Kockasti magnet levitira iznad superprovodnog materijala

 

Visokotemperaturni superprovodnik levitira iznad magneta

Levitacija je pojava da neko tijelo ne reagira na djelovanje privlačne sile u čijem je polju smješteno. Otsutnost nužne reakcije – pojave akceleracije (padanja), ka hvatištu privlačne sile, ili pak pojave težine – otsutnost, dakle, takve reakcije, tj. levitacija, koliko je poznato, može biti uzrokovana specifičnim, orbitalnim, tj. kružnim kretanjem levitirajućeg tijela u polju privlačne sile.

No levitacija može biti uzrokovana i djelovanjem neke repulzivne, odbojne sile: elektriciteta ili magnetizma.

Levitacija ili lebdenje uvijek je lebdenje u odnosu na nešto: nekakvo polje, čvrstu podlogu, čvrstu površinu Zemlje, masu ili površinu nekog drugog nebeskog tijela. Levitacija se nužno pojavljuje i u tzv dubokom svemiru, tj. daleko od velikih masa nebeskih tijela, gdje je vektorski zbroj djelovanja svih sila na neko tijelo jednak nuli. Nasuprot ovom, znanstveno-fizikalnom poimanju levitacije, ima mišljenja da i nekakva duhovna snaga može uzrokovati levitaciju. Dalje. Razni mađioničarski, opitčki ili filmski trikovi sugeriraju levitiranje predmeta i ljudi i služe za zabavu.

Budući da je levitacija fizikalni fenomen, ovdje ćamo dati prvenstveno znanstveno fizikalno objašnjenje ili definiciju tog fenomena. Riječ levitacija dolazi od lat: levitas – lakoća i Novolat. levitatio – lebdenje.

Prirodna i umjetna levitacija

 

Magnetno levitirani (maglev) voz

Kad je riječ o levitaciji, treba razlikovati prirodnu levitaciju od one koja je postignuta čovjekovim umijećem – umjetne. Prirodna je ona u okviru koje jedna nebeska tijela lebde u odnosu na druga, a umjetna, koja je nastala iz ljudskog umijeća i koristi se na razne načine u tehnologiji. Umjetna obuhvaća lebdenje ljudi i ljudskih tvorevina u odnosu Zemlju ili moguće njihovo lebdenje u odnosu na druga masivna nebeska tijela – planete, njihove prirodne satelite, lebdenje maglev vlakova itd.

No obje ove vrste levitacije, i prirodna i umjetna počivaju na istim fizikalnim, odnosno prirodnim zakonima. Budući da je cijeli, makro i mikro materijalni univerzum u stalnom kruženju, može se reći da svekoliki svemir lebdi ili levitira u samom sebi, ted a je to stanje uvjet njegova opstanka u ovakvom obliku kakvog ga poznajemo danas.

Stvarna i prividna levitacija

Veoma je važno razlikovati stvarnu i prividnu levitaciju. Stvarna levitacija ustvari je trajno bestežinsko stanje – stanje u kojem tijela gube težinu. Slučajevi, pak, u kojima tijela, za vrijeme levitiranja, ne gube težinu spadaju u područje prividne levitacije.

Vidovi prividne levitacije

Tu spadaju magnetska i dijamagnetska levitacija, elektrostatska, aerodinamička i još neke druge. U tim slučajevima lebdenje se postiže odbijanjem istoimenih magnetskih polova ili istoimenog električnog naboja, ili pak odupiranjem o zrak. No u svim tim slučajevima, tijela koja lebde, (preko nevidljivog i neopipljivog medija – magnetskog ili električnog polja ili pak zraka) svom svojom težinom pritišću podlogu iznad koje lebde. Ove vrste levitacije efikasne su i ekonomične samo na vrlo malim udaljenostima – udaljenostima od nekoliko milimetara do nekoliko decimetara.

Prividna levitacija vrlo je korisna u tehnologiji. Koristi se za magnetske ležajeve, superbrze, maglev vlakove, hoverkrafte itd.

