Raig tractor
From Wikipedia, the free encyclopedia
Remove ads
Un raig tractor és un dispositiu que pot atraure un objecte cap a un altre des de la distància.[1] El concepte s'origina en la ficció: el terme va ser encunyat per E. E. Smith (una actualització del seu anterior "raig atractor") a la seva novel·la Spacehounds of IPC (1931). Des de la dècada del 1990, la tecnologia i la recerca han treballat per fer-ho realitat i han tingut cert èxit a nivell microscòpic.[2] Menys habitualment, un feix similar que repel·leix es coneix com a feix pressor o feix repulsor. Els feixos d'impuls gravitatori i de propulsió gravitatòria són tradicionalment àrees de recerca de la física marginal que coincideixen amb els conceptes de feixos tractors i repulsors; els feixos tractors desenvolupats pels investigadors i enginyers convencionals generalment no es basen en la gravetat, i els dissenys pràctics solen utilitzar l'electromagnetisme i/o el moviment d'un medi.
Remove ads
Física
Un camp de força confinat a una llum col·limada amb vores netes és una de les principals característiques dels raigs tractors i repulsors.[3] Per exemple, Robert L. Forward de Hughes Research Laboratories va demostrar que la teoria de la relativitat general permetia la generació d'un impuls molt breu d'una força repulsiva similar a la gravetat al llarg de l'eix d'un tor helicoïdal que conté matèria condensada accelerada.[4][5]
Una variant de la teoria de Burkhard Heim de Walter Dröscher, de l'Institut für Grenzgebiete der Wissenschaft (IGW), Innsbruck, Àustria, i Jocham Häuser, de la Universitat de Ciències Aplicades i CLE GmbH, Salzgitter, Alemanya, va predir que un camp de força repulsiu de gravitofotons podria ser produït per un anell que girava per sobre d'un camp magnètic molt fort.[6] La teoria de Heim i les seves variants han estat tractades per la comunitat científica dominant com a física marginal.
Els següents són resums d'altres experiments i teories notables que s'assemblen als conceptes de feix repulsor i tractor:
Dècada del 1960
El juliol de 1960, la revista comercial "Missiles and Rockets" va informar que Martin N. Kaplan, un enginyer d'investigació de Ryan Aeronautical Company, havia dut a terme experiments que podrien conduir a la capacitat de dirigir una força antigravitacional cap a o lluny d'un segon cos.[7]
El 1964, els físics Leopold Halpern de l'Institut Niels Bohr i B. Laurent de l'Institut Nòrdic de Física Teòrica van indicar que la teoria de la relativitat general i la teoria quàntica permetien la generació i amplificació de gravitons d'una manera semblant al làser.[8] Van demostrar que, en principi, la radiació gravitacional en forma d'un feix de gravitons es podia generar i amplificar mitjançant emissions ressonants induïdes.
