 godina smatrali nemoguim, a koja su danas deo naesvakodnevice. il Vern je 1863. godine napisao romanPariz u dvadese-tom veku, koji je baen u neku oku i zaboravljen gotovo itav vek dokga sluajno nije otkrio njegov praunuk i objavio tek 1994. godine. U tojknjizi Vern je pretpostavio kako e Pariz izgledati 1960. godine. Njegovroman obilovao je tehnologijom koja se izvesno smatrala nemoguomu devetnaestom veku, ukljuujui aks-maine, komunikacione mreesvetskih razmera, staklene nebodere, automobile na plin i uzdignute

vozove ogromnih brzina.Ne iznenauje to je Vern bio u stanju da sroi takva zapanjujue

precizna predvianja jer bee predan svetu nauke i koristio je dosti-gnua priznatih naunika. Duboko je poznavao osnove nauke to mu

je omoguilo zadivljujue preciznu mo predvianja.Naalost, neki od najveih naunika devetnaestog veka zauzeli su

suprotno gledite tvrdei kako nema nade da e mnotvo tehnolo-kih dostignua biti ostvarivo. Lord Kelvin, moda i najistaknutiji zi-

ar viktorijanske ere (sahranjen kraj Isaka Njutna u Vestminsterskojopatiji), izjavio je da je nemogue napraviti maine tee od vazduhapoput aviona. X-zrake smatrao je prevarom, a za radio je mislio danema budunost. Lord Raderord, zasluan za otkrie atomskog jez-gra, odbacio je mogunost pravljenja atomske bombe, nazvavi tuideju besmislicom. Hemiari devetnaestog veka proglasili su potraguza Kamenom mudrosti, legendarnom supstancom koja moe da pre-tvara olovo u zlato, naunom slepom ulicom. Hemija devetnaestog

veka zasnivala se na undamentalnoj nepromenljivosti elemenata,poput olova. Ipak, s akceleratorima estica u rukama, danas u naelumoemo da pretvaramo atome olova u zlato. Pomislite samo kako bise televizija, raunari i Internet inili antastinim na prelazu u dva-deseti vek.


11/45

P r e d g o v o r

xi

Sveiji primer su crne rupe koje su se svojevremeno svrstavale udomen naune antastike. Ajntajn je 1939. godine napisao tekst u komeje dokazao da crne rupe ne bi nikada mogle da se ormiraju. Ipak, danas

nam Hablov svemirski teleskop i teleskop koji registruje X-zrake an-dra otkrivaju hiljade crnih rupa u svemiru.

Ove tehnologije su proglaavane nemoguim zato to mnogi unda-mentalni zakoni zike i nauke nisu bili poznati u devetnaestom vekui poetkom dvadesetog veka. S obzirom na ogromne jazove u razume-

vanje nauke tog vremena, posebno na atomskom nivou, ne udi to suse takvi pomaci smatrali nemoguim.

Prouavanje nemogueg

Ironino zvui, ali ozbiljno prouavanje nemogueg esto je otvaralovrata ka bogatim i potpuno neoekivanim oblastima nauke. Na pri-mer, rustrirajua i bezuspena potraga zaperpetuum mobile mainomnavela je ziare na zakljuak da je takva maina nemogua, primo-

ravi ih da postuliraju odranje energije i tri zakona termodinamike.Tako je jalov trud da se napravi maina koja bi se beskonano kretalabez utroka energije doprineo da se otvori novo polje termodinamikena kome se delom temelji otkrie parne maine, era maina i modernoindustrijsko doba.

Pred kraj devetnaestog veka naunici su odluili da je nemogue daje Zemlja stara milijardama godina. Lord Kelvin je izriito tvrdio da bise Zemlja u tenom stanju ohladila za 20 do 40 miliona godina, suprot-

stavljajui se geolozima i biolozima darvinistima koji su govorili da biZemlja mogla biti stara vie milijardi godina. tek kada su madam Kiri idrugi otkrili nuklearnu silu pokazalo se kako je sredite Zemlje, zagre-jano usled radioaktivnih raspada, zaista moglo da opstane u tenom sta-nju milijardama godina i potvrdilo da je nemogue zapravo mogue.

Ignoriemo nemogue na sopstvenu tetu. Dvadesetih i tridesetihgodina prolog veka Robert Godard, osniva moderne raketne nauke,bio je izloen estokim kritikama onih koji su smatrali da te raketenikada nee moi da putuju u svemiru. Njegovo istraivanje sarkastinosu nazivali Godardovom ludorijom. Godine 1921, urednici New YorkTimesa silno su kritikovali rad doktora Godarda: Proesor Godard nezna odnos izmeu akcije i reakcije i mora da nae neto bolje od vaku-uma za svoju reakciju. Izgleda da mu nedostaje osnovno srednjokolsko


12/45

P r e D g o v o r

xii

znanje. Rakete su bile nemogue, brecnuli su se urednici, jer u svemirunije bilo vazduha od kog su mogle da se otiskuju. Naalost, jedan edrave je uviao implikacije Godardove nemogue rakete Adol Hitler.

Tokom Drugog svetskog rata bara nezamislivo naprednih nemakihV-2 raketa sejao je smrt i razaranje po Londonu, umalo ga bacivi nakolena.

Prouavanje nemogueg moda je promenilo tok svetske istorije.Tridesetih godina prolog veka rasprostranjeno je bilo miljenje koje

je ak i Ajntajn zagovarao, da je atomska bomba nemogua. Fiziarisu znali da je unutar jezgra atoma zakljuana ogromna koliina ener-gije kao to predvia Ajntajnova jednainaE = mc2, ali energija kojuoslobodi jedno jezgro bila je previe beznaajna da bi se razmiljalo onjoj. Atomski ziar Leo Silard se prisea da je itao roman Osloboenisvet(The World Set Free) H. D. Velsa iz iz 1914. godine, u kome Velspredvia otkrie atomske bombe. U knjizi navodi da e tajnu atomskebombe 1933. godine otkriti jedan ziar. Silard je sluajno nabasao naovu knjigu 1932. Nadahnut romanom, on je 1933. godine, upravo kaoto je Vels predvideo dve decenije ranije, doao na ideju da uvea mo

jednog atoma pomou lanane reakcije, ime bi energija cepanja jez-gra jednog atoma uranijuma mogla da se umnoi mnogo biliona puta.Silard je potom pokrenuo niz presudno vanih eksperimenata i tajnepregovore izmeu Ajntajna i predsednika Frenklina Ruzvelta ishode biti projekat Menhetn, odnosno konstruisanje atomske bombe.

Koliko li smo samo puta videli kako prouavanje nemogueg otvarapotpuno nove puteve, pomerajui granice zike i hemije i primoravajuinaunike da preinae znaenje rei nemogue. Ser Vilijam Osler jednom

rekao: Filozoje jednog doba postaju apsurdnosti u narednom dobu, iono to je jue vailo za glupost, postalo je mudrost u sutranjici.

Mnogi ziari se dre uvenog principa T. H. Vajta iz njegove knjigeThe Once and Future King: Sve to nije zabranjeno, obavezno je! Tose neprestano potvruje u zici. Ako zakoni zike ne zabranjuju izri-ito neki enomen, na kraju emo ipak otkriti da postoji. (To se desilo

vie puta prilikom potrage za novim subatomskim esticama. Istrau-jui granice zabranjenog, ziari su esto neoekivano otkrivali novezakone zike.) Zakljuak koji proizlazi iz izjave T. H. Vajta mogao biglasiti: Sve to nije nemogue, obavezno je!

Na primer, kosmolog Stiven Hoking je pokuao da dokae kako jeputovanje kroz vreme nemogue tako to je otkrio nove zakone zikeprema kojima takvo kretanje ne bi bilo mogue. Te zakone nazvao je


13/45

P r e d g o v o r

xiii

pretpostavka o zatiti hronologije. Naalost, posle mnogo godina ogro-mnog truda nije uspeo da dokae ovaj princip. Zapravo, ziari su,sasvim suprotno tome, pokazali da zakon koji spreava putovanje kroz

vreme prevazilazi matematiku dananjice. Poto se za sada nijedanzakon zike ne protivi postojanju vremeplova, ziari su morali vrloozbiljno da pristupe mogunosti putovanja kroz vreme.

Svrha ove knjige je da se razmotri koje bi to tehnologije danas sma-trane nemoguim mogle postati uobiajene za nekoliko decenija ili

vekova.Jedna od tih nemoguih tehnologija ve se pokazuje moguom: tele-

portacija (barem na nivou atoma). Fiziari su ak i do pre nekolikogodina govorili da slanje objekta s jednog na drugo mesto putem zrakanaruava zakone kvantne zike. Autori prvog serijalaZvezdane staze su,zapravo, bili toliko preplavljeni kritikama ziara da su uveli Hajzenber-gove kompenzatore kako bi ispravili taj nedostatak svojih teleportera.Nedavni pomaci omoguavaju savremenim ziarima da teleportujuatome s jednog na drugi kraj prostorije ili otone ispod Dunava.

Predvianje budunosti

Uvek je pomalo opasno predviati, posebno ako se govori o budunosti:dalekoj vekovima ili hiljadama godina. Fiziar Nils Bor je voleo da kae:Teko je predviati. Naroito o budunosti. Ali postoji sutinska razlikaizmeu doba ila Verna i sadanjosti. Danas se undamentalni zakonizike u osnovi razumeju. Fiziari razumeju osnovne zakone u opsegu

od zadivljujua etrdeset tri reda veliine od unutranjosti protonasve do svemira koji se iri. Zato ziari mogu sa opravdanim samopo-uzdanjem u grubim crtama predvideti tehnologiju budunosti, i boljerazdvojiti tehnologije koje su samo neverovatne od onih nemoguih.

Zato nemogue stvari u ovoj knjizi delim u tri kategorije.Prva kategorija je ono to nazivamI klasa nemogueg. Te tehnolo-

gije nemogue su danas, ali ne kre nijedan poznat zakon zike. Dake,mogle bi biti mogue u ovom veku, ili, moda u narednom, u izmenje-nom obliku. U njih spadaju teleportacija, motori na antimateriju, izve-sni oblici telepatije, psihokineza i nevidljivost.

Druga kategorija su pojave izII klase nemogueg. One obitavaju nasamoj ivici naeg razumevanja zikog sveta. Ako se uopte mogue,moda bi se mogle realizovati za hiljade ili milione godina. U njih


14/45

P r e D g o v o r

xiv

spadaju vremenske maine, mogunost putovanja u hipersvemir i puto-vanje kroz crvotoine.

