การลอยตัวคือการเอาชนะแรงโน้มถ่วง โดยที่วัตถุหรือวัตถุอยู่ในอวกาศโดยไม่มีการรองรับ คำว่า "levitation" มาจากภาษาละติน Levitas ซึ่งแปลว่า "ความสว่าง"
การลอยตัวเป็นสิ่งผิดที่จะเทียบได้กับการบิน เพราะอย่างหลังนั้นอาศัยแรงต้านของอากาศ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้นก แมลง และสัตว์อื่นๆ บินได้ และไม่ลอยขึ้น
การลอยตัวในฟิสิกส์
การลอยตัวในฟิสิกส์หมายถึงตำแหน่งที่มั่นคงของร่างกายในสนามโน้มถ่วง ในขณะที่ร่างกายไม่ควรสัมผัสวัตถุอื่น การลอยตัวแสดงถึงเงื่อนไขที่จำเป็นและยากลำบาก:
- แรงที่สามารถชดเชยแรงโน้มถ่วงและแรงโน้มถ่วง
- แรงที่สามารถรับรองความมั่นคงของร่างกายในอวกาศ
จากกฎเกาส์ว่าในสนามแม่เหล็กสถิต วัตถุหรือวัตถุที่อยู่นิ่งไม่สามารถลอยได้ อย่างไรก็ตาม หากคุณเปลี่ยนเงื่อนไข คุณสามารถบรรลุการลอยตัวได้
การลอยควอนตัม
ประชาชนทั่วไปเริ่มตระหนักถึงการลอยตัวของควอนตัมในเดือนมีนาคม 1991 เมื่อมีการตีพิมพ์ภาพถ่ายที่น่าสนใจในวารสารวิทยาศาสตร์ Nature โดยแสดงให้เห็น Don Tapscott ผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการวิจัยตัวนำยิ่งยวดแห่งโตเกียว ยืนอยู่บนจานเซรามิกที่มีตัวนำยิ่งยวด และไม่มีอะไรอยู่ระหว่างพื้นกับจาน ภาพถ่ายกลายเป็นของจริง และจานซึ่งเมื่อร่วมกับผู้กำกับยืนอยู่บนนั้น หนักประมาณ 120 กิโลกรัม สามารถลอยขึ้นเหนือพื้นได้ด้วยเอฟเฟกต์ตัวนำยิ่งยวดที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ Meissner-Ochsenfeld
ลอยไดแม่เหล็ก
นี่คือชื่อประเภทที่แขวนลอยอยู่ในสนามแม่เหล็กของวัตถุที่มีน้ำ ซึ่งตัวมันเองเป็นไดอะแมกเน็ต นั่นคือ วัสดุที่อะตอมสามารถถูกดึงดูดโดยแม่เหล็กกับทิศทางของแม่เหล็กไฟฟ้าหลัก สนาม
ในกระบวนการลอยตัวแบบไดอะแมกเนติก บทบาทหลักคือคุณสมบัติของไดอะแมกเนติกของตัวนำ ซึ่งอะตอมภายใต้การกระทำของสนามแม่เหล็กภายนอก จะเปลี่ยนพารามิเตอร์ของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในโมเลกุลเล็กน้อย ซึ่ง ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กอ่อนที่อยู่ตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กหลัก ผลกระทบของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่อ่อนแอนี้ก็เพียงพอที่จะเอาชนะแรงโน้มถ่วงได้
เพื่อสาธิตการลอยตัวด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลองกับสัตว์ขนาดเล็กซ้ำแล้วซ้ำเล่า
การลอยแบบนี้ถูกใช้ในการทดลองกับวัตถุที่มีชีวิต ระหว่างการทดลองในสนามแม่เหล็กภายนอกที่มีการเหนี่ยวนำประมาณ 17 เทสลา ทำให้กบและหนูอยู่ในสถานะลอยตัวได้สำเร็จ
ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน คุณสมบัติของไดอะแมกเน็ตสามารถใช้ในทางกลับกัน กล่าวคือ เพื่อลอยแม่เหล็กในสนามของไดอะแมกเน็ตหรือเพื่อทำให้เสถียรในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า
