Наука Гарри Поттера. Завораживающие знания, лежащие в основе магии, гаджетов, зелий и многого другого

Суть левитации в том, чтобы каким-то образом поддерживать предмет в воздухе, компенсировать его вес. Когда мы обычно говорим, что нечто весит, скажем, 50 килограммов, то имеем в виду именно вес, а не массу объекта. Масса объекта – уникальное и постянное свойство, мера того, сколько материи содержится в нем.

Все тела создают гравитационное поле, которое притягивает любые другие объекты, и чем больше масса, тем сильнее гравитационное поле и его воздействие. Поскольку Земля имеет очень большую массу по сравнению с предметами на ней, ее гравитационное поле доминирует на поверхности и в близлежащем пространстве. Сила притяжения в гравитационном поле Земли пропорциональна массе объекта воздействия и тождественна тому, что ученые понимают под весом объекта.

Таким образом, чтобы левитировать предмет, необходимо найти механизм, способный преодолеть гравитационное притяжение объекта к Земле. Либо так, либо найти способ свести на нет действие гравитации, примером чего может служить вымышленное вещество кейворит из романа Герберта Уэллса 1901 года «Первые люди на Луне». К сожалению, в нашем не вымышленном мире вещество с такими качествами подразумевается невозможным, хотя это не помешало некоторым инженерам и ученым потратить значительные усилия для проведения изысканий в данном направлении.

С середины 1990-х существовала поддержанная британской оборонной компанией BAE Systems исследовательская программа под названием Project Greenglow, единственной целью которой являлась разработка антигравитационной технологии. Человек, стоявший за этим проектом, – Рональд Эванс – был поглощен идеей управления гравитацией и движения на ее основе. Но, несмотря на энергичную работу, проделанную в следующее десятилетие, программу официально закрыли в 2005 году, покольку никаких жизнеспособных антигравитационных технологий не возникло даже на горизонте. Помимо безуспешных поисков антигравитации в чистом виде, существует несколько реальных технологий, способных компенсировать гравитационное Земли, и наиболее очевидная из них основана на использовании воздуха.

Аэродинамическая левитация

Если бы нам нужно было заставить перо застыть в воздухе, мы могли бы просто поддерживать его струями воздуха снизу. Как правило, чем больше и тяжелее перо, тем сильнее должен быть поток воздуха, необходимый для его удержания, однако форма предмета и его расположение в пространстве – то есть аэродинамические характеристики – также очень важны. Впрочем, такой пример не слишком впечатляет. Куда более хитрый трюк – подвешивание шарика для пинг-понга в потоке воздуха от изогнутой соломинки или фена. Шарик лежит на воздушной подушке, создаваемой восходящим потоком, и при этом вполне устойчив, способен продержаться в таком положении гораздо дольше, чем перышко. Когда воздушный поток движется вокруг шарика, то создает области высокого и низкого давления, обеспечивающие поддерживающую силу, которая компенсирует его вес. Система будет работать даже при небольшом отклонении потока воздуха в сторону, однако при достаточно сильном смещении вес преодолеет сопротивление, и шарик упадет.

С помощью более мощного потока воздуха можно подвесить пляжный мяч, и применение подобного способа не исчерпывается полностью сферическими объектами. Модифицируя поток воздуха, можно левитировать отвертку, яйцо, лампочку, пробирку, небольшую бутылку и многое другое. Можно даже удерживать человека в воздухе, хотя это требует немного иного процесса.

Когда парашютисты выпрыгивают из самолета, они падают со все увеличивающейся скоростью. После раскрытия парашюта сопротивление воздуха возрастает до тех пор, пока не компенсирует силу притяжения до уровня, при котором ускорение падения становится нулевым, и парашютисты, как говорят, достигают своей равновесной скорости.

Руководствуясь равновесной скоростью как константой, можно направить достаточный объем воздуха вверх так, что направленная вниз сила веса будет нивелирована сопротивлением. Это приведет к тому, что парашютист зависнет в воздухе, и подобная технология используется в крытых центрах прыжков с парашютом.

Хотя большие и маленькие предметы можно левитировать с помощью аэродинамических сил, вероятно, было бы не очень практично разносить объекты в пух и прах сильными порывами ветра, пытаясь удержать их в воздухе. Очевидно, будет слишком много шума и/или сопутствующего ущерба. Так, может быть, следующий способ левитации лучше?

Акустическая левитация

Акустическая левитация – процесс, который позволяет поднимать и перемещать предметы, используя только звуковые волны. Звуковая волна состоит из областей переменного высокого и низкого давления, где молекулы были сдвинуты вместе (сжатие) или раздвинуты (разрежение) соответственно. Расстояние между последовательными сжатиями или между последовательными разрежениями называется длиной волны, а количество таких зон, проходящих через точку за секунду, определяет частоту звуковой волны.