Poslednja kategorija je ono to nazivamIII klasa nemogueg. To su

tehnologije koje se kose s poznatim zakonima zike. Iznenaujue je dapostoji samo nekoliko takvih nemoguih tehnologija. Ako se ispostavida su mogue, predstavljae undamentalni pomak u naem poznava-nju zike.

ini mi se da je ova klasikacija znaajna jer naunici odbacujubrojne tehnologije iz naune antastike proglaavajui ih potpuno nemo-guim, a zapravo misle da su nemogue za ovako primitivnu civiliza-ciju kakva je naa. Na primer, dolasci vanzemaljaca se obino smatrajunemoguim zbog ogromnih udaljenosti izmeu zvezda. Iako je jasnoda je meuzvezdano putovanje za nau civilizaciju nemogue, moda

je mogue za civilizaciju vekovima, hiljadama ili milionima godinaispred nas. Zato je vano klasikovati takve nemogue stvari. Tehno-logije nemogue naoj civilizaciji danas nisu nuno nemogue ostalimtipovima civilizacija. Prilikom zakljuivanja o tome ta je mogue, a tanemogue, neophodno je u obzir uzeti tehnologije hiljadama do mili-

onima godina ispred naih.Karl Segan je jednom napisao: ta znai za jednu civilizaciju to to

je stara milion godina? Radio-teleskope i svemirske brodove imamove nekoliko decenija; naa tehnika civilizacija stara je tek koju sto-tinu godina... napredna civilizacija stara milionima godina ispred nas

je koliko i mi ispred galaga ili makaki majmuna.U istraivanjima, proesionalno sam okusiran na pokuaje da ispu-

nim Ajntajnov san o teoriji svega. Razgaljuje me rad na konanoj teo-

riji koja bi mogla dati konaan odgovor na neka od najteih nemoguihpitanja dananje nauke, recimo da li je mogue putovanje kroz vreme,ta se krije u sreditu crne rupe, ili ta se desilo pre Velikog praska. Idalje budan sanjarim o doivotnoj ljubavi s nemoguim, pitajui se kadai da li e neke od tih nemoguih stvari prei u domen svakodnevice.


15/45

xv

zaHvaLniCe

Materija u ovoj knjizi obuhvata brojne oblasti i discipline i rad mnogihizvrsnih naunika. Zahvaljujem narednim pojedincima koji su mi veli-koduno posvetili vreme za duge intervjue, konsultacije i zanimljive,nadahnjujue razgovore:

Leon Lederman, dobitnik Nobelove nagrade, Tehnoloki institutIlinoisa

Mari Gelman, dobitnik Nobelove nagrade, Institut Santa Fe iKaliornijski tehnoloki institut

Henri Kendal, dobitnik Nobelove nagrade, Masausetski tehnolokiinstitut

Stiven Vajnberg, dobitnik Nobelove nagrade, Teksaki univerzitet uOstinu

Dejvid Gros, dobitnik Nobelove nagrade, Kavlijev institut za teorijskuziku

Frenk Vilcek, dobitnik Nobelove nagrade, Masausetski tehnolokiinstitut

Joze Rotblat, dobitnik Nobelove nagrade, Bolnica Svetog BartolomejaVolter Gilbert, dobitnik Nobelove nagrade, Univerzitet HarvardDerald Edelman, dobitnik Nobelove nagrade, Skripsov istraivaki

institutPiter Doerti, dobitnik Nobelove nagrade, Deja istraivaka bolnica

Sent DudDared Dajmond, dobitnik Pulicerove nagrade, Kaliornijski

univerzitet u Los AnelesuSten Li, osniva kompanije Marvel Comics i tvorac SpajdermenaBrajan Grin, Univerzitet u Kolumbiji, autor knjige Elegantni kosmos


16/45

P r e D g o v o r

xvi

Liza Rendal, Univerzitet Harvard, autor knjige Warped Passages(Zakrivljeni prolazi)

Lorens Kraus, Univerzitet u Kejs Vesternu, autor knjige The Physics

o Star Trek (Fizika Zvezdanih staza)D. Riard Got III, Univerzitet u Prinstonu, autor knjige Time Travel

in Einsteins Universe (Putovanje kroz vreme u Ajntajnovomkosmosu)

Alan Gut, ziar, Masausetski tehnoloki institut, autor knjige TheInationary Universe (Inatorni svemir)


17/45

d i

Prva klasa nemogueg


18/45


19/45

3

1 Polja sIleI Kada istaknuti, ali stariji naunik izjavi da je neto mogue,

gotovo izvesno je u pravu. Kada izjavi da je neto nemogue, vrlo

verovatno grei.

II Jedini nain da otkrijemo granice mogueg jeste da se usu-

dimo da ih prekoraimo i zaemo u nemogue.

III Svaka dovoljno napredna tehnologija ne moe se razliko-

vati od magije.

tri zakona artura klarka

Aktivirajte titove!U nebrojeno mnogo epizodaZvezdanih staza ovo je prvo nareenje

koje izdaje kapetan Kirk, nalaui podizanje titova sile da bi se sve-mirski brodEnterprajzzatitio od neprijateljske vatre.

Toliko su titovi sile presudni uZvezdanim stazama da se tok bitkemoe odreivati po postotku preostalog polja sile. Kad god polje sileoslabi, asija Enterprajza trpi vie razornih udaraca dok predaja nepostane neizbena.

ta je, zapravo, polje sile? U naunoj antastici odgovor je obmanju-jue jednostavan: tanka, nevidljiva, a ipak neprobojna barijera kojaodvraa i lasere i rakete. Na prvi pogled, polje sile izgleda toliko jed-nostavno da se ini kako e se uskoro koristiti za titove u borbama.Oekivalo bi se da neki preduzimljivi pronalaza za koji dan obznaniotkrie odbrambenog polja sile. Ali istina je mnogo sloenija.

Na isti nain na koji je Edisonova sijalica iznela revoluciju modernecivilizacije, polje sile bi duboko uticalo na svaki aspekt naih ivota. Voj-ska bi mogla koristiti polja sile da postane neranjiva, pravei neprobojne


20/45

F I z I k a n e m o g u e g

4

titove protiv neprijateljskih projektila i metaka. Mostovi, super-auto-putevi i ulice bi se teorijski mogli graditi jednostavnim pritiskom nadugme. itavi gradovi mogli bi u trenu nicati usred pustinja, s nebo-

derima potpuno nainjenim od polja sile. Podignuta nad gradovima,polja sile bi mogla omoguiti iteljima da po nahoenju prilagoavajuklimatske uticaje jake vetrove, meave, tornada. Gradovi bi se moglipodizati na dnu okeana pod bezbednim svodom polja sile. Staklo, eliki malter bi se potpuno mogli izbaciti iz upotrebe.

Ipak, ma koliko to udno zvualo, polje sile je moda jedan od meha-nizama koje je najtee napraviti u laboratoriji. Zapravo, neki ziarismatraju da ga je moda i nemogue napraviti bez izmene njegovihsvojstava.

Majkl Faradej

Ideja o polju sile ima korene u radu Majkla Faradeja, velikog britan-skog naunika devetnaestog veka.

Faradej je roen u radnikoj porodici (otac mu je bio kova). Poet-kom devetnaestog veka spajao je kraj s krajem egrtujui kod knjigo-vesca. Mladi Faradej bio je opinjen silnim kljunim pomacima u otkri-vanju tajnovitih svojstava dveju novih sila: elektrine i magnetne. Gutaoje sve to je dohvatio o tim temama i pohaao predavanja proesoraHamrija Dejvija na Kraljevskom istraivakom institutu u Londonu.

Radei s hemikalijama, proesor Dejvi je jednog dana ozbiljno povre-dio oi pa je uzeo Faradeja za asistenta. Faradej je polako zadobijao

poverenje naunika u Kraljevskoj instituciji i dobio je dozvolu da samizvodi vane eksperimente, iako su ga esto omalovaavali. Tokomgodina proesor Dejvi je sve vie zavideo svom briljantnom mladomasistentu, zvezdi u usponu u krugovima eksperimentatora koja je naj-zad zasenila Dejvijevu slavu. Dejvi je umro 1829. godine i od tada jeFaradej imao odreene ruke da se pozabavi stvaranjem generatora kojie napajati energijom itave gradove i izmeniti tok istorije nae civili-zacije, i tu je izuzetno napredovao.

Kljuno u Faradejevim najveim otkriima bila su njegova polja sile.Ako se gvozdeni opiljci postave nad magnetom, rasporedie se u obrisenalik paukovoj mrei po itavom prostoru. To su Faradejeve linije silekoje graki prikazuju kako polja elektrine i magnetne sile proimajuprostor. Na primer, ako bismo graki prikazali magnetno polje Zemlje,


21/45

P o l j a s i l e

5

linije bi izvirale iz oblasti Severnog pola i ulivale bi se u junu polarnuoblast Zemlje. Slino tome, ako bismo crtali linije elektrinog polja gro-mobrana usred oluje s grmljavinom, linije sile bi bile zbijene na vrhu

gromobrana. Faradej je smatrao da prazan prostor uopte nije prazan,ve ispunjen linijama sile koje mogu da pokreu udaljene objekte.(Faradej, budui iz siromane porodice, nije stekao matematiko obra-zovanje, te njegove belenice nisu pune jednaina ve rukom crtanihgraka ovih linija sile. Ironino, ali upravo zato to nije dovoljno znaomatematiku morao je da crta predivne grake linija sile; sada su u svimudbenicima iz zike. Fizika slika neke pojave u nauci je esto vanijaod matematikih ormula kojima se ta pojava opisuje.)

Istoriari su spekulisali o tome ta je Faradeja navelo na otkrie polja

sile, jedne od najvanijih ideja u itavoj nauci. Jezikom Faradejevihpolja ispisana je sva moderna fzika. Godine 1831, nainio je kljunipomak u vezi s poljima sile kojim je nepovratno izmenio civilizaciju.Jednom je pomerao deiji magnet nad kalemom ice i primetio kako

je u stanju da generie elektrinu struju u ici, ne dodirujui je. To jeznailo da nevidljivo polje magneta moe da pogura elektrone u ici

preko praznog prostora, stvarajui struju. Faradejeva polja sile koja suse do tada smatrala beskorisnim, zaludnim vrljotinama, bile su stvarne,materijalne sile koje su mogle da pomeraju objekte i generiu snagu.Svetlost pod kojom itate ovu stranicu verovatno je proizvedena zahva-ljujui Faradejevom otkriu o elektromagnetizmu.

