“Scientists: You have N years” (0<N<20) er et meget almindeligt meme for folk der ønsker sig et stykke teknologi der har været skildret i klassisk sci-fi, så som “Tilbage til fremtiden Mk Y” (1<=Y<=3), der jo (på nuværende tidspunkt) er sat i vores ret nære fremtid.

En af de mest ønskede dimser er hoverboardet — et skateboard der kan svæve frit ca. 10–50 cm over (næsten) enhver overflade. Personligt ville jeg hellere have “Mr. Fusion”, der tilsyneladende kan omdanne almindeligt (organisk?) affald til næsten ubegrænset, ikke-forurenende energi, men jeg kan godt se hvorfor det er sejt at have et hoverboard.

Eftersom man tilsyneladende allerede kan leveitere superledere, tog og frøer uden de helt store armbevægelser er det vel mere et ingeniørmæssigt problem end et videnskabeligt?

Lad os alle regne!

Det største problem er tilsynelandende at med mindre nogen sidder med et par ton cavorit og bare venter på at verden er klar til det, eller der bliver gjort et stort gennembrud inden for spin/kvante-låse, flux pinning eller bare Ganske Almindelig Antityngde1, så har vi ikke rigtig noget at skubbe fra på, ud over jordens magnetfelt2, og det er ikke ret stort. Faktisk andrager det kun \(25–65\mu T\).

Til sammenligning er feltet fra en almindelig køleskabsmagnet let 10mT — altså omkring 500 gange stærkere, men selv de stærkeste permanente NIB magneter kommer sjældent over en feltstyrke på 1–1,5T uden at være specialvarer, og vi har jo aldrig set sådan en fætter svæve spontant over jorden, selvom nogle af dem er stærke nok til at de automatisk retter ind efter nord-syd feltlinerne, hvis man stiller dem på højkant eller hænger dem op i en snor… De er også djævelsk svære at regulere, så vi må nok have fat i en elektromagnet.

Nu leger vi lige fysikere og regner på friktionsløse elefanter i vakuum, eller i hvert fald tillader vi os at se bort fra problemer så som vinkel til feltet, lokale variationer i styrke, skærmning etc. og antager et homogent felt på \(45\mu T\) som vi kan støde fra imod — hvor meget energi skal vi så bruge på at løfte 100 kg 10 cm og holde dem der?

Magnetfelter er notoriske for at være noget skrald at skulle regne analystisk på i den virkelige virkelighed, så lad os huske at vi er fysikere, med en option på ingeniører, og bruge Gilberts model for magnetiserede flader nær hinanden, bare for at få et svar med en usikkerhed i træskolængder. Så burde man kunne beregne kraften mellem to magnetiserede flader som: \[F=\frac{B_1 \cdot B_2 \cdot A}{2 \mu_0}\] Hvor \(\mu_0\) er vakuumpermeabilieteten;  \(\approx 1,3\cdot 10^{-6}\frac{N}{A^2}\),  \(B_1\) og \(B_2\) er styrken af de interagerende felter i T og A er arealet de virker på hinanden over i \(m^2\).

Hvis vi vil kunne løfte 100kg mod tyngdekraften skal vi bruge ca 1000N i runde tal, og vi har vel på en god dag 0,1 \(m^2\) overflade at gøre godt med, så vi får: \[ 1000N = \frac{45\mu T \cdot B_2 \cdot 0,1m^2}{2 \cdot 1,3\cdot 10^{-6}\frac{N}{A^2}}\] og efter lidt fingergymnasitk finder vi så at \(B_2 = 578T \) Det er edderbrølemig en stor magnet, taget i betragtning at de største superledende af slagsen jeg har hørt om er omkring de 25T, men da verdens allerstørste magnetfelt tilsyneladende er på 2,8 kT, så burde det ikke være helt umuligt…

Superledere har det dog med at dø en spektakulær død ved sådanne strøm- og feltstyrker, da de har et maksimalt felt de tåler inden de holder op med at være superledere og spreder sig selv ud over fædrelandet med overlydshastighed.

Men… Hov! Nu tilstøder der en uforudset komplikation — tilsyneladende kan selv de største og ondeste almindelige elektromagneter (meget  passende kaldet Bitter Electromagnets) ikke danne permanente felter meget over 30–40T på grund af førnævnte tendens til at skille sig selv ad ved store strøm- og feltstyrker, også i ikke-superledende anvendelser… Hmmmm…. Så ER det altså et videnskabeligt gennembrud der skal til…

Men hov! (Igen) Hvor kom så de 2,8 kT så fra? Jo, for hvis man er ligeglad med at magnetfeltet holder meget kortvarigt, så kan man designe en elektromagnet der ved hjælp af korte pulser og sprængstof leverer helt absurde feltsyrker i meget kort tid — hvilket jo er fascinerende i sig selv!

Nå, men uanset hvad der skal holde jeres hoverboards oppe (forhåbentlig om få år), så vil jeg godt sætte en kasse kælderkolde blå chimpanser på at det ikke bliver magneter…

Almindelig opdrift med nedadstrømmende luft — “Løvblæserbræt” har stadig fysisk gyldighed, men givet at selv de bedste batterier har en energitæthed på ca 2 MJ/kg mod benzins ca 40 MJ/kg, så vil jeg anbefale jer at bruge en benzindrevet, hvis I vil længere end ud af indkørslen… Opvisninger bliver også mere spektakulære når der kan gå ild i isenkrammet…

Med begge fødder plantet på jorden,
\Worm


  1. Kendt fra bla. Iain M Banks, hvor det er allestedsnærværende - læs hans bøger alligevel — det er rigtig god sci-fi, selvom den er “blød”. 

  2. ER der andet? Jeg kan ikke lige komme på noget, der ikke er endnu værre at skulle interagere med, med nuværende teknologi?3 

  3. Fraregnet et løvblæserdrevet minihovercraft (med eller uden ål), men de har deres egne problemer med energiforsyning i størrelsesordenen 1-2 kW