No, ovdje treba skrenuti pažnju na još jednu stvar. Svi vidovi prividne levitacije dijele se na dvije vrste:

• levitaciju za čije je održanje potrebno trošiti energiju, i
• onu za čije održanje nije potrebno trošiti nikakvu energiju.

U prvu vrstu spada lebdenje helikoptera i howerkrafta, i druga, slična, a u onu drugu lebdenje bazirano na odbojnim silama što proizlaze is magnetskih ili elektrostatskih polja. Ova druga vrsta levitacije bitno je ekonomičnija, ali je ograničena samo na vrlo male udaljenosti između lebdećeg predmeta i podloge koja mu omogućuje lebdenje.

Stvarna levitacija

Stvarna levitacija, trajno bestežinsko stanje. Postiže se kružnim kretanjem, orbitiranjem u Zemljinom gravitacijskom polju, ili polju nekog drugog nebeskog tijela. Npr: lebdenje astronauta u njihovim svemirskim brodovima dok kruže oko Zemlje..). Dok se satelit ili svemirska stanica kreću oko Zemlje, gravitacija na njih djeluje kao centripetalna sila, tj. privlači ih i skreće na kružnu putanju. Mase letjelica i astronauta opiru se promjeni smjera kretanja. Posljedica tog njihovog opiranja, tj. inercije (pri brzini od 7,9 km/sec.) jest trajno bestežinsko stanje, levitiranje. Kod ovakvih kretanja, inercija tijela manifestira se kao reaktivna, centrifugalna sila [Gallileo – Zakon inercije i Newton 3 (Zakon akcije i reakcije)]. Pri brzini od 7,9 km/sec. ona je jednaka centripetalnoj (tj. gravitaciji koja vrši funkciju centripetalne sile), pa ju ukida, anulira i omogućuje lebdenje.

Trajno bestežinsko stanje ili stvarna levitacija je, dakle, posljedica jednakosti centripetalne i centrifugalne sile. Za vrijeme te levitacije tijela gube svoju težinu, ali ne i masu i inerciju. Ova vrsta levitacije funkcionalna je i apsolutno ekonomična i na vrlo velikim udaljenostima od tijela u odnosu na koje se zbiva. Neophodna je za održavanje umjetnih satelita u njihovim orbitama, ali je dugotrajno izlaganje bestežinskom stanju štetno za ljudsko zdravlje.

Za održavanje stvarne levitacije nije potrebna nikakva energija. Prirodni ili umjetni sateliti mogu lebdjeti u odnosu na neko drugo nebesko tijelo mnogo milijardi godina, a da za to ne potroše nikakvu energiju. Primjer za to je lebdenje Zemlje u odnosu na Sunce. Još bolji slikovitiji primjer su geostacionarni sateliti, koji nepomično lebde iznad neke točke na ekvatoru ne trošeći apsolutno nikakvu energiju. Energija se mora potrošiti samo na postizanje brzine levitacije, odnosno satelizacije i izdizanje iznad atmosfere, tj. plinskog omotača onih nebeskih tijela koja ga imaju. (Plinski omotač, naime, svojim otporom kretanju letjelica smanjuje njihovu brzinu.) Zbog ove svoje osobitosti, ovaj vid stvarne levitacije je iznimno ekonomično sredstvo za zadovoljavanje nekih vitalnih potreba ljudske vrste.

Jednadžba za izračunavanje brzine neophodne za postizanje trajne levitacije, vl identična je jednadžbi za veličinu brzine satelizacije:

vl = korijen iz GM/R

Gdje je G gravitacijska konstanta, M masa nebeskog tijela, i R radius kretanja satelita, tj. udaljenost od središta nebeskog tijela, npr. Zemlje.

Brzina levitacije, vl ustvari je brzina satelizacije vs.