Magnet koji se obre oko svoje ose stvara polje sile koje gura elek-trone u ici, a njihovim kretanjem generie se elektrina struja. Elektri-citet u ici se moe iskoristiti da sijalica zasvetli. Na istom principu gene-

rie se struja za napajanje elektrinom energijom gradova irom sveta.Primera radi, voda koja tee preko brane izaziva obrtanje ogromnogmagneta u turbini, koji potom gura elektrone u ice, generiui elek-trinu struju to se alje preko visokovoltanih ica u nae domove.

Drugim reima, Faradejeva polja sile jesu sile koje pokreu modernu

civilizaciju od elektrinih buldoera do dananjih raunara, Inter-neta i iPodova.

Faradejeva polja sile bila su inspiracija ziarima preko vek i po.Ajntajna su toliko nadahnula da je svoju teoriju gravitacije napi-sao oslanjajui se na polja sile. I mene je inspirisao Faradejev rad.Pre mnogo godina uspeno sam napisao teoriju struna preko Fara-dejevih polja sile, osnovavi teoriju polja struna. Meu ziarima

vai da je onaj kome se kae da misli kao linija sile dobio veliki


22/45


6

kompliment. Jedno od najveih dostignua na planu zike u protekledve hiljade godina bilo je izdvajanje i identikovanje etiri sile koje

vladaju kosmosom. Sve se mogu opisati jezikom polja koji je uveo

Faradej. Naalost, nijedna nema svojstva polja sile opisana u veemdelu naune antastike.

Ove sile su:

1. Gravitacija,tiha sila koja nam priljubljuje stopala uztlo, spreava da se Zemlja i zvezde raspadnu i dri na okupuSunev sistem i galaksiju. Bez gravitacije, Zemlja bi nas, uobrtanju oko svoje ose, zbacila sa sebe u svemir brzinomod 1.600 kilometara na sat. Problem je u tome to gravita-cija ima upravo suprotna svojstva polja sile od onih na kojenailazimo u naunoj antastici. Gravitacija je privlana a neodbojna sila, relativno posmatrano, izuzetno je slaba, i uti-caj joj se prostire preko ogromnih, astronomskih udaljeno-sti. Drugim reima, gotovo je potpuna suprotnost ravnoj,tankoj, neprobojnoj barijeri koja se pominje u naunoj an-

tastici ili se moe videti u naunoantastinim lmovima.Na primer, itava planeta Zemlja deluje na pero kada onopada na pod, ali dovoljno je da ga podignemo prstom, pada ponitimo uticaj Zemljine gravitacije. Akcija naeg prstamoe da poniti gravitaciju cele planete teke preko bilionbiliona kilograma.

2. Elektromagnetizam (EM), sila koja je za zasluna za

osvetljenje u naim gradovima. Laseri, radio, televizija,

moderni elektronski ureaji, raunari, Internet, struja,magnetizam sve to postoji zahvaljujui elektromagnet-noj sili. Moda je re i o najkorisnijoj sili koju je ovek dosada ukrotio. Za razliku od gravitacije, moe biti i privlana iodbojna. Meutim, nije pogodna za polje sile iz vie razloga.Pre svega, lako ju je ponititi. Na primer, plastika i drugiizolatori mogu lako da prodru kroz mono elektrino ilimagnetno polje. Pare plastike baeno u magnetno polje

prolo bi ravno kroz njega. Osim toga, elektromagnetizamdeluje na velikim udaljenostima i ne moe se lako okusi-rati na ravan. Zakone elektromagnetne sile opisuju jedna-ine Dejmsa Klarka Maksvela; u njima, po svemu sudei,polja sile nisu reenje.


23/45

P o l j a s i l e

7

3. i 4. Slaba i jaka nuklearna sila.Slaba sila je sila radioak-tivnog raspada. Zagreva sredite Zemlje koje je radioaktivno.Ova sila pokree vulkane, zemljotrese i pomeranje konti-

nenata. Jaka sila odrava celovitost jezgra atoma. EnergijaSunca i zvezda izvire iz nuklearne sile odgovorne za osvet-ljavanje kosmosa. Problem je u tome to nuklearna sila imamali domet i uglavnom deluje u razmerama jezgra. Poto jetoliko vezana za svojstva jezgra, izuzetno je teko upravljatinjome. Trenutno je moemo kontrolisati samo preko razbi-

janja subatomskih estica u ciklotronima ili aktiviranjematomskih bombi.

Iako polja sile iz naune antastike moda nisu u skladu sa zakonimazike, postoje rupe koje bi mogle da omogue stvaranje takvih poljasile. Pre svega, mogue je da postoji peta sila, jo uvek neopaena ulaboratorijama. Takva sila bi, na primer, mogla da deluje na razdalji-nama od desetak do tridesetak centimetara, umesto na astronomskimudaljenostima. (Meutim, rezultati prvih pokuaja da se izmeri takva

peta sila su negativni.)Moda bi se neka svojstva polja sile mogla podraavati pomou

plazme. Plazma je etvrto agregatno stanje. vrsto, teno i gasovitoagregatno stanje materije dobro su nam poznati, ali najei oblik mate-rije u svemiru je plazma, gas koji se sastoji od jonizovanih atoma. Potosu atomi plazme razdvojeni, s elektronima otkinutim s atoma, atomisu naelektrisani i njima se lako moe upravljati pomou elektrinog imagnetnog polja. Plazma je najrasprostranjenije stanje vidljive mate-

rije u svemiru: to je oblik materije koja sainjava Sunce, zvezde i meu-zvezdani gas.

Plazmu slabo poznajemo jer se retko nalazi na Zemlji, ali moeteje opaziti u vidu elektrinih lukova, kao Sunce te u svom plazma-televizoru.

Prozori pla zmeVe je navedeno da se gas, ugrejan do dovoljno visoke temperature takoda ormira plazmu, moe uobliiti pomou magnetnog i elektrinogpolja. Na primer, moe se uobliiti u ravan ili u prozor. Povrh toga, ovajprozor plazme moe se upotrebiti za razdvajanje vakuuma i obinog


24/45


8

vazduha. U naelu, prozor plazme mogao bi da spreava oticanje vaz-duha iz svemirskog broda u svemir, stvarajui pogodan, providan inter-ejs izmeu spoljnog svemira i svemirskog broda.

U televizijskoj seriji Zvezdane staze takvo polje sile deli lansirnurampu s malom letilicom i vakuum od spoljnog svemira. To ne samoda je domiljat nain da se utedi na rekvizitima, ve je ovaj mehani-zam mogu.

Godine 1995. u Brukhejvensku nacionalnu laboratoriju u LongAjlendu u Njujorku ziar Ejdi Herkovi otkrio je prozor plazme. Pro-zor plazme osmislio je da bi reio problem pri lemljenju dva metalapomou elektronskog snopa. Zavarivaeva acetilenska lampa topi ipotom spaja dva komada metala pomou udara vrelog gasa. Ali elek-tronski snop topi metale bre, istije i jetinije nego uobiajene metode.Meutim, takvo lemljenje pomou elektronskog snopa mora se obav-ljati u vakuumu. To je prilino nezgodno, jer se mora napraviti vaku-umska kutija velika kao cela soba.

Doktor Herkovi je izmislio prozor plazme da bi reio ovaj pro-blem. Visok samo devedeset centimetara, a irok trideset, prozor plazme

zagreva gas na 6.650 stepeni Celzijusa, proizvodei plazmu uhvaenu uelektrino i magnetno polje. Kao u svakom gasu, estice plazme stva-raju pritisak koji spreava da vazduh potee u vakuumsku komoru,te se na taj nain vazduh razdvaja od vakuuma. (Kada se u prozoruplazme koristi gas argon, prozor postaje plav poput polja sile uZvez-danim stazama.)

Prozor plazme iroko se primenjuje u svemirskim putovanjima i uindustriji. esto je u proizvodnim procesima neophodan vakuum radi

mikroproizvodnje i suvog nagrizanja za industrijske namene, ali rad uvakuumu moe biti skup. Prozor plazme omoguava da jetino dobijetevakuum samo pritisnite dugme.

Moe li se prozor plazme koristiti i kao neprobojni titi? Moe li daodoli topovskoj paljbi? Mogli bismo zamisliti da e u budunosti posto-

jati prozori plazme mnogo vee moi i temperature, u stanju da oteteili pretvore u paru neprijateljske projektile. Ali da se napravi realisti-nije polje sile kakvo nam je poznato iz naune antastike, neophodnaje kombinacija vie tehnologija izvedenih u slojevima. Moda svaki slojponaosob ne bi bio dovoljno jak da zaustavi topovsko ule, ali bi nji-hova kombinacija bila dovoljna.

Spoljni sloj bi mogao biti supernaelektrisan prozor plazme, zagrejando temperature na kojoj metali isparavaju. Drugi sloj: zavesa od vie


25/45

P o l j a s i l e

9

hiljada ukrtenih visokoenergetskih laserskih zraka ija bi unkcija bilazagrevanje objekata koji prolaze kroz zavesu do take njihovog ispara-

vanja. O laserima u detaljnije u narednom poglavlju.

Iza ove laserske zavese mogla bi se nai reetka od ugljeninihnanocevi, majunih cevi napravljenih od pojedinanih atoma uglje-nika debljine jednog atoma i mnogostruko jaih od elika. Za sada jenainjena ugljenina nanocev od 15 milimetara, no jednog dana modaemo biti u stanju da pravimo ugljenine nanocevi proizvoljne duine.Pod pretpostavkom da se ugljenine nanocevi mogu uplesti u reetku,mogao bi se nainiti ekran izuzetne snage koji odbija veinu objekata.Ekran bi bio nevidljiv zahvaljujui atomskim razmerama nanocevi,ali reetka od ugljeninih nanocevi bila bi jaa od svakog uobiajenogmaterijala.

Dakle, mogli bismo da zamislimo nevidljivi zid, gotovo neprobojan,kao kombinaciju prozora plazme, laserske zavese i ekrana od uglje-ninih nanocevi.

Ipak, ni ovaj vieslojni tit ne bi imao sva svojstva polja sile iz nauneantastike: bio bi providan, te ne bi mogao da zaustavi laserski zrak. U

borbi s laserskim topovima, vieslojni tit bio bi beskoristan.Da bi zaustavio laserski zrak, tit bi morao da bude opremljen i

naprednim oblikom otohromatika. Oni se koriste u proizvodnji za nao-are za sunce i omoguava da se naoare same zatamne kada su izlo-ene ultraljubiastom zraenju. Fotohromatici se zasnivaju na mole-kulima koji mogu da postoje u najmanje dva stanja. U jednom stanju,molekuli su transparentni, ali pod uticajem ultraljubiastog zraenjatrenutno prelaze u drugi oblik u kome su neprozirni.