การลอยตัวด้วยแม่เหล็กในลักษณะเดียวกับการลอยตัวของควอนตัม นั่นคือเช่นเดียวกับการกระทำของเอฟเฟกต์ Meissner มีการกระจัดที่แน่นอนของสนามแม่เหล็กจากวัสดุของตัวนำ ความแตกต่างเพียงเล็กน้อยเท่านั้นคือการบรรลุไดอาแมกเนติกลอยตัว จำเป็นต้องใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แรงกว่ามาก อย่างไรก็ตาม ไม่จำเป็นต้องทำให้ตัวนำเย็นลงเพื่อให้ได้ค่าความเป็นตัวนำยิ่งยวด เช่นเดียวกับกรณีที่มีการลอยตัวของควอนตัม
ที่บ้าน คุณยังสามารถตั้งค่าการทดลองหลาย ๆ อย่างเกี่ยวกับการลอยตัวด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น หากคุณมีบิสมัทสองแผ่น (ซึ่งเป็นไดแม่เหล็ก) คุณสามารถตั้งค่าแม่เหล็กที่มีการเหนี่ยวนำต่ำได้ประมาณ 1 T อยู่ในสถานะระงับ นอกจากนี้ ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีการเหนี่ยวนำ 11 เทสลา คุณสามารถทำให้แม่เหล็กขนาดเล็กมีเสถียรภาพในสถานะแขวนลอยได้โดยการปรับตำแหน่งด้วยนิ้วของคุณ โดยที่ไม่ต้องสัมผัสแม่เหล็กเลย
ไดอะแมกเน็ตที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งคือก๊าซเฉื่อย ฟอสฟอรัส ไนโตรเจน ซิลิกอน ไฮโดรเจน เงิน ทอง ทองแดง และสังกะสีเกือบทั้งหมด แม้แต่ร่างกายมนุษย์ก็ยังอยู่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ถูกต้อง
ลอยแม่เหล็ก
การลอยแบบแม่เหล็กได้ผลวิธีการยกวัตถุโดยใช้สนามแม่เหล็ก ในกรณีนี้ จะใช้แรงแม่เหล็กเพื่อชดเชยแรงโน้มถ่วงและการตกอย่างอิสระ
ตามทฤษฎีบทของ Earnshaw เป็นไปไม่ได้ที่จะถือวัตถุในสนามโน้มถ่วงอย่างมั่นคง นั่นคือการลอยตัวภายใต้สภาวะดังกล่าวเป็นไปไม่ได้ แต่ถ้าเราคำนึงถึงกลไกการออกฤทธิ์ของไดอะแมกเน็ต กระแสน้ำวน และตัวนำยิ่งยวด การลอยตัวที่มีประสิทธิภาพก็สามารถบรรลุผลได้
ถ้าการลอยด้วยแม่เหล็กช่วยยกด้วยกลไกรองรับ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการลอยตัวแบบหลอก
เอฟเฟกต์ไมส์เนอร์
เอฟเฟกต์ Meissner เป็นกระบวนการของการเคลื่อนตัวแบบสัมบูรณ์ของสนามแม่เหล็กจากปริมาตรทั้งหมดของตัวนำ ซึ่งมักเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนตัวนำไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวด นี่คือสิ่งที่ตัวนำยิ่งยวดแตกต่างจากตัวนำในอุดมคติ แม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าทั้งสองไม่มีความต้านทาน แต่การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของตัวนำในอุดมคติยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
เป็นครั้งแรกที่ปรากฏการณ์นี้ถูกสังเกตและอธิบายในปี 1933 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันสองคน - Meissner และ Oksenfeld นั่นคือเหตุผลที่บางครั้งการลอยตัวของควอนตัมเรียกว่าเอฟเฟกต์ Meissner-Ochsenfeld