U najnižim orbitama, brzina levitacije ili satelizacije je 7,9 km/sec. U višim orbitama ta je brzina manja. Geostacionarni sateliti, koji lebde iznad određene točke na ekvatoru, kreću se brzinom od samo 3,05 km/sec. Kutna brzina njihovog kretanja jednaka je Zemljinoj. Mjesec lebdi u odnosu na Zemlju također na osnovu centrifugalne sile koja proizlazi iz brzine njegovog orbitiranja oko Zemlje, od svega 1,002 km/sec. Zemlja je u bestežinskom stanju u odnosu na Sunce, tj. lebdi u odnosu na njega na bazi brzine od 30 km/sec.

Kako je upravo rečeno, Zemlja je u bestežinskom stanju i levitra u odnosu na Sunce, a i ljudi i stvari na Zemlji također, ali i ljudi i stvari na Zemljinoj površini nisu u bestežinskom stanju, tj. ne levitiraju u odnosu na sâmu Zemlju. Radi toga je gore bilo istaknuto da je levitiranje uvijek levitiranje u odnosu na nešto.

Gravifugalna levitacija

U svim navedenim slučajevima levitacije, a i mnogim sličnim, u kojima gravitacija ima funkciju centripetalne sile, možda bi, radi što veće jasnoće, gravitaciju trebalo nazivati gravipetalnom silom, a reakciju na njeno djelovanje gravifugalnom. Levitacija i kružna putanja levitirajućeg tijela bila bi, po toj terminologiji, posljedica jednakosti gravipetalnih i gravifugalnih sila. Gore opisani slučajevi stvarne levitacije mogli bi se, dakle, nazivati gravifugalnom levitacijom. Za razliku od npr. magnetske ili dijamagnetske, ta vrsta levitacije do sada nije imala nikakvog imena. Ako se, dakle ne bi koristila ova terminologija onda bi levitiranje astronauta i sva ostala koja se baziraju na djelovanju gravitacije kao centripetalne sile, ostala bez svog specifičnog imena kojeg bi, radi lakšeg i točnijeg razumijevanja trebali imati.

To je naročito važno kad je u pitanju gravifugalna levitacija, jer je ona najvažniji vid levitacije za ljudsku vrstu, tj. za ostvarivanje njenih ciljeva i “normalnog”načina njenog opstanka.

Ali, i ostale fundamentalne sile mogu imati funkciju centripetalne sile, npr. Elektricitet. Elektron koji kruži oko atomske jezgre, lebdi u odnosu na nju, i to na osnovu jednakosti elektropetalne i elektrofugalne sile. To je također primjer stvarne levitacije.

Stvar stoji slično ili isto i sa magnetizmom i nuklearnom silom.

Korištenjem ovakvih termina uspostavlja se mogućnost razlikovanja uistinu različitih oblika levitacije: magnetske i magnetofugalne, elektrostatske i elektrofugalne, gravifugalne itd. Nadalje, moguće je jasno razlikovati stvarnu od prividne levitacije.

Inercija i levitacija

Stvarna levitacija postiže se suprotstavljanjem inercije tijela nekoj od fundamentalnih sila koja ima funkciju centripetalne sile – gravipetalnoj, elektropetalnoj. Inercija se suprotstavlja određenoj sili centripetalnog smjera tako što tijelo, koje se želi dovesti u stanje levitacije, ubrza na kružnu putanju oko hvatišta te centripetalne sile. Npr. Astronaute i njihove brodove oko središta Zemlje, jer hvatište gravipetalne sile je u središtu, odnosno težištu Zemlje. Kružno kretanje oko Zemlje ili nekog drugog nebeskog tijela, na neki način “povećava” inerciju tijela koja se tada manifestira kao centrifugalna, tj., preciznije, gravifugalna sila koja odvlači tijelo od hvatišta gravipetalne sile.