Moda emo jednog dana pomou nanotehnologije da proizvodimosupstance vrste kao ugljenine nanocevi koje mogu da menjaju svojaoptika svojstva kad se izloe laserskoj svetlosti. Takav tit bi zaustavljao

i lasersku paljbu i snopove estica ili topovsku vatru. Meutim, otohro-matici koji mogu da zaustavljaju laserske zrake za sada ne postoje.

Magnetna levitacijaU naunoj antastici, polja sile imaju jo jednu namenu pored odbijanjapaljbe zranih pitolja: slue kao platorma za opiranje gravitaciji. UlmuPovratak u budunost, Majkl D. Foks vozi lebdei skejtbord sli-an po svemu obinom skejtbordu osim po tome to lebdi nad ulicom.


26/45


10

Prema vaeim zakonima zike ne moe postojati takav antigravita-cioni ureaj (kao to emo videti u poglavlju 10). Ali napredne verzijelebdeih skejtborda sa magnetima i lebdei automobili mogli bi prei

u domen realnog u budunosti, omoguavajui nam da po elji dove-demo velike objekte u stanje levitacije. Postanu li superprovodnici nasobnoj temperaturi realnost, objekti bi mogli po naem nahoenju leb-deti pomou polja magnetne sile.

Postavimo li dve magnetne ipke severnim polovima okrenute jednaspram druge, odbijae se. (Ukoliko zarotiramo jedan magnet tako damu juni pol bude blizu severnog pola drugog magneta, privlaie se.)Isti princip severni polovi se meusobno odbijaju moe se primenitii za podizanje pretekih objekata s tla. Vozovi koji se kreu po principumagnetne levitacije, takozvani maglev vozovi, ve se prave u neko-liko zemalja, i oni e lebdeti neposredno iznad ina pomou obinihmagneta. Poto nema trenja, mogu da ostvare rekordne brzine lebdeinad vazdunim jastucima.

Prvi komercijalni automatizovani maglev sistem puten je u pogonu Velikoj Britaniji 1984. godine, na liniji od Birmingemskog meuna-

rodnog aerodroma do Birmingemske meunarodne eleznike sta-nice. Maglev vozovi se koriste u Nemakoj, Japanu i Koreji, premda

veina nije dizajnirana za velike brzine. Prvi komercijalni maglev vozkoji ostvaruje velike brzine ide na oglednoj liniji u angaju. Ovaj vozdostie brzinu od 430 kilometara na sat. Japanski maglev voz u preek-turi Jamanai ostvario je brzinu od 580 kilometara na sat, to je breod uobiajenih vozova s tokovima.

Ali ovi maglev mehanizmi su izuzetno skupi. Jedan od naina da

se pobolja ekasnost jeste primena superprovodnika, koji na tem-peraturama bliskim apsolutnoj nuli gubi elektrinu otpornost. Super-provodljivost je otkrio Hajke Ones, 1911. godine. Odreeni materijalisasvim gube elektrinu otpornost kada se ohlade do 20 stepeni Kelvinaiznad apsolutne nule. Veina metala otpornost gubi postepeno, usledhlaenja. (Zato to nasumine vibracije atoma ometaju tok elektronau ici. Sniavanjem temperature, ova nasumina kretanja se svode namanju meru, te je otpor struji manji.) Ali Ones je na svoje iznenaenjeotkrio da otpornost odreenih materijala naglo pada na nulu na kri-tinoj temperaturi.

Fiziari su odmah uvideli vanost ovog rezultata. Veliki deo elektrineenergije gubi se prilikom prenosa putem dalekovoda na velike udalje-nosti. Ali, ako bi se otklonio sav otpor, elektrina energija bi mogla da


27/45

P o l j a s i l e

11

se prenosi gotovo bez ikakvih trokova. Zapravo, struja pokrenuta unamotaju ice nastavila bi da cirkulie milionima godina bez ikakvoggubitka energije. Povrh toga, te izvanredno jake struje omoguile bi da

se uz malo truda prave izuzetno moni magneti. S takvim magnetimana raspolaganju, lako bismo podizali ogromne terete.

Uprkos svim ovih udesnim moima, superprovodljivost ima jedannedostatak: veoma je skupo potapati velike magnete u bazene sa supe-rohlaenom tenou. Da bi se tenost odravala u superohlaenomstanju, potrebne su abrike za hlaenje, i zato su magneti na bazi super-provodljivosti nedopustivo skupi.

Ali ziari bi jednog dana mogli da budu u stanju da prave super-provodnike na sobnoj temperaturi, to je Sveti gral svih koji se bavezikom vrstog stanja. Pronalazak superprovodnika na sobnoj tempe-raturi u laboratoriji pokrenuo bi drugu industrijsku revoluciju. Monamagnetna polja pomou kojih bi se od zemlje odizali automobili i vozovipostala bi toliko jetina, da bi lebdei automobili postali isplativi. S polu-provodnicima na sobnoj temperaturi, antastina letea kola iz lmova

Povratak u budunost, Manjinski izvetaj iZvezdani ratovi mogla bi

postati realnost.U naelu, mogli bismo da opaemo pojas od superprovodnih magneta

i bez ikakvog napora zalebdimo nad tlom. S takvim pojasom leteli bismopoput Supermena. Superprovodnici na sobnoj temperaturi toliko suimpozantni da se javljaju u brojnim naunoantastinim romanima(recimo, uPrstenu Larija Nivena, iz 1970. godine).

Decenijama su ziari bezuspeno tragali za superprovodnicima nasobnoj temperaturi. Taj iscrpljujui posao svodio se na testiranje mate-

rijala jednog za drugim bez odvie preciznog plana. Ali 1986. godineotkrivena je nova klasa materijala nazvanih superprovodnici na viso-koj temperaturi. Ovi materijali koji superprovodna svojstva stiu natemperaturi od otprilike 90 stepeni Kelvina iznad apsolutne nule (90K) bili su prava senzacija u svetu zike. inilo se da su se otvorila vratabrane. Mesec za mesecom, ziari su preticali jedan drugog u obara-nju svetskog rekorda za superprovodnike. U jednom trenutku inilo seda e se superprovodnici na sobnoj temperaturi preseliti sa stranicanaunoantastinih romana u nae domove. Ali posle nekoliko godinavrtoglavog napretka, istraivanja u oblasti superprovodnika na visokimtemperaturama poela su da se usporavaju.

Aktuelni rekord meu superprovodnicima na visokim temperaturamadri ivin talijum-barijum-kalcijum-bakar-oksid koji superprovodna


28/45


12

svojstva stie na temperaturi 138 K (135 stepeni Celzijusa). Ova rela-tivno visoka temperatura i dalje je prilino daleko od sobne tempera-ture. Ali ovaj rekord od 138 K ipak je veoma vaan. Azot prelazi u teno

stanje na temperaturi 77 K, a teni azot kota otprilike koliko i obinomleko. Zato bi se pomou tenog azota ovi superprovodnici na visokimtemperaturama mogli hladiti prilino jetino. (Naravno, superprovod-nici na sobnoj temperaturi ne bi ni morali da se hlade.)

I moda e nam se obrazi zacrveneti od stida, ali trenutno nemamoteorijsko objanjenje svojstava ovih superprovodnika na visokim tem-peraturama. Zapravo, preduzimljivog ziara koji bude u stanju daobjasni superprovodljivost na visokim temperaturama eka Nobelovanagrada. (Ovi superprovodnici na visokim temperaturama sainjenisu od atoma ureenih u zasebne slojeve. Mnogi ziari spekuliu dau tako slojevitim keramikim materijalima elektroni slobodno strujeu okviru svakog sloja, stvarajui poluprovodnik. Ali kako se tano toostvaruje, jo uvek je nejasno.)

Zbog manjkavog znanja, ziari naalost moraju da pribegavaju pro-cedurama nagaanja u potrazi za novim superprovodnicima na visokim

temperaturama. To znai da bi se uveni superprovodnici na sobnojtemperaturi mogli otkriti sutra, sledee godine ili nikada. Niko ne znahoe li se takav materijal ikada nai i kad bi to bilo.

Ali ako superprovodnici na sobnoj temperaturi budu otkriveni, moglabi se pokrenuti plima komercijalnih primena. Magnetna polja milionputa monija od magnetnog polja Zemlje (koje iznosi 0,5 gausa) moglabi postati uobiajena.

Jedno od uobiajenih svojstava superprovodljivosti jeste Majsnerov

eekat. Ako postavite magnet nad superprovodnik, magnet e lebdetikao da ga dri nevidljiva sila. Majsnerov eekat se objanjava timeto magnet daje eekat stvaranja drugog magneta, kao preslikanog uogledalu, unutar superprovodnika, tako da se prvi i preslikani magnetodbijaju. Ovo se moe posmatrati i na drugi nain: magnetna poljane mogu da prodru u superprovodnik nego bivaju odbijena. Dakle,ako se iznad superprovodnika dri magnet, superprovodnik e odbitinjegove linije sile, i te linije e potisnuti magnet nagore zbog egae on lebdeti.

Uz Majsnerov eekat moemo zamisliti budunost u kojoj se auto-putevi prave od specijalne keramike. S magnetima na naim pojase-vima ili na naim gumama mogli bismo magino da odlebdimo do svogodredita, bez ikakvog trenja ili gubitka energije.


29/45

P o l j a s i l e

13

Majsnerov eekat se javlja samo kod magnetnih materijala na pri-mer, metala. Ali superprovodne magnete mogue je primeniti i za leb-denje nemagnetnih materijala zvanih paramagneti i dijamagneti. Ove

supstance nemaju same po sebi magnetna svojstva, ve ih stiu samouz spoljanje magnetno polje. Dok spoljanji magnet privlai parama-gnete, dijamagnete odbija.

Na primer, voda je dijamagnet. Kako je sve to je ivo nainjeno odvode, sve to je ivo moe da lebdi kad je u monom magnetnom polju.U magnetnom polju jaine od oko 15 tesla (30.000 puta jae od Zemlji-nog magnetnog polja), naunici su uspeli da dovedu u stanje lebdenjamale ivotinje poput aba. Ali ako bi poluprovodnici na sobnoj tempe-raturi postali stvarnost, trebalo bi da bude mogue i lebdenje velikihnemagnetnih objekata zahvaljujui njihovom dijamagnetizmu.

