Marzenie o lewitacji jest chyba tak stare jak to o lataniu. No ale latać już potrafimy dzięki samolotom czy rakietom. Niewiele to ma jednak wspólnego z elegancką mistyczną lewitacją. Jej opisy znajdziemy w chrześcijaństwie, gdzie zalicza się ona do tzw. darów charyzmatycznych. Obdarzeni nimi mieli być m.in. Józef z Kupertynu czy Teresa z Ávili, którą siostry zakonne musiały w czasie nabożeństw przytrzymywać, by unosząc się nie wzbudzała niepotrzebnej sensacji. Lewitacja pojawia się także w hinduizmie – sztukę tę mieli opanować siddhowie, czyli mistrzowie duchowi, którzy osiągnęli oświecenie. Motyw ten znajdziemy też w buddyzmie, religii starożytnej Grecji itd.
Nic dziwnego, że zainspirowali się nim magicy, kuglarze i współcześni iluzjoniści. Dzięki tym ostatnim wiemy, jak można lewitować, dysponując czysto mechanicznymi środkami. Przedstawienie z 1992 r., w czasie którego w powietrzu unosił się David Copperfield, okazało się możliwe dzięki patentowi noszącemu w USA numer 5354238. Opisuje on system cienkich lin o nośności ponad 100 kg, które przymocowane są do pierścienia umieszczonego wokół miednicy iluzjonisty.
Zostawmy jednak sztuczki i zajmijmy się nauką. Jak z jej punktu widzenia wygląda lewitacja? Owszem, jest możliwa, o ile uda się zrównoważyć siłę grawitacji, która ściąga nas nieubłaganie na ziemię. Istnieje na to parę sposobów.
Z wiatrem we włosach
Zacznijmy od najprostszego. Graliście kiedyś w „powietrznego hokeja”? To zabawa znana z salonów z automatami do gier: spory stół, po którym porusza się plastikowy krążek, a my uderzamy w niego okrągłymi „zderzakami”. Kawałek plastiku przesuwa się nad powierzchnią stołu dzięki ciśnieniu powietrza wydmuchiwanego przez maleńkie otwory.
Sami też możecie coś takiego zrobić, jeśli macie w domu odkurzacz, którego wąż można podłączyć do wylotu powietrza. Umieść- cie nad końcem rury piłeczkę pingpongową i włączcie urządzenie – jeśli zostanie uchwycona przez prąd powietrza, będzie skakała i wirowała. A teraz wyobraźcie sobie, że rura jest ukryta, a wy nie słyszycie dźwięku odkurzacza – lewitacja, że aż miło!
Nie musi się ona ograniczać do piłeczek. Ta metoda pozwala na unoszenie bardzo dużych obiektów – w ten sposób lewitują poduszkowce. A jeśli chodzi o pojedynczych ludzi, wystarczy założyć luźny kombinezon i wejść do pionowego tunelu aerodynamiczne- go, przez który powietrze pędzi z prędkością ok. 200 km/godz. Tyle wystarczy, by unieść nasze ciało. Jednak łopoczący kombinezon i rozciągnięta przez wicher twarz to, delikatnie mówiąc, mało przyjemne doznania.
Czym jeszcze można zrównoważyć siłę grawitacji? Chociażby dźwiękiem. Chodzi o to, żeby utworzył on tzw. falę stojącą, w której występują punkty o wysokim i niskim ciśnieniu. Gdy umieścimy
jakiś obiekt w odpowiednim miejscu takiej fali, będzie się on unosił, leciutko drgając. Filmy pokazujące dźwiękową lewitację kropli wody z łatwością można znaleźć w internecie. Wrażenie jest naprawdę niezwykłe. Dodatkowo wykorzystana fala to ultradźwięki, więc lewitacja jest bezgłośna.
Słabość tej metody to niewielka masa obiektu, jaki może być utrzymywany – spraw- nie lewitują w najlepszym razie piłeczki pingpongowe. Do uniesienia człowieka nie wy- starczą nawet najgłośniejsze dźwięki.
Siła światła
Sięgnijmy więc po inny rodzaj energii. Mowa o świetle, które można potraktować jak strumień cząstek zwanych fotonami. Gdy jest on bardzo intensywny, może przesunąć – albo unieść – jakiś obiekt. Ale by pokonać ziemską grawitację, potrzebujemy bardzo dobrze zorganizowanego strumienia foto- nów niosących sporą energię – czyli lasera.
W 2004 r. pracujący dla NASA badacze Susan Wrbanek i Kenneth Weiland sprawdzili, że w ten sposób można unieść małe szklane kuleczki średnicy 0,1 mm. Może nie brzmi to imponująco, ale i moc zastosowanego lasera nie była ogromna – wystarczyło 0,25 wata. Co się jednak stanie, gdy zaczniemy ją zwiększać? Odpowiedź jest prosta: zamiast unieść obiekt, możemy go spalić.
Taki właśnie los czekałby człowieka, który chciałby lewitować na falach świetlnych. Potrzebny byłby do tego laser o mocy 13 bilionów (!) watów, co oznacza, że zasilać go musiałoby mniej więcej tysiąc elektrowni jądrowych. Ta metoda lewitacji też odpada.
Niebezpieczny magnetyzm
Została nam jeszcze jedna opcja, w do- datku potwierdzona efektownym eksperymentem. Pod koniec XX wieku prof. Andriej Geim – uczony, który w 2010 r. dostał Nagrodę Nobla za odkrycie grafenu – uniósł w powietrze żywą żabę, wykorzystując magnetyzm. Jak to możliwe? Odpowiada za to zjawisko zwane diamagnetyzmem.
Substancje, które na co dzień nie mają właściwości magnetycznych, mogą się tak zachowywać, jeśli znajdą się w bardzo silnym polu magnetycznym. Atomy, z których składa się żaba (a większość jej ciała to, tak jak u nas, woda), „nerwowo” reagują na taką sytuację. Silne pole magnetyczne zakłóca ruch znaj- dujących się w nich elektronów. Te, by temu przeciwdziałać, same wytwarzają pole skierowane przeciwnie. Żaba zaczyna więc działać jak miliardy maleńkich magnesików, które przeciwstawiają się narzuconej im sile. Efekt – unoszenie się. Tak, prawdziwa lewitacja!
Prof. Geim uniósł w ten sposób żabę, wkładając ją do otworu w cylindrycznym magnesie o dużej mocy – 16 tesli (dla przykładu, typowe urządzenie do rezonansu magnetycznego wytwarza pole ok. 2–3 tesli). Jak twierdzi, żaba wyszła z eksperymentu bez szwanku. Teoretycznie więc można by czegoś takiego spróbować z człowiekiem…
Tu jednak znów pojawia się problem wynikający ze skali wyzwania. Aby unieść osobę ważącą kilkadziesiąt kilogramów, potrzebne byłoby znacznie potężniejsze pole – o natężeniu rzędu miliona tesli! Na Ziemi rekord to na razie 2800 tesli, a do jego uzyskania użyto materiałów wybuchowych, które zniszczyły wykorzystywany sprzęt. W kosmosie takie pole magnetyczne można spotkać na gwiazdach neutronowych – bardzo gęstych pozo- stałościach po wybuchu supernowych. Czegoś takiego ludzkie ciało na pewno by nie zniosło.
Czy to oznacza, że nie mamy żadnych szans na zrealizowanie marzenia o lewitacji? Na Ziemi raczej nie, ale przecież można się od niej oderwać… Tak, mamy na myśli astronautów przebywających np. na Między- narodowej Stacji Kosmicznej (ISS), którzy z łatwością unoszą się w powietrzu. No dobrze – możecie powiedzieć – ale przecież to stan nieważkości, a nie lewitacja? Błąd! Nie- ważkość (a dokładniej – mikrograwitacja) to nic innego jak swobodne unoszenie się bez machania skrzydłami czy przykładania do ciała innej zewnętrznej siły. Elegancko i bez większej szkody dla zdrowia.
Ale wyjaśnijmy jedno – wbrew powszechnemu przekonaniu astronauci na or- bicie unoszą się nie dzięki temu, że nie działa tam ziemska grawitacja. ISS porusza się na wysokości zaledwie ok. 400 km nad Ziemią. Grawitacja na tej wysokości to wciąż 89 proc. tego, co odczuwamy, stojąc na powierzchni planety. Za lewitację odpowiada stan ciągłego spadania. Taką samą nieważkość (choć krócej działającą) można odczuć w spadającej windzie albo na pokładzie nurkującego samolotu. Tyle że winda kiedyś spadnie, a samolot musi wyjść z nurkowania, by nie podzielić jej losu. Tymczasem ISS ma tak wy- liczoną orbitę, że cały czas jest w trakcie spadania, ale nigdy nie spada na Ziemię. Fajnie byłoby spróbować kiedyś takiej lewitacji… czego wam i sobie życzymy!