Važna napomena. Jedino suprotstavljanjem inercije tijela gravitacijskom privlačenju, i to posredstvom kružnog kretanja, može se spriječiti gravitacijsko ubrzanje (slobodni pad), na takav način da tijelo ostane u trajnom bestežinskom stanju.

Levitacija i bestežinsko stanje

Kratkotrajno bestežinsko stanje može se postići i slobodnim padanjem ili paraboličkim kretanjem aviona, ali u tim slučajevima ne možemo govoriti o levitaciji ili lebdenju, zato što slobodni pad, iako je stvarno bestežinsko stanje, nije levitacija u pravom smislu te riječi, jer levitacija podrazumjeva da se udaljenost, između težišta tjelesa koja se privlače, ne smanjuje. Kod padanja, međutim, radi se o baš smanjivanju te udaljenosti. Za ono što pada, naime, nikako ne možemo tvrditi da lebdi. I obrnuto: ono što lebdi, to ne pada.

Levitacija i bestežinsko stanje ne moraju, dakle, u svim slučajevima biti identične pojave. Svako bestežinsko stanje nije ujedno i levitacija, a svaka levitacija nije nužno i bestežinsko stanje.

Postizanje prividne levitacije

Privlačna sila između dvaju tijela, naime, može se manifestirati, ili kao ubrzanje (slobodni pad), ili kao težina. Ako se manifestira kao ubrzanje, onda nema težine. A ako se nekom vanjskom silom spriječi ubrzanje, pojavljuje se kao težina – privlačni mehanički napon, tēžēnje ili težnja.

Ako se gravitacijsko ubrzanje, slobodni pad nekog tijela spriječi nekom vanjskom odbojnom (repulzivnom), silom (magnetizmom ili elektrostatskim nabojem), ono će lebdjeti u magnetskom ili elektrostatskom polju. No magnetizam ili elektricitet, koji uzrokuju lebdenje tijela, uvijek, i istovremeno uzrokuju i pojavu težine tog tijela koje lebdi. Magneti, npr. koji lebde jedan iznad drugoga na vagi pokazati će istu težinu kao i onda kada ne lebde, nego leže na plitici vage, jedan pored drugoga. A ako ih se pusti da padaju, neći imati nikakve težine.

Gravitacijsko ubrzavanje tijela može se spriječiti i nekom vanjskom pseudosilom. Npr. čvrstoćom površine nekog drugog tijela ili čvrstom površinom Zemlje. I u tom se slučaju privlačna sila između Zemlje i tijela koje leži ili stoji na njoj pojavljuje kao težina. Razlika je samo u tome što je pritisak na podlogu, kod prividnog lebdenja – pritisak koji potiče od težine tijela – posredovan nevidljivim i neopipljivim magnetskim ili elektrostatskim poljem.

Razlika u postizanju prividne i stvarne levitacije

U stanje prividne levitacije, tijela se dovode tako da se njihovo ubrzavanje prema hvatištu sile koja ih privlači ne sprečava djelovanjem njihove vlastite inercije, nego nekom vanjskom silom (magnetizmom, elektricitetom itd.). Tim istim činom, tijela se čine i teškim, jer, kako je već rečeno, za vrijeme prividne levitacije tijela dobijaju i zadržavaju svoju težinu.

Prava tj. stvarna levitacija, trajno bestežinsko stanje, postiže se dovoljno brzim kretanjem koje je uvijek okomito na smjer djelovanja privlačne sile. To je kružno, orbitalno kretanje. Pri takvom kretanju, kao što je gore rečeno, inercija tijela manifestira se kao sila centrifugalnog smjera, koja anulira privlačnu silu, tj. silu centripetalnog smjera, gravitaciju, ili pak puno točnije, gravipetalnu silu.