Evo ta je zakljuak: polja sile kako se obino opisuju u naunojantastici ne odgovaraju opisu etiri sile svemira. Ipak, moglo bi bitimogue simulirati mnoga svojstva polja sile pomou vieslojnog titakoji se sastoji od prozora plazme, laserskih zavesa ugljeninih nano-cevi i otohromatika. Ali na razvijanje takvog tita moglo bi se ekati

mnogo decenija ili ak itav vek. Iako bude mogue nai superprovod-nike na sobnoj temperaturi, moda e nam poi za rukom da pomoumonih magnetnih polja odravamo automobile i vozove i da jedrimou vazduhu,kao u naunoantastinim lmovima.

Sve u svemu, polja sile bih svrstao u prvu klasu nemogueg odno-sno, njihova primena je nemogua za dananju tehnologiju, ali u pri-lagoenom obliku bie mogua za neki vek.


30/45

14

2 nevIDljIvosTNe moete verovati oima

ako vam mata nije okusirana.

mark tven

U lmuZvezdane staze IV: putovanje kui,posadaEnterprajza otima

klingonsku borbenu krstaricu. Za razliku od brodova zvezdane foteFederacije, brodovi Klingonskog carstva imaju tajni ureaj za pokriva-nje koji ih ini nevidljivim pred svetlou ili za radar, tako da se klin-gonski brodovi mogu neopaeno prikrasti letelicama Federacije s leai iznenaditi ih ne pretrpevi nikakvu tetu. Ovaj ureaj za pokrivanjeobezbedio je strateku prednost nad Federacijom planeta.

Da li je takav ureaj zaista moe postojati? Nevidljivost je odavnove jedno od uda naune antastike i antastike, od stranicaNevidlji-

vog oveka do maginog plata nevidljivosti iz knjiga o Hariju Poteru iliprstena iz Gospodara prstena. Ipak, ziari barem ve itav vek odba-cuju ideju o platovima nevidljivosti, izriito tvrdei da se ne mogunainiti a da se ne narue zakoni optike a uz to i ne odgovaraju nijed-nom poznatom svojstvu materije.

Ali ono to je danas nemogue, moglo bi da postane mogue. Zbognovih saznanja iz oblasti metamaterijala valja ozbiljno revidirati ud-benike iz optike. Radni prototipovi takvih materijala ve se prave ulaboratorijama, pobuujui zanimanje medija, industrije i vojske zatransormisanje vidljivog u nevidljivo.


31/45

N e v i d l j i v o s t

15

Nevidljivost kroz istoriju

Nevidljivost je moda i jedan od najstarijih koncepata u drevnoj mito-

logiji. Od poetaka pisane istorije znamo da su se ljudi, zateeni samiu jezovitoj noi, plaili nevidljivih duhova mrtvih, dua davno umr-lih koje vrebaju iz tame. Grki heroj Persej ubi zlu Meduzu jer beeopremljen lemom koji ga je inio nevidljivim. Generali su sanjali onapravi za nevidljivost. Kad biste bili nevidljivi, lako biste prodrli krozneprijateljske linije i pobedili iznenaenog neprijatelja. Kriminalcimabi nevidljivost omoguila spektakularne pljake.

Nevidljivost je imala centralnu ulogu u Platonovoj teoriji o etici i

moralnosti. U svom lozoskom remek-deluRepublika Platon pripovedamit o Gigovom prstenu. Siromani, ali poteni pastir Gig iz Lidije dos-peva u skrivenu peinu i nalazi grobnicu s leom koji nosi zlatni prsten.Gig otkriva da je zlatni prsten magian i da ga moe uiniti nevidljivim.Nesretnog pastira e ubrzo opiti mo koju mu prsten prua. Uunjavise u kraljevu palatu, Gig koristi mo prstena da zavede kraljicu pa uznjenu pomo ubija kralja i postaje novi kralj Lidije.

Naravouenije Platonove prie glasi kako niko ne moe odoleti isku-

enju da bude u stanju da krade i ubija kad poeli. Svi ljudi su kvar-ljivi. Moralnost je drutveni konstrukt spolja nametnut oveku. Nekoko se javnosti prikazuje kao moralan da bi ouvao reputaciju iskrenogoveka od integriteta ne bi, kad bi stekao sposobnost da bude nevid-ljiv, mogao da se uzdri od primene te moi. (Neki smatraju da je ovapria o moralnosti biila inspiracija D. R. R. Tolkinu za trilogiju Gospo-dar prstenova, u kojoj je prsten koji nosiocu daje mo da bude nevid-

ljiv takoe izvor zla.)Nevidljivost je i uobiajan mehanizam radnje u naunoj antastici. UserijiFle Gordon iz tridesetih godina, Fle postaje nevidljiv da bi uma-kao streljakom vodu Minga Nemilosrdnog. U knjigama i lmovima oHariju Poteru, Hari nosi poseban plat koji mu omoguava da neopa-eno luta Hogvortskim zamkom.

H. D. Vels je preoblikovao ovaj mitoloki koncept u svom romanuklasiku, Nevidljivi ovek,u kome student medicine sluajno otkriva

mo etvrte dimenzije i postaje nevidljiv. Naalost, tu antastinu mokoristi za linu dobit, poinivi niz bednih zloina, na kraju umire uoajnikom pokuaju da umakne policiji.


32/45


16

Maksvelove jednaine i tajna svetlosti

Fiziari su istinski pojmili zakone optike tek kroz rad kotskog zi-

ara Dejmsa Klarka Maksvela, jednog od giganata zike devetnaestogveka. U izvesnom smislu, Maksvel je bio suprotnost Majklu Faradeju.Dok je Faradej imao vrhunski eksperimentatorski instinkt, ali nika-kvno ormalno obrazovanje, Maksvel, njegov savremenik, bio je maj-stor napredne matematike. Bio je briljantan student matematike zikeu Kembdridu gde je Isak Njutn radio dva veka ranije.

Njutn je izmislio dierencijalni raun izraen jezikom dierencijalnihjednaina koji opisuje kako objekat prolazi kroz innitezimalne pro-

mene u prostoru i vremenu. Kretanje okeanskih talasa, fuida, gasova itopovske uladi sve se to moe iskazati jezikom dierencijalnih jedna-ina. Maksvel je postavio jasan cilj: da izrazi Faradejeva revolucionarnaotkria i njegova polja sile preciznim dierencijalnim jednainama.

Maksvel je poeo od Faradejevog otkria da se elektrino polje moepreobraziti u magnetno, i obrnuto. Faradejeve opise polja sile iskazao

je preciznim jezikom dierencijalnih jednaina, napravivi jedan odnajvanijih skupova jednaina moderne nauke. Re je o grupi od osam

dierencijalnih jednaina koje izgledaju prilino estoko. Svaki ziar iinenjer na svetu preznojavao se nad njima uei elektromagnetizamna osnovnim studijama.

Maksvel je potom postavio sebi sudbonosno pitanje: ako se magnetnapolja mogu transormisati u elektrina i obrnuto, ta se se deava uko-liko se neprestano preobraavaju jedna u druga? Spoznao je da bi taelektromagnentna polja stvorila talas veoma slian okeanskom talasu.

Na sopstveno iznenaenje, izraunao je brzinu tih talasa i video da jeravna brzini svetlosti! Godine 1864, poto je otkrio tu injenicu, zapi-sao je proroke rei: Ova brzina toliko je blizu svetlosnoj da, izgleda,imamo jak razlog da zakljuimo kako je i sama svetlost... elektroma-gnetni poremeaj.

Moda je to bilo jedno od najveih otkria u ljudskog istoriji. Tajnasvetlosti je konano otkrivena. Maksvel je iznenada shvatio da se sve,poev od bletavila zore, sjaja zalaska sunca, zadivljujuih boja duge i

zvezdanog nebeskog svoda moe objasniti na osnovu talasa koje je opisaona papiru. Danas znamo da su itav elektromagnetni spektar poev odradara to televizije, preko inracrvene svetlosti, vidljive svetlosti, ultra-ljubiaste svelosti, sve do X-zraka, mikrotalasa i gama zraka zapravoMaksvelovi talasi koji predstavljaju vibracije Faradejevih polja sile.


33/45


17

Komentariui vanost Maksvelovih jednaina, Ajntajn je napisaoda su najdalekosenije i najplodonosnije zike jednaine jo od Njut-novih vremena.

(Naalost, Maksvel, jedan od najveih ziara devetnaestog veka, umroje rano, sa etrdeset osam godina, od raka eluca, bolesti koja je verovatnoubila i njegovu majku u istoj ivotnoj dobi. Da je due poiveo, moda biotkrio su po njegovim jednainama mogui poremeaji prostorvremena i

to bi ga odvelo direktno do Ajntajnove teorije relativnosti. Zaprepastimose, zar ne, nad spoznajom da je relativnost moda mogla biti otkrivena iu vreme Amerikog graanskog rata, da je Maksvel poiveo.)

Maksvelova teorija svetlosti i atomska teorija pruaju jednostavnaobjanjenja optike i nevidljivosti. U vrstom stanju, atomi su gusto upa-kovani, dok su u tenom ili gasovitom stanju mnogo vie meusobnorazdvojeni. Veina materijala u vrstom stanju su neprozirni jer svetlo-sni zraci ne mogu da prou kroz gustu matricu atoma koja se ponaapoput zida od cigli. Nasuprot tome, mnoge tenosti i gasovi su providni

jer svetlost lake prolazi kroz slobodan prostor izmeu njihovih atomakoji su na meusobnoj udaljenosti veoj od talasne duine vidljive sve-

tlosti. Na primer, voda, alkohol, amonijak, aceton, vodonik-peroksid,benzin i tako dalje, providni su, kao i gasovi: kiseonik, vodonik, azot,ugljen-dioksid, metan i drugi.

Postoje vani izuzeci od ovog pravila. Mnogi kristali su providni, iakosu u vrstom stanju. Ali atomi kristala su ureeni u preciznu reetkastustrukturu, u pravilnim redovima, s ujednaenim meusobnim razma-cima. Zato postoje mnogi prolazi kojima svetlost prodre kroz kristalnureetku. Dakle, iako su atomi kristala gusto spakovani kao u svakom

vrstom materijalu, svetlost se ipak probija kroz kristal.Pod izvesnim okolnostima, objekat u vrstom stanju moe da postane

providan ako su atomi nasumino postavljeni. To se postie tako tose izvesni materijali zagreju do visokih temperatura, a potom nagloohlade. Na primer, staklo je, zbog nasuminog ureenja njegovih atoma,materijal u vrstom stanju s mnogim svojstvima tenosti. Zato postojei providne bombone.