Dècada del 1990 – Experiment de Podkletnov
El 1992, el professor Ievheni Podkletnov i R. Nieminen, de la Universitat Tecnològica de Tampere, van afirmar haver descobert fluctuacions de pes en objectes per sobre d'un disc superconductor compost massiu, levitat electromagnèticament.[9] Tres anys més tard, Podkletnov va publicar els resultats d'experiments addicionals amb un superconductor de disc toroidal.[10] Van informar que el pes de les mostres fluctuaria entre -2,5% i +5,4% a mesura que augmentava la velocitat angular del superconductor. Certes combinacions de velocitats angulars del disc i freqüències electromagnètiques van fer que les fluctuacions s'estabilitzessin en una reducció del 0,3%. Els experiments amb el disc toroïdal van produir reduccions que van arribar a un màxim d'1,9-2,1%. Els informes sobre ambdós conjunts d'experiments van indicar que la regió de pèrdua de pes era cilíndrica, estenent-se verticalment almenys tres metres per sobre del disc. A la tardor de 1995 es van publicar observacions qualitatives d'una força expulsiva a la vora de la zona blindada. .[11] Diversos grups d'arreu del món van intentar replicar les observacions de Podkletnov sobre el blindatge gravitatori.[12]
El físic italià Giovanni Modanese, mentre era becari de la Fundació Alexander von Humboldt a l'Institut Max Planck de Física, va fer el primer intent de proporcionar una explicació teòrica de les suposades observacions de Podkletnov.[11][13] Va argumentar que l'efecte de blindatge i la lleugera força expulsiva a la vora de la zona blindada es podrien explicar en termes de canvis induïts a la constant cosmològica local. Modanese va descriure diversos efectes relacionats amb les respostes a modificacions de la constant cosmològica local dins del superconductor.[14] Ning Wu, de l'Institut de Física d'Altes Energies (Pequín), va utilitzar la teoria de la gravetat quàntica que havia desenvolupat el 2001 per explicar les observacions de Podkletnov.[15]
C. S. Unnikrishan, Tata Institute of Fundamental Research, Mumbai, va demostrar que si l'efecte hagués estat causat per un blindatge gravitatori, la forma de la regió blindada seria similar a una ombra de l'escut gravitatori. Per exemple, la forma de la regió blindada per sobre d'un disc seria cònica. L'alçada de l'àpex del con per sobre del disc variaria directament amb l'alçada del disc protector per sobre de la Terra.[16]
Dècada del 2010
Un equip de científics de la Universitat Nacional Australiana (ANU) dirigit pel professor Andrei Rode va crear un dispositiu similar a un raig tractor per moure petites partícules 1,5 metres per l'aire.[17] En lloc de crear un nou camp gravitatori, però, el dispositiu utilitza un feix làser de Laguerre-Gaussià en forma de dònut, que té un anell de llum d'alta intensitat que envolta un nucli fosc al llarg de l'eix del feix. Aquest mètode confina les partícules al centre del feix mitjançant la fotoforesi, de manera que les seccions il·luminades de la partícula tenen una temperatura més alta i, per tant, imparteixen més impuls a les molècules d'aire que incideixen a la superfície. A causa d'aquest mètode, un dispositiu d'aquest tipus no pot funcionar a l'espai a causa de la manca d'aire. Rode afirma que hi ha aplicacions pràctiques per al dispositiu a la Terra, per exemple, el transport de materials microscòpics perillosos i altres objectes microscòpics.[18][19]
John Sinko i Clifford Schlecht van investigar una forma de propulsió làser d'empenta invertida com un feix tractor làser macroscòpic. Les aplicacions previstes inclouen la manipulació remota d'objectes espacials a distàncies de fins a uns 100 km,[20] eliminació de deixalles espacials,[21] i recuperació d'astronautes a la deriva o eines en òrbita.[22]
El 2010, físics de la Universitat de Nova York van demostrar que els feixos tractors funcionals basats en modes de llum solenoidals.[23] La distribució en espiral de la intensitat en aquests feixos no difractants tendeix a atrapar els objectes il·luminats i, per tant, ajuda a superar la pressió de radiació que normalment els impulsaria cap avall de l'eix òptic.
El moment angular orbital transferit des dels fronts d'ona helicoïdals del feix de solenoides impulsa els objectes atrapats aigües amunt al llarg de l'espiral. La NASA està considerant tant els feixos tractors de feix de Bessel com els solenoidals per a aplicacions en l'exploració espacial.[24]
El març de 2011, científics de la Universitat de Fudan i la Universitat de Ciència i Tecnologia de Hong Kong van postular que un tipus específic de feix de Bessel (un tipus especial de làser que no difracta al centre) és capaç de crear un efecte d'atracció sobre una partícula microscòpica determinada, forçant-la cap a la font del feix.[25][26] La física subjacent és la maximització de la dispersió directa mitjançant la interferència dels multipols de radiació. Mostren explícitament que la condició necessària per aconseguir una força òptica negativa (d'atracció) és l'excitació simultània dels multipols de la partícula. Si la projecció total del moment fotònic al llarg de la direcció de propagació és petita, la força òptica atractiva és possible.[27] Els científics xinesos suggereixen que aquesta possibilitat es podria implementar per a la micromanipulació òptica.[28]
El 2013, científics de l'Institut d'Instruments Científics (ISI) i la Universitat de St Andrews van crear un raig tractor que arrossega objectes a nivell microscòpic.[29] L'estudi afirma que aquesta tècnica pot tenir potencial per a la recerca biomèdica.