Razlika između gravitacije i gravipetalne sile nije samo u imenu, nego također i u matematičkim izrazima kojima se određuje njihova narav i veličina. Izraz za veličinu gravitacije, F je

F = GMm/R2 ,

a za veličinu gravipetalne sile:

Fgp = GMm/R2 – mv2/R

Različiti vidovi stvarne levitacije

Kao što postoje različite vrste prividne levitacije, tako ima i raznih vrsta stvarne levitacije, a razlikuju se po tome koja od privlačnih sila vrši funkciju centripetalne sile. Evo tih sila i centrifugalnih reakcija na njihovo centripetalno djelovanje.

Termini «centripetalan» i «centrifugalan» samo su opće oznake smjera djelovanja neke sile – ka centru, ili od njega.

Stvarna levitacija može se pojaviti jedino ako neka od fundamentalnih sila služi kao centripetalna sila – gravipetalna, elektropetalna, magnetopetalna i nukleopetalna. Reakcije na centirpetalno djelovanje fundamentalnih sila – gravifugalna, elektrofugalna magnetofugalna i nukleofugalna – uvijek su reaktivne sile ili pseudosile – manifestacije inertnosti mase.

Čvrstoća – soliditas – tretira se u fizici kao pseudosila, a solidopetalna sila također. Stoga solidofugalna sila ne može uzrokovati levitaciju kao u gornjim slučajevima, nego samo mehanički napon, naprezanje u masi rotirajućeg tijela.

Levitacija – osnovno stanje svemira

Budući da je u prirodi – počev od atoma do galaksija ili galaktičkih jata – sve u kružnom kretanju, nužno je zaključiti da su sve gore nabrojane vrste centrifugalnih i centripetalnih sila uravnotežene i da je levitacija osnovno stanje cijelog materijalnog svemira i uvjet njegovog opstanka u takvom oblikku u kakvom ga poznajemo danas.

Fizikalne činjenice i zakoni koji omogućuju da se shvati zašto se pojavljuje stvarna levitacija

U slučaju rotacije čvrstog tijela, veličine solidopetalne i solidofugalne sile uvijek su jednake i suprotnog smjera (Newton 3). Veličina im je proporcionalna brzini rotacije čvrstog tijela:

F = mv² / r

U slučaju u kojem gravipetalna sila ima funkciju centripetalne sile (npr. u slučaju orbitiranja astronauta i njihovih svemirskih brodova oko Zemlje), gravipetalna i gravifugalna sila također su jednake i suprotnog su smjera, ali su obje sile obrnuto proporcionalne brzini rotacije, tj. orbitiranja.

Ako se, npr. poveća brzina nekog tijela (pri kretanju koje je okomito na smer djelovanja gravitacije onda se tim činom (prije postizanja brzine levitacije ili satelizacije ) neće povećati, nego smanjiti veličina gravipetalne i gravifugalne sile, što će se najprije očitovati kao smanjenje težine ubrzavanog tijela. Npr,: zbog Zemljine rotacije, npr. na ekvatoru, zbog brzine od 464 m/sec. tijela gube 0, 34% svoje težine. S postizanjem brzine levitacije ta težina potpuno se gubi, jer se, pri brzini levitacije ili satelizacije gravifugalna i gravipetalna sila potpuno isključuju i svode na nulu. To je ključni faktor koji omogućuje levitaciju. Ako bi se pak, nakon postizanja brzine levitacije, još više povećala brzina, ne bi se povećala veličina gravifugalne sile, niti postigla nekakva antitežina, nego bi se samo povećao radius, R kretanja ubrzavanog tijela. Tako se povećava i visina kruženja umjetnih satelita. No nakon što se postigne željena visina, brzina im se smanjuje.

Imajući na umu da, se, povećavanjem radiusa orbitiranja, R, eksponencijalno (za R²), smanjuje gravipetalna sila (tj. gravitacija koja vrši funkciju centripetalne sile), lako je razumjeti zašto tijela koja orbitiraju na većim visinama trebaju imati manju linearnu, ili perifernu brzinu orbitiranja. Vidi prethodni tekst i jednadžbu:

Fgp = GMm/R² – mv²/R

Treći faktor koji omogućuje stvarnu levitaciju za sada još nema neko znanstveno objašnjenje, kao ni sama gravitacija, ali je dobro poznat način njegovog ponašanja.