Iz Maksvelovih jednaina jasno vidimo da je nevidljivost svojstvo naatomskom nivou pa ga je teko, moda i nemogue, ostvariti na uobi-ajene nain. Da bi Hari Poter postao nevidljiv, morali bismo ga dove-sti u teno stanje, potom do take kljuanja da od njega nastane para,zatim da ga kristalizujemo, ponovo zagrejemo, i onda ohladimo, to bisve redom bilo teko ostvariti, sve i da smo arobnjaci.


34/45


18

Ne mogavi da konstruiu nevidljive avione, u vojsci su napravilineto najslinije: tehnologiju stelt pomou koje avioni postaju nevid-ljivi za radare. U toj tehnologiji oslanjali su se na Maksvelove jednaine

da bi ostvarili niz trikova. Stelt bombarder je potpuno vidljiv ljudskomoku, ali na ekranu neprijateljskog radara oitava se kao da je veliineptice. Tehnologija stelt je, zapravo, gomila trikova. Izmeni li se sastavmaterijala od kog je bombarder, pa se umesto elika delimino kori-sti plastika i smole a uz to se izmene uglovi na trupu aviona i rasporedizduvnih cevi i uini jo poneto, mogue je izvesti da se neprijateljskiradarski zraci koji pogaaju letelicu rasipaju u svim smerovima, takoda i ne uspevaju da stignu do ekrana neprijateljskog radara. ak i satehnologijom stelt, mlazni bombarder nije potpuno nevidljiv, ve jesamo uspeo da izbegne radarsko skeniranje onoliko koliko je to teh-niki mogue.)

Metamaterijali i nevidljivost

Ali, moda i najperspektivniji pomak u vezi s nevidljivou jeste noviegzotini materijal zvani metamaterijal pomou kog objekat zaistamoe da postane nevidljiv. Ironino je da se proizvodnja metamaterijalanekad smatrala nemoguom jer su naruavali zakone optike. Ali, istrai-vai na Djukovom univerzitetu u Duramu u Severnoj Karolini i na Impe-rijalnom koledu u Londonu su 2006. godine uspeno opovrgli uvreenomiljenje i primenili metamaterijale da bi objekat postao nevidljiv zamikrotalasno zraenje. Iako ima jo mnogo prepreka koje valja pre-

vazii, prvi put u istoriji imamo plan kako da obine objekte nainimonevidljivim. (Ovo istraivanje nansirala je Agencija za odbrambenenapredne istraivake projekte Pentagona.)

Natan Mirvold, nekadanji e odeljenja za tehnologiju u Microsotu,kae da e revolucionarni potencijal metamaterijala potpuno preobra-ziti nain na koji pristupamo optici i gotovo svaki aspekt elektronike...Neki od ovih metamaterijala imaju svojstva koja bi se pre nekolikodecenija smatrala udesnim.

ta su metamaterijali? To su supstance sa optikim svojstvima koja sene mogu nai u prirodi. Metamaterijali se stvaraju umetanjem maju-nih implanata u supstancu koji nagone elektromagnetne talase da sekrive na neuobiajene naine. Naunici na Djukovom univerzitetu suumetnuli majuna elektrina kola u bakarne kolutove ureene u ravne,


35/45


19

koncentrine krugove (donekle podseaju na namotaje elektrine pe-nice). Rezultat je bila delikatna meavina keramike, tefona, vlakna-stih kompozira i metalnih komponenti. Ovi majuni implanti u bakru

omoguavali su skretanje i usmeravanje mikrotalasnog zraenja naspecian nain. Setite se kako reka tee oko stene. Poto voda brzoobavija stenu, prisustvo stene nee se primetiti u niem toku. Slinotome, metamaterijali mogu u kontinuitetu da menjaju i savijaju puta-nju mikrotalasa tako da teku oko, na primer, cilindra, tako da sve onounutar cilindra bude nevidljivo mikrotalasima. Ako metamaterijal moeda eliminie sva odbijanja i senke, mogao bi objekat da uini potpunonevidljivim tom tipu zraenja.

Naunici su uspeno prikazali ovaj princip pomou naprave nai-njene od deset prstenova od berglasa pokrivenih bakarnim elemen-tima. Bakarni prsten unutar naprave bio je gotovo nevidljiv za mikro-talasno zraenje, bacajui samo neznatnu senku.

Kljuna karakteristika metamaterijala je njihova sposobnost daupravljaju neim zvanim indeks rerakcije. Rekrakcija je savijanjesvetlosti dok se kree kroz transparentnu sredinu. Stavite li ruku u vodu

ili ako pogledate kroz soiva naoara, primetiete da voda i staklo izo-bliuju i krive putanju obine svetlosti.

Svetlost se krivi u ai ili u vodi zato to se usporava kada ue ugust, transparentan materijal. Brzina svetlosti u istom vakuumu uvek

je ista, ali na putu kroza staklo ili vodu mora proi kroz bilione atoma,zbog ega se usporava. (Kolinik brzine svetlosti u vakuumu i brzinesvetlosti u datoj sredini naziva se indeks rerakcije. Poto se svetlostusporava u staklu, indeks rerakcije uvek je vei od 1.) Primera radi,

indeks rerakcije ima vrednost 1 u vakuumu, 1,0003 u vazduhu, 1,5 ustaklu i 2,4 u dijamantu. Obino je stepen krivljenja i indeks rerakcije

vei to je sredina gua.Dobro poznat primer za indeks rerakcije je ogledalo. Ako vozite po

vrelom danu i pogledate pravo prema horizontu, moe vam se uinitida put treperi i vi vidite iluziju odsjaja s povrine jezera. Ponekad se upustinji mogu videti obrisi udaljenih gradova i planina na horizontu. Vreo

vazduh koji se uzdie s plonika ili s tla pustinje rei je od normalnogvazduha, samim tim ima nii indeks rerakcije od okolnog, hladnijeg vaz-duha. Zato svetlost s udaljenih objekata moe da se odbije od plonika ida, kada dospe u vae oi, stvori iluziju da vidite te daleke objekte.

Indeks rerakcije obino je konstanta. Uzan zrak svetlosti skreekada naleti na staklo, posle ega nastavlja da se kree pravolinijski.


36/45


20

Ali pretpostavimo da moemo kontrolisati indeks rerakcije, tako dase menja neprestano u svakoj taki u staklu. Probijajui se kroz ovajnovi materijal, svetlost bi mogla da skree u novim pravcima, stvara-

jui putanju koja bi nalik zmiji krivudala kroza supstancu.Ako bismo mogli da kontroliemo indeks rerakcije unutar meta-

materijala tako da svetlost zabilazi objekat, objekat bi postao nevid-ljiv. Da bi se to ostvarilo, metamaterijal bi morao da ima negativanindeks rerakcije u svakom udbeniku iz optike pie da je to nemo-gue. Sovjetski ziar Viktor Veselago jo 1967. godine teorijski je raz-matrao metamaterijale i pokazalo se da imaju udna optika svojstva:negativan indeks rerakcije i obrnut Doplerov eekat. Metamaterijalisu toliko neobini i apsurdni da se nekad mislilo kako ih je nemoguenapraviti. Ali u poslednjih nekoliko godina metamaterijali su naprav-ljeni u laboratoriji, te su ziari nevoljno morali ponovo da piu sveudbenike iz optike.

Istraivae iz oblasti metamaterijala neprestano opsedaju novinarikoji ele da znaju kada e platovi nevidljivosti pojaviti na tritu. Evoodgovora: nee skoro.

Dejvid Smit s Djukovog univerziteta kae: Reporteri zivkaju i traeda kaete broj. Broj meseci, broj godina. Navaljuju, pritiskaju, dosa-uju, dok vi na kraju ne proslovite, pa, moda za petnaest godina. I ondadospete na naslovnu stranu, zar ne? Plat nevidljivosti Harija Potera- za petnaest godina. Zato sada odbijamo da dajemo bilo kakvu pre-cizniju inormaciju o rokovima. LjubiteljiHarija Potera iliZvezdanihstaza morae da saekaju. Iako je prema zakonima zike mogue nai-niti dozvoljavaju plat nevidljivosti, sa im e se sloiti veina ziara,

morae da se ree ogromne tehnike potekoe pre nego to budemou stanju da unapredimo ovu tehnologiju tako da unkcionie i za vid-ljivu svetlost a ne samo za mikrostalasno zraenje.

U naelu, unutarnje strukture implantirane u metamaterijal morajubiti manje od talasne duine zraenja. Na primer, talasna duina mikro-talasa je oko 3 centimetra, te da bi materijal skretao putanju mikrota-lasa, mora da ima ugneene implante krae od 3 centimetara. Ali, dase objekat ne bi video pod zelenom svetlou ija je talasna duina 500nanometara, strukture ugraene u metamaterijal moraju biti dugakesamo oko 50 nanometara a nanometar je razmera atomskog reda

veliine i za manipulisanje pri toj razmeri neophodna je nanotehnolo-gija. (Jedan nanometar je milijarditi deo metra. Na jedan nanometarmoe stati otprilike pet atoma.) To je moda kljuni problem s kojim


37/45


21

se suoavamo u naim pokuajima da napravimo pravi plat nevidlji-vosti. Da bi svetlosni zrak krivudao poput zmije, valjalo bi ponaosobmenjati atome unutar metamaterijala.

Metamaterijali za vidljivu svetlost

Trka je poela.Otkad je objavljeno da su metamaterijali stvoreni u laboratoriji, traje

stampedo aktivnosti u ovoj oblasti, s novim saznanjima i zadivljujuimnaprecima na svakih par meseci. Cilj je jasan: primeniti nanotehno-logiju da bi se napravili metamaterijali koji mogu da skreu vidljivusvetlost a ne samo mikrotalase. Predloeno je nekoliko prilino obe-avajuih reenja.

Po jednom, treba primeniti postojee tehnike iz poluprovodnikeindustrije za pravljenje novih metamaterijala. Tehnika zvana otolito-graja u samom je srcu raunarske minijaturizacije i pokree rau-narsku revoluciju. Ova tehnologija omoguava inenjerima da smeste

stotine miliona majunih tranzistora na silicijumsku podlogu ne veuod palca.