จากกฎทั่วไปของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า มันเป็นไปตามที่ว่าในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็กในปริมาตรของตัวนำ จะมีเพียงกระแสพื้นผิวเท่านั้นที่มีอยู่ในนั้น ซึ่งครอบครองพื้นที่ใกล้พื้นผิวของตัวนำยิ่งยวด ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ตัวนำยิ่งยวดจะทำงานในลักษณะเดียวกับไดอะแม่เหล็กแต่ไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวด
เอฟเฟกต์ Meissner แบ่งออกเป็นแบบเต็มและบางส่วนในขึ้นอยู่กับคุณภาพของตัวนำยิ่งยวด เอฟเฟกต์ Meissner แบบเต็มจะสังเกตเห็นได้เมื่อสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่อย่างสมบูรณ์
ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง
มีตัวนำยิ่งยวดบริสุทธิ์อยู่ไม่กี่ตัวในธรรมชาติ วัสดุตัวนำยิ่งยวดส่วนใหญ่เป็นโลหะผสม ซึ่งส่วนใหญ่มักจะแสดงเอฟเฟกต์ Meissner บางส่วนเท่านั้น
ในตัวนำยิ่งยวด มันคือความสามารถในการแทนที่สนามแม่เหล็กจากปริมาตรของมันโดยสมบูรณ์ ซึ่งแยกวัสดุออกเป็นตัวนำยิ่งยวดประเภทที่หนึ่งและที่สอง ตัวนำยิ่งยวดประเภทแรกเป็นสารบริสุทธิ์ เช่น ปรอท ตะกั่ว และดีบุก สามารถแสดงผล Meissner ได้อย่างเต็มที่แม้ในสนามแม่เหล็กสูง ตัวนำยิ่งยวดประเภทที่สองมักเป็นโลหะผสม เช่นเดียวกับเซรามิกหรือสารประกอบอินทรีย์บางชนิด ซึ่งภายใต้สภาวะของสนามแม่เหล็กที่มีการเหนี่ยวนำสูง จะสามารถแทนที่สนามแม่เหล็กจากปริมาตรได้เพียงบางส่วนเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาวะที่มีความแรงของสนามแม่เหล็กต่ำมาก ตัวนำยิ่งยวดเกือบทั้งหมด รวมทั้งประเภท II สามารถสร้างเอฟเฟกต์ Meissner ได้อย่างเต็มที่
โลหะผสม สารประกอบ และวัสดุบริสุทธิ์หลายร้อยชนิดมีคุณสมบัติของตัวนำยิ่งยวดควอนตัม
ประสบการณ์โลงศพของโมฮัมเหม็ด
"โลงศพของโมฮัมเหม็ด" เป็นกลอุบายเกี่ยวกับการลอยตัว นี่คือชื่อการทดลองที่เห็นผลชัดเจน
ตามตำนานของชาวมุสลิม โลงศพของท่านศาสดาโมฮัมเหม็ดอยู่ในอากาศในบริเวณขอบรก โดยไม่ได้รับการสนับสนุนและการสนับสนุนใดๆ อย่างแน่นอนดังนั้นชื่อของประสบการณ์
คำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ของประสบการณ์
ตัวนำยิ่งยวดสามารถทำได้ที่อุณหภูมิต่ำมากเท่านั้น ดังนั้นต้องทำให้ตัวนำยิ่งยวดเย็นลงล่วงหน้า เช่น กับก๊าซที่อุณหภูมิสูง เช่น ฮีเลียมเหลวหรือไนโตรเจนเหลว
จากนั้นแม่เหล็กจะวางบนพื้นผิวของตัวนำยิ่งยวดที่ระบายความร้อนด้วยแบน แม้ในสนามที่มีการเหนี่ยวนำแม่เหล็กขั้นต่ำไม่เกิน 0.001 เทสลา แม่เหล็กก็ยังลอยขึ้นเหนือพื้นผิวของตัวนำยิ่งยวดประมาณ 7-8 มิลลิเมตร หากคุณค่อยๆเพิ่มความแรงของสนามแม่เหล็ก ระยะห่างระหว่างพื้นผิวของตัวนำยิ่งยวดกับแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ
แม่เหล็กจะลอยต่อไปจนกว่าสภาวะภายนอกจะเปลี่ยนแปลงและตัวนำยิ่งยวดสูญเสียคุณลักษณะของตัวนำยิ่งยวด