Radi se o inerciji.

Ona je inherentno svojstvo mase da se uvijek opire promjeni brzin kretanja tijela ili smjera njegovog kretanja, Inercija je toliko inherentna masi da u fizici važi formula:

m = i

Da nema inercije, gravitacijsko ubrzanje tjelesa bilo bi neusporedivo veće nego što stvarno jest, no inercija ga radikalno smanjuje. Pri kružnom kretanju tijela oko hvatišta gravitacijske, tj. gravipetalne sile, inercija se manifestira kao gravifugalna, repulzivna, odbojna, sila u odnosu na gravitaciju. Pri brzini satelizacije inercija neutralizira gravitaciju i omogućuje lebdenje, a pri povećanju brzine iznad brzine satelizacije, «odbija», tj. udaljava promatrano tijelo od nebeskog tijela oko kojeg orbitira.

Vjerovanja o levitaciji

Takozvani trezveni ljudi, koji su redovito pesimisti ili skeptici, najčešće potpuno previđaju onu stvarnost levitacije koja je gore bila opisana, pa o ovoj stvari misle na osnovu predrasude: da levitacija nije moguća i da nikad neće biti ni postignuta. S druge strane pak, ono neosviješteno i nekritičko optimističko mišljenje, koje vjeruje u mogućnost levitacije, također previđa njenu stvarnost i najčešće ju povezuje sa «antigravitacijom», pa podrazumijeva da bi levitacija trebala biti posljedica djelovanja antimaterije, nekog polja ili pak nekakve antigravitacijske sile.

No antigravitacijska levitacija, o kojoj se najčešće govori, još nigdje nije detektirana, a niti pojmljena, shvaćena. Za sada postoji samo u formi nekakve nejasne, nedefinirane opće želje za oslobođenjem od gravitacije. Na bazi suvremene znanosti nije moguće razumjeti unutarnju strukturu te želje, niti njenu zbiljsku, fizikalnu bazu. Isto važi i za tzv. antigravitacijsku silu. I ona, za sada postoji samo kao potpuno nejasna, proturječna fantazmagorija bazirana isključivo na onoj želji. Nema nikakvog dokaza o uspješnom stvaranju nekakvog antigravitacijskog uređaja, polja ili štita. Ono što je, na tom polju uistinu ostvareno i dalo određene (vrlo male) efekte, spada u područje prividne levitacije pomoću koje se ne mogu zadovoljiti ljudske potrebe za izlaskom u svemir i opstankom u njemu.

Meditativna, volitivna ili tzv. paranormalna ili spiritualna levitacija – također se čini kao stvar želje, religijskih vjerovanja ili praznovjerja. O slučajevima levitiranja nekih svetih ljudi ili jogina, o kojima se već odavno izvještava, ne može se govoriti bez opravdane i temeljite skepse.

U jednom drugom članku rekao sam da je ovakvo, spiritualističko shvaćanje levitacije stvar radikalno infantilnih želja, te da, nasuprot općem, vrlo raširenom uvjerenju, njeno ostvarenje ne bi čovjeku donijelo ništa dobroga.

Iluzija levitacije

Ovaj privid levitacije postiže se raznim optičkim, filmskim i drugim trikovima i služi uglavnom za zabavu. Katkada se koristi i u umjetnosti, radi postizanja raznih umjetničkih efekata ili ciljeva.

Moguća budućnost levitacije

Ljudska potreba za oslobađanjem od gravitacije; za posjetom drugim nebeskim tijelima i potreba za osvajanjem svemira i životom u njemu, moći će se – gdje to bude potrebno i moguće – kao i do sada, zadovoljavati, korištenjem gravifugalne sile i gravifugalne levitacije, ali ne isključivo upotrebom raketne tehnike, nego također upotrebom gravifugalne letjelice.

Reference