Mo raunara udvostruava se svakih osamnaest meseci (Murovzakon) zato to naunici pomou ultraljubiastog zraenja mogu danagrizaju silikonski ip i tako na njega smetaju sve sitnije i sitnijekomponente. Ova tehnika veoma je slina nainu na koji se nanosemustre na tekstil i kreiraju ivopisne majice. Raunarski inenjeri prvopreliju tanku podlogu tanunim slojevima razliitih materijala. Posle

toga na podlogu se stavlja plastina maska koja ima ulogu ablona.Sadri sloene obrise ica, tranzistora i raunarskih komponenata kojiine osnovnu strukturu kola. Podloga se potom kupa ultraljubiastimzraenjem s veoma kratkom talasnom duinom koje utiskuje ablon uotosenzitivnu podlogu. Pomou posebnih gasova i kiselina koji nagri-zaju podlogu, sloeno kolo maske se utiskuje na podlogu gde je izlo-eno ultraljubiastom zraenju. Ovim procesom pravi se podloga sastotinama miliona majunih lebova koji ine konture tranzistora. Naj-

manje komponente koje za sada mogu da se proizvedu tom tehnikomnagrizanja veliine su oko 30 nm (ili oko 150 atoma poreanih jedando drugog).

Prelomni momenat u potrazi za nevidljivou bio je kada je grupanaunika primenila ovu tehnologiju nagrizanja silicijumske podloge da


38/45


22

napravi prvi metamaterijal koji unkcionie u opsegu vidljive svetlo-sti. Naunici u Nemakoj i ameriko Ministarstvo energije objavili supoetkom 2007. godine da su prvi put u istoriji napravili metamaterijal

koji je unkcionisao na talasnim duinama crvene svetlosti. Nemogueje ostvareno za izvanredno kratko vreme.

Fiziar Kostas Sukulis iz Laboratorije u Ejmsu u Ajovi te teanLinden, Martin Vegener i Gunar Doling s Univerziteta u Karlsrueu uNemakoj, napravili su metamaterijal s indeksom -0,6 za crvenu sve-tlost talasne duine 780 nm. (Dotadanji svetski rekord talasne duinezraenja koja skree u metamaterijalu iznosio je 1.400 nm, to je vanopsega vidljive svetlosti, odnosno u opsegu je inracrvene svetlosti.)Naunici su prvo obloili staklenu plou tankim slojem srebra, magne-zijum-forida, potom jo jednim slojem srebra, ormirajui sendvi fo-rida debeo samo 100 nm. Posle toga su standardnom tehnikom nagri-zanja napravili veliki broj mikroskopskih etvrtastih rupa u sendviu,stvarajui shemu nalik ribarskoj mrei. (Rupe su prenika samo 100nm, to je mnogo manje od talasne duine crvene svetlosti.) Potom supropustili zrak crvene svetlosti kroz materijal i izmerili njegov indeks

dobili su vrednost -0,6.Ovi ziari predviaju da e biti brojnih primera te tehnologije.

Jednog dana bi se od metamaterijala mogla nainiti ravna super-soiva za vidljivi deo spektra, kae doktor Sukulis. Takva soiva biimala rezoluciju mnogo veu od onih koje omoguava konvencionalnatehnologija, i registrovala bi detalje mnogo manje od talasne duinesvetlosti. Takva supersoiva primenjivala bi se za otograsanje sneprevazienom jasnoom mikroskopskih objekata kao u unutra-

njosti ive ljudske elije, ili za dijagnostikovanje bolesti bebe dokje u materici. U idealnom sluaju, mogle bi se napraviti otograjekomponenata molekula DNK bez primene nezgrapne kristalograjeX-zracima.

Ovi naunici su za sada uspeli da demonstriraju negativni indeksrerakcije samo za crvenu svetlost. Naredni korak bio bi primena ovetehnologije za pravljenje metamaterijala koji bi potpuno savijao crvenusvetlost oko objekta inei ga nevidljivim za nju.

Naredni pomaci u ovom smeru mogli bi se odigrati u oblasti oto-ninih kristala. Svrha tehnologije otoninih kristala je proizvodnjaipova koji inormacije obrauju pomou svetlosti, a ne struje. To nalaekorienje nanotehnologije za postavljanje majunih komponenata napodlogu nagrizanjem, tako da se indeks rerakcije menja sa svakom


39/45


23

komponentom. Tranzistori koji koriste svetlost imaju viestruku pred-nost na tranzistorima koji koriste struju. Recimo, otonini kristali gubemnogo manje toplote. U naprednim silicijumskim ipovima generie

se toplota dovoljna da se ispri jaje. Zato je neophodno neprestano ihhladiti inae nee valjano unkcionisati, a hlaenje ipova je veomaskupo. Ne iznenauje da je nauka o otoninim kristalima kao stvorenaza metamaterijale, poto obe tehnologije podrazumevaju manipulisa-nje indeksom rerakcije u nanorazmerama.

Nevidljivost pomou pla zmonike

Jo jedna grupa je, ne doputajui da bude nadmaena, sredinom2007. godine objavila kako je napravila metamaterijal koji krivi vid-ljivu svetlost pomou potpuno drugaije tehnologije zvane plazmo-nika. Fiziari Henri Lezek, Denier Dion i Hari Atvoter s Kaliornij-skog tehnolokog instituta objavili su da su proizveli metamaterijals negativnim indeksom za problematiniji plavo-zeleni deo vidljivog

spektra svetlosti.Tehnologijom plazmonika stisne se svetlost tako da se objektima

moe upravljati na nanometarskom nivou, naroito na povriini metala.Metali provode struju zato to su elektroni slabo vezani za atome metala,te mogu slobodno da se kreu po povrini metalne reetke. Struja kojatee kroza ice u vaim domovima primer je glatkog toka ovih slabo

vezanih elektrona na povrini metala. Ali pod odreenim uslovima,kada se svetlosni zrak sudari s metalnom povrinom, elektroni mogu

da vibriraju u skladu s upadnim svetlosnim zrakom, zbog ega se elek-troni na povrini metala (zvani plazmoni) kreu nalik talasima. Ti tala-sasti pokreti usklaeni su sa izvornim zrakom svetlosti. Jo je vanijeto da je te plazmone mogue stisnuti tako da imaju istu rekvenciju kaoupadni zrak (stoga e nositi istu inormaciju), ali mnogo manju tala-snu duinu. U naelu, ovi stisnuti talasi bi se onda mogli nagurati unano-ice. Kao u sluaju otoninih kristala, svrha plazmonike je kon-struisanje raunarskih ipova koji raunaju pomou svetlosti umesto

da koriste struju.Grupa s Kaliornijskog tehnolokog instituta napravila je svoj meta-

materijal od dva sloja srebra, sa silicijum-azotnim izolatorom izmeunjih (debljine samo 50 nm). Izolatorski sloj se ponaao kao vodi talasa,usmeravajui plazmonine talase. Laserska svetlost ulazi u aparaturu i


40/45


24

izlazi iz nje kroz dva proreza urezana u metamaterijal. Analiziranjemuglova pri kojima se laserska svetlost savija dok prolazi kroz meta-materijal mogue je potvrditi da se svetlost krivi pomou negativnog

indeksa.

Budunost metamaterijala

Napredak u oblasti metamaterijala ubrzae se u budunosti napro-sto zato to postoji zanimanje za proizvodnju tranzistora koji koristesvetlosni zrak umesto struje. Istraivanja na planu nevidljivost zato bimogla da protiraju od aktuelnih istraivanja u oblasti otoninih kri-stala i plazmonike iji je cilj stvaranje zamene za silicijumski ip. Sto-tine miliona dolara ve se investira u nalaenje zamene za silicijum-sku tehnologiju; i istraivanja na planu metamaterijala imae koristiod tih istraivakih napora.

Kako se u ovoj oblasti na svakih nekoliko meseci otkrije neto bitno,ne iznenauje to neki ziari smatraju da e se neka vrsta praktinog

tita nevidljivosti napraviti u laboratoriji u narednih nekoliko decenija.Primerice, naunici su uvereni da e za koju godinu napraviti metama-terijale koji e omoguiti da objekat bude potpuno nevidljiv za vidljivusvetlost, barem u dve dimenzije. Za to e biti potrebno da se majunenano-ice ne umeu u nizovima, ve po sloenim emama, tako da sesvetlost teno savija oko objekta. Potom e naunici napraviti meta-materijale koji savijaju svetlost u tri dimenzije, ne samo za ravne dvo-dimenzionalne povrine. Fotolitograska tehnika za pravljenje ravnih

silicijumskih podloga je usavrena, ali u izradi trodimenzionalnih meta-materijala morae se slagati podloga na sloen nain.

Posle toga naunici e morati da vide kako napraviti metamateri-jale koji krive ne samo jednu rekvenciju, ve veliki broj rekvencija.To e moda biti i najtei zadatak, poto do sada konstruisani majuniimplanti krive svetlost samo odreene rekvencije. Naunici bi mogli daprave metamaterijale slojevito, tako da svaki sloj savija svetlost odre-ene rekvencije. Reenje ovog problema nije iskristalisano.

Ipak, kada se tit nevidljivosti napokon napravi, moda e biti nez-grapna naprava. Plat Harija Potera nainjen je od tanke, gipke tkanine;nevidljiv postaje svako ko se pokrije njime. Ali da bi ovo bilo mogue,indeks rerakcije u samoj tkanini morao bi se neprestano menjati na slo-en nain dok tkanina lepra, to je nepraktino. Pravi plat nevidljivosti


41/45


25

bi vrlo verovatno morao da se pravi od punog cilindra od metamate-rijala, barem isprva. Na taj nain, indeks rerakcije unutar cilindramogao bi da bude nepromenljiv. Naprednije verzije bi mogle da sadre

elastine metamaterijale koji su mogu uvijati, a ipak usmeravaju toksvetlost unutar njih na odgovarajuu putanju. Tako bi svako ko se naepod platom imao izvesni stepen slobode u pokretima.

Ukazalo se i na nedostatak plata nevidljivosti: osoba pokrivena ovimplatom nee moi da pogleda napolje a da ne postane vidljiva. Zami-slite Harija Potera, sveg nevidljivog izuzev njegovih oiju koje odajuutisak da lebde u vazduhu. Spolja bi se lepo mogla uoiti svaka rupau platu nevidljivosti. Hari Poter bio bi potpuno nevidljiv samo kad bisedeo pod platom nevidljivosti ne videi nita van plata. Jedno odmoguih reenja moglo bi biti da se umetnu dve tanke staklene ploeblizu onih duplji. Te dve ploe bi imale unkciju delioca zraka, odva-

jale bi mali deo upadnog zraka svetlosti i slale ga u oi. Dakle, vei deosvetlosti koji pada na plat zaobilazio bi ga tako da osoba bude nevid-ljiva, ali manji deo bio bi preusmeren u oi.

