Силове поле чи життєпис

«Підняти щити!» - так звучить перший наказ, який в нескінченному серіалі «Зоряний шлях» віддає різким голосом капітан Кірк своєму екіпажу; слухняний наказом екіпаж включає силові поля, покликані захистити космічний корабель «Ентерпрайз» від вогню противника.

У сюжеті «Зоряного шляху» силові поля настільки важливі, що їх стан цілком може визначити результат бою. Варто енергії силового поля виснажитися, і корпус «Ентерпрайза» починає отримувати удари, чим далі, тим більш руйнівними; в кінці кінців поразка стає неминучим.

Так що ж таке захисне силове поле? У науковій фантастиці це оманливе проста штука: тонкий невидимий, але при цьому непроникний бар'єр, здатний однаково легко відображати лазерні промені і ракети. На перший погляд силове поле представляється настільки простим, що створення - і швидке - бойових щитів на його основі здається неминучим. Так і чекаєш, що не сьогодні-завтра який-небудь заповзятливий винахідник оголосить, що йому вдалося отримати захисне си-ловое поле. Але істина набагато складніше.

Подібно лампочці Едісона, яка докорінно змінила сучасну цивілізацію, силове поле здатне глибоко зачепити всі без винятку сторони нашого життя. Військові скористалися б силовим полем, щоб стати невразливими, створили б на його основі непроникний щит від ворожих ракет і куль. В теорії можна було б створювати мости, чудові шосе і дороги одним натисканням кнопки. Цілі міста виникали б у пустелі немов за помахом чарівної палички; все в них, аж до хмарочосів, будувалося б виключно з силових полів. Купола силових полів над містами дозволили б їх мешканцям довільно управляти погодними явищами - штормовими вітрами, сніговими бурями, торнадо. Під надійним пологом силового поля можна було б будувати міста навіть на дні океанів. Від скла, сталі і бетону можна було б взагалі відмовитися, замінивши всі будівельні матеріали силовими полями.

Але, як не дивно, силове поле виявляється одним з тих явищ, які надзвичайно складно відтворити в лабораторії. Деякі фізики навіть вважають, що це взагалі не вдасться зробити без зміни його властивостей.

Як вже зазначалося вище, якщо нагріти газ до досить високої температури і отримати таким чином плазму, то за допомогою магнітного і електричного полів можна буде її утримувати і надавати їй форму. Наприклад, плазмі можна надати форму листа або віконного скла. Більш того, таке «полум'яне вікно» можна використовувати в якості перегородки між вакуумом і звичайним повітрям. В принципі, таким чином можна було б утримувати повітря всередині космічного корабля, не даючи йому зникнути в простір; плазма в цьому випадку утворює зручну прозору оболонку, кордон між відкритим космосом і кораблем.

У серіалі «Зоряний шлях» силове поле використовується, зокрема, для того, щоб ізолювати відсік, де знаходиться і звідки стартує невеликий космічний човник, від космічного простору. І це не просто хитрий прийом, покликана заощадити гроші на декораціях; така прозора невидима плівка може бути створена.

Для вирішення цієї проблеми д-р Гершкович винайшов полум'яне вікно. Це пристрій розміром всього 3 фути заввишки і 1 фут в діаметрі; воно нагріває газ до температури 6500 ° С і тим самим створює плазму, яка відразу ж потрапляє в пастку електричного і магнітного полів. Частинки плазми, як частки будь-якого газу, чинять тиск, яке не дає повітрю увірватися і заповнити собою вакуумну камеру. (Якщо використовувати в плазмовому вікні аргон, він випускає блакитнувате світіння, зовсім як силове поле в «Зоряному шляху».)

Плазмове вікно, очевидно, знайде широке застосування в космічній галузі та промисловості. Навіть в промисловості для мікрообробки і сухого травлення часто необхідний вакуум, але застосування його в виробничому процесі може виявитися дуже дорогим. Але тепер, з винаходом плазмового вікна, утримувати вакуум одним натисканням кнопки стане нескладно і недорого.

Але чи можна використовувати полум'яне вікно як непроникний щит? Чи захистить воно від пострілу з гармати? Можна уявити появу в майбутньому плазмових вікон, що володіють набагато більшою енергією і температурою, достатньою для випаровування потрапляють в нього об'єктів. Але для створення більш реалістичного силового поля з відомими за фантастичними творами характеристиками потрібно багатошарова комбінація декількох технологій. Можливо, кожен шар сам по собі не буде достатньо міцним, щоб зупинити гарматне ядро, але разом декількох шарів може виявитися достатньо.

Спробуємо уявити собі структуру такого силового поля. Зовнішній шар, наприклад сверхзаряженное полум'яне вікно, розігріте до температури, достатньої для випаровування металів. Другим шаром може виявитися завіса з високоенергетичних лазерних променів. Така завіса з тисяч перехресних лазерних променів створювала б просторову решітку, яка нагрівала б проходять через неї об'єкти і ефективно випаровувала їх. Більш детально ми поговоримо про лазерах в наступному розділі.

Далі, за лазерної завісою, можна уявити собі просторову решітку з «вуглецевих нанотрубок» - крихітних трубочок, що складаються з окремих атомів вуглецю, зі стінками товщиною в один атом. Таким трубки у багато разів міцніший за сталь. На даний момент найдовша з отриманих в світі вуглецевих нанотрубок має довжину всього близько 15 мм, але можна вже передбачити день, коли ми зможемо створювати вуглецеві нанотрубки довільної довжини. Припустимо, що з вуглецевих нанотрубок можна буде сплести просторову мережу; в цьому випадку ми отримаємо надзвичайно міцний екран, здатний відобразити більшість об'єктів. Екран цей буде невидимий, так як кожна окрема нанотрубка по товщині порівнянна з атомом, але просторова мережу з вуглецевих нанотрубок перевершить по міцності будь-який інший матеріал.

Отже, ми маємо підстави припустити, що поєднання плазмового вікна, лазерної завіси і екрану з вуглецевих нанотрубок може послужити основою для створення майже непроникною невидимою стіни.

Але навіть такий багатошаровий щит буде не в змозі продемонструвати все властивості, які наукова фантастика приписує силовому полю. Так, він буде прозорий, а значить, не зможе зупинити лазерний промінь. У битві з застосуванням лазерних гармат наші багатошарові щити виявляться марними.

Щоб зупинити лазерний промінь, щит повинен буде крім перерахованого володіти сильно вираженим властивістю «фотохроматічності», або змінної прозорості. В даний час матеріали з такими характеристиками використовуються при виготовленні сонячних окулярів, здатних затемнюватися при впливі УФ-випромінювання. Мінлива прозорість матеріалу досягається за рахунок використання молекул, які можуть існувати принаймні в двох станах. При одному стані молекул такий матеріал прозорий. Але під впливом УФ-випромінювання молекули миттєво переходять в інший стан і матеріал втрачає прозорість.

Можливо, коли-небудь ми зможемо за допомогою нанотехнології отримати речовину, міцне, як вуглецеві нанотрубки, і здатне змінювати свої оптичні властивості під впливом лазерного променя. Щит з такої речовини зможе зупиняти не тільки потоки частинок або гарматні снаряди, а й лазерний удар. В даний час, однак, не існує матеріалів зі змінною прозорістю, здатних зупинити лазерний промінь.