El professor Zemanek va dir: "Tot l'equip ha passat alguns anys investigant diverses configuracions de lliurament de partícules per llum".[29] El Dr. Brzobohaty va dir: "Aquests mètodes obren noves oportunitats per a la fotònica fonamental, així com aplicacions per a les ciències de la vida".[30] El Dr. Cizmar va dir: "A causa de les similituds entre la manipulació de partícules òptiques i acústiques, preveiem que aquest concepte inspirarà futurs estudis emocionants en àrees fora del camp de la fotònica".[30]
Els físics de l'ANU van construir un feix tractor reversible, capaç de transportar partícules "d'una cinquena part de mil·límetre de diàmetre a una distància de fins a 20 centímetres, unes 100 vegades més lluny que els experiments anteriors". Segons el professor Wieslaw Krolikowski, de l'Escola de Recerca de Física i Enginyeria, "la demostració d'un feix làser a gran escala com aquest és una mena de sant greal per als físics de làser".[31] El treball es va publicar a Nature el 2014.[32] El mateix any, el Dr. Horst Punzmann i el seu equip a l'ANU van desenvolupar un feix tractor que funciona sobre l'aigua, que podria ser utilitzat per contenir vessaments de petroli, controlar objectes flotants o estudiar la formació de corrents de ressaca a les platges.[33]
El 2015, un equip d'investigadors va construir el primer raig tractor sònic del món que pot aixecar i moure objectes mitjançant ones sonores.[34] Es va posar a disposició una pàgina web de Instructables amb instruccions per construir un dispositiu rudimentari.[35]
El 2016, científics de la Universitat Rice van descobrir que les bobines de Tesla poden generar camps de força capaços de manipular la matèria mitjançant un procés anomenat teslaforesi.[36]
El desembre de 2016, els investigadors van poder manipular el moviment de cèl·lules bacterianes mitjançant un raig tractor, obrint així la possibilitat que els raigs tractors puguin tenir aplicacions futures en ciències biològiques.[37]
El 2018, un equip de recerca de la Universitat de Tel Aviv, dirigit pel Dr. Alon Bahabad, va demostrar experimentalment un anàleg òptic del cargol d'Arquimedes on la rotació d'un feix làser d'intensitat helicoïdal es transfereix al moviment axial de partícules de carboni a escala micromètrica atrapades òpticament. Amb aquesta pantalla òptica, les partícules es van transportar fàcilment amb velocitat i direcció controlades, aigües amunt o aigües avall del flux òptic, per sobre de mig centímetre.[38]
El 2019, investigadors de la Universitat de Washington van utilitzar un feix tractor per muntar materials a nanoescala en un procés que descriuen com a "nanosoldatge fotònic".[39]
Remove ads
Ficció
.png)
Les pel·lícules i les emissions de televisió de ciència-ficció normalment representen els raigs tractors i repulsors com a raigs estrets i audibles de llum visible que cobreixen una petita àrea objectiu. Els raigs tractors s'utilitzen més habitualment en naus espacials i estacions espacials. Generalment s'utilitzen de tres maneres:
- Com a dispositiu per assegurar o recuperar càrrega, passatgers, llançadores, etc. Això és anàleg a les grues de les naus modernes.
- Com a dispositiu per aprofitar objectes que la nau pot utilitzar com a armes improvisades.