Uprkos ovim obeshrabrujuim potekoama, naunici i inenjeri su

optimistini veruju da e svojevrstan plat koji daje nevidljivost bitikonstruisan u narednim decenijama.

Nevidljivost i nanotehnologija

Prethodno sam pomenuo da bi klju za nevidljivost mogla biti nano-tehnologija, odnosno mogunost manipulisanja strukturama atomskih

razmera, veliine oko milijarditog dela metra.Trenutkom roenja nanotehnologije smatra se predavanje, duhovito

naslovljenoIma jo mnogo prostora na dnu (Theres Plenty o Room atthe Bottom), koje je 1959. godine odrao nobelovac Riard Fajnman uAmerikom zikom drutvu. U tom predavanju razmatrao je kako bimogle da izgledaju najmanje maine koje bi bile u skladu s poznatimzakonima zike. Uvideo je da bi maine mogle da se smanjuju sve doatomskih razmera, a onda bi se atomi mogli koristiti da se prave druge

maine. Zakljuio je da se atomske maine poput ekrka, poluga i to-kova ve prilino uklapaju u zakone zike, premda bi ih bilo izuzetnoteko napraviti.

Nanotehologija je godinama tavorila, jer je manipulisanje pojedina-nim atomima prevazilazilo tehnologiju tog vremena. Ali onda je 1981.


42/45


26

godine napravljen izuzetno bitan napredak otkriven je skenirajuitunelski mikroskop. Za to su naunici Gerd Binig i Hajnrih Rorer izIBM-ove laboratorije u Cirihu dobili Nobelovu nagradu.

Najednom su ziari dobili mogunosti da prave zadivljujue slikepojedinanih atoma poreanih ba kao u udbenicima iz hemije, tosu kritiari atomske teorije nekad smatrali nemoguim. Sada je bilomogue napraviti predivne otograje atoma poreenih u kristalu ili umetalu. Hemijske ormule koje su koristili naunici, sa sloenim nizo-

vima atoma umotanih u molekul, mogle su se videti golim okom.Povrh toga, skenirajui tunelski mikroskop omoguio je manipulisanjepojedinanim atomima. Zapravo, slova IBM su ispisana pomou zaseb-nih atoma, to je prilino uskomealo nauni svet. Naunici nisu viebili slepi dok su manipulisali pojedinanim atomima, ve su mogli daih vide i da se igraju njima.

Na prvi pogled, skenirajui tunelski mikroskop je jednostavan. Poputgramoonske igle koja se povlai po ploi, otra sonda polako prelazinad materijalom koji se analizira. (Vrh je veoma otar jer ga ini samojedan atom.) Mala koliina naelektrisanja postavlja se na sondu, i struja

tee od sonde kroz materijal i na povrinu ispod. Kako sonda prelazinad pojedinanim atomima, menja se intenzitet struje koja tee krozsondu i te varijacije se belee. Intenzitet struje raste i smanjuje se kakose igla kree nad atomima, zadivljujue detaljno pratei njihove obrise.Posle mnogo prolazaka, pravei emu fuktuacija strujnog toka, mogue

je dobiti prekrasne slike pojedinanih atoma u reetki.Skenirajui tunelski mikroskop je napravljen zahvaljujui udnim

zakonima kvantne zike. Elektroni inae nemaju dovoljno energije

za prolaz od sonde kroza supstancu do povrine u osnovi. Ali zbogprincipa neodreenosti postoji mala verovatnoa da e elektroni ustruji tunelovati ili to jest prodreti kroz barijeru, iako to nije mogueprema Njutnovoj teoriji. Zato je struja koja tee kroza sondu osetljiva nakvantne eekte u materijalu. Eekte kvantne teorije kasnije u detaljnorazmatriti.

Sonda je i dovoljno osetljiva za pomeranje zasebnih atoma, pravljenjejednostavnih maina od pojedinanih atoma. Tehnologija je danas toliko

napredna da se grozd atoma moe prikazati na raunarskom ekranu ipotom se atomi mogu pomerati unaokolo po elji, jednostavnim pome-ranjem pokazivaa raunarskog mia. Mogue je upravljati grupamaatoma po nahoenju, kao da se igrate lego kockicama. Osim ispisivanjaslova abecede pomou zasebnih atoma, mogue je napraviti atomske


43/45


27

igrake na primer, raunaljka od pojedinanih atoma. Atomi su pore-ani u nizove na povrini, s vertikalnim prorezima. U svaki vertikalniprorez mogu se umetnuti ulereni (u obliku udbalske lopte, ali nai-

njeni od pojedinanih atoma ugljenika). Ove ugljenine lopte se mogupomerati uz i niza svaki prorez, i tako se ormira atomska raunaljka.

Mogue je izrezati atomske ureaje pomou elektronskog snopa.Recimo, naunici s univerziteta Kornel izrezali su od kristalnog silici-

juma najmanju gitaru na svetu, dvadeset puta tanju od vlasi ljudskekose. Ima est ica redom irokih sto atoma koje se mogu trzati pomoumikroskopa atomskih sila. (Ova gitara proizvodi muziku, ali u rekven-cijama daleko viim od onih koje moe da registruje ljudsko uvo.)

Za sada, veina ovih maina stvorenih nanotehnologijom samo suigrake. Tek treba napraviti sloenije maine sa zupanicima i kugli-nim leajevima. Ali mnogi inenjeri su uvereni da e doi trenutak kadaemo proizvesti prave atomske maine. Atomske maine se, zapravo,mogu nai u prirodi. elije slobodno plivaju u vodi zato to mogu damrdaju majunim dlakama. Ali analiza spoja izmeu dlake i elije poka-zuje da je re o atomskoj maini koja omoguava dlaci da se kree u

svim pravcima. Dakle, kljuno za razvoj nanotehnologije jeste podra-avanje prirode koja je ovladala umeem pravljenja atomskih mainapre vie milijardi godina.

Hologrami i nevidljivost

Drugi nain da neko postane delimino nevidljiv jeste da se otograe

pozadina i da se ta slika projektuje direktno na odeu te osobe ili naekran ispred nje. Gledano spreda, ini se da je osoba postala providnai da svetlost prolazi ravno kroz njeno telo.

Naoki Kavakami iz laboratorije Taki pri Tokijskom univerzitetu ulaeveliki trud u istraivanje procesa zvanog optika kamufaa. On kae:Piloti bi kroz pod kabine videli pistu ili bi vozai videli kroz ogradu dokparkiraju auto. Kavakamijev plat prekriven je majunim perlicamakoje odbijaju svetlost, ponaajui se kao lmski ekran. Kamera snima

sve iza plata, potom projektor ispred plata prikazuje taj snimak, takoda se ini da je svetlost prola kroz osobu ili predmet.

Prototipovi plata za optiku kamufau ve postoje u laboratoriji.Ako pogledate direktno u osobu koja nosi ovaj plat nalik ekranu, inise da je nestala jer se vidi samo slika iza nje. Ali ako malo pomerite


44/45


28

pogled videete da se slika na platu ne menja, i otkrivate da je re olanoj predstavi. Realistinija optika kamufaa morala bi da stvarailuziju 3D slike. Za to bi bili potrebni hologrami.

Hologram je 3D slika nainjena pomou lasera (poput 3D slike prin-ceze Leje uZvezdanim ratovima). Osoba bi se mogla percipirati kaonevidljiva ako bi se scena u pozadini snimila posebnom holograskomkamerom, posle ega bi se taj snimak projektovao na poseban hologra-ski ekran postavljen ispred te osobe. Posmatra ispred te osobe videobi holograski ekran sa 3D prikazom pozadinske slike bez te osobe.Izgledalo bi da je ta osoba nestala. Na mestu te osobe bila bi preciznaslika pozadine. ak i kada biste pomerili ugao posmatranja, ne bisteprepoznali da je ono to vidite lana predstava.

Ove 3D slike mogue su zato to je laserska svetlost koherentna,odnosno svi talasi vibriraju u savrenom jedinstvu. Hologrami se pravetako to se koherentni laserski zrak deli na dva dela. Jedna polovinazraka pada na otograski lm. Druga polovina zraka osvetljava objekat,odbija se od njega, potom pada na isti otograski lm. Ta dva zraka estvoriti intererentnu sliku na lmu koja sadri sve inormacije poetnog

3D talasa. Kada se lm razvije, vidi se samo ema vrtloga i linija nalikpaukovoj mrei. Ali kada laserski zrak osvetli ovaj lm, kao arobnimtapiem stvara se precizna 3D replika originalnog objekta.

Ipak, holograsku nevidljivost prate veliki tehniki problemi. Jedanod izazova je kako konstruisati holograsku kameru koja e snimatinajmanje 30 snimaka u sekundi. Drugi problem je uvanje i obradasvih inormacija. Na kraju, tu sliku valja i projektovati na ekran da biizgledala realistino.

Nevidljivost pomou et vrte dimenzije

Valjalo bi pomenuti i to da je H. D. Vels uNevidljivom oveku pre-doio jo savreniji nain da se postane nevidljiv, i to pomou etvrtedimenzije. (Kasnije emo detaljnije govoriti o moguem postojanjuviih dimenzija.) Da li bismo moda mogli da napustimo na trodimen-

zionalni svemir i lebdimo nad njim iz perspektive etvrte dimenzije?Poput trodimenzionalnog leptira koji lebdi nad dvodimenzionalnimlistom papira, bili bismo nevidljivi svakom ko ivi u svemiru pod nama.Meutim, problem je u tome to jo uvek nije dokazano da postoje viedimenzije. Povrh toga, za hipotetiko putovanje u vie dimenzije bila


45/45


bi neophodna energija mnogo vee nego to naa tehnologija za sadapostie. Ova metoda postizanja nevidljivosti prevazilazi naa trenutnaznanja i mogunosti.

S obzirom na dosadanje ogromne napretke u pokuaju da se posti-gne nevidljivost, jasno je da se ta odlika moe svrstati u nemogue stvariklase I. U narednih nekoliko decenija, ili barem do kraja ovog veka,neka vrsta nevidljivosti mogla bi postati uobiajena.

Fizika Nemoguceg-micio Kaku_odlomak Knjiga

Documents

Transcript of Fizika Nemoguceg-micio Kaku_odlomak Knjiga