- Com a mitjà per evitar que un enemic s'escapi, anàleg als ganxos.
A Star Trek, s'imagina que els raigs tractors funcionen col·locant un objectiu al focus d'un patró d'interferència de subespai/gravitó creat per dos raigs d'un emissor. Quan els raigs es manipulen correctament, l'objectiu es dibuixa juntament amb el patró d'interferència. L'objectiu es pot moure cap a l'emissor o allunyar-se'n canviant la polaritat dels raigs. L'abast del feix afecta la massa màxima que l'emissor pot moure, i l'emissor sotmet la seva estructura d'ancoratge a una força significativa.[40]
Literatura
- As Easy as A.B.C. (1912) de Rudyard Kipling va fer ús del "bucle volador", generat per un dels dirigibles de la Junta de Control Aeri, quan una dona va intentar, com a declaració política, suïcidar-se públicament. El bucle li va arrencar el ganivet de la mà i, en lloc d'atraure'l cap al dirigible, el va llançar a cinquanta metres de distància; també va continuar mantenint el seu braç rígid durant un segon aproximadament després. John Brunner, al pròleg d'una col·lecció de ciència-ficció de Kipling, va dir que aquesta podria ser la primera representació d'un raig tractor.
- E. E. Smith va encunyar el terme "raig tractor" (una actualització del seu anterior "raig atractor") a la seva novel·la Spacehounds of IPC, originalment publicada per serials a la revista Amazing Stories el 1931. L'heroi dels seus llibres Skylark of Space (a partir del 1929) havia inventat "raigs atractors" i "raigs repel·lents". Els repel·lents també es poden emetre isotròpicament com a camp de força defensiu contra projectils materials. El dispositiu també apareix als llibres Lensman de Smith.
- A la novel·la sobre Buck Rogers de Philip Francis Nowlan Armageddon 2419 A.D. (1928), els dirigibles enemics utilitzaven "raigs repel·lents" per a suport i propulsió,[41] similar als feixos del "vuitè raig" utilitzats per a suport i propulsió de dirigibles marcians a la sèrie Barsoom/John Carter of Mars (publicada per primera vegada entre 1912 i 1943) per Edgar Rice Burroughs.
- Tom Swift – Al llibre de Tom Swift Jr. Tom Swift and The Deep-Sea Hydrodome (1958), Tom inventa el "repel·latró". El dispositiu es pot configurar per repel·lir elements químics específics. Es va utilitzar per crear un hàbitat de bombolles al fons de l'oceà i com a sistema de propulsió per a la seva nau espacial Challenger.
- Els llibres Sector General de James White: La novel·la de 1963 Star Surgeon és la font de l'arma combinada de raig tractor/pressor anomenada Rattler. L'arma atrau i després repel·leix l'objectiu (una nau sencera o un segment del casc de la nau) a 80 g, diverses vegades per minut. La novel·la també presentava un tipus de camp de força anomenat "pantalla de repulsió".
- The Trigger d'Arthur C. Clarke implica el desenvolupament de raigs tractors a la primera part de la novel·la.
- Sixth Column de Robert A. Heinlein descriu els raigs tractors/pressors com a producte de la física d'uns "espectres magnetogravitatoris o electrogravitatoris recentment descoberts" que apareixen a la novel·la.
Còmics
- Tira còmica Buck Rogers – originalment només raigs repulsors; els tractors van aparèixer a la dècada de 1970
- Les diverses armadures d'Iron Man solen incloure projectors de raigs repulsors muntats als palmells com un dels principals sistemes d'armes.
Pel·lícules i sèries de televisió
- Star Trek (sèries de televisió, pel·lícules, llibres i jocs). Un dels usos més visibles i icònics del concepte. Una de les poques representacions fictícies prominents que utilitzaven aquests raigs repetidament i s'hi referien constantment com a raigs tractors
Remove ads
Vegeu també
Referències
Enllaços externs
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads