علی پوراحمد
21 یادداشت منتشر شدهساختمانهای نمادین معلق و شناور در هوا با استفاده از ابر رسانا و مغناطیس
لازم به اشاره میدانم, یاداشت زیر تنها مختصری از بخش "مقدمه مقاله اصلی" است, لذا در صورت علاقمندی می توانید توضیحات فنی جامع و کامل این اختراع را به تفصیل در بخش زبان فارسی "وب سایت سیاره علوم" www.sciencesplanet.com مطالعه و همچنین ویدیوی خلاصه فیلم این اختراع را مشاهده فرمائید. ضمن احترام, این یاداشت بعنوان بخشی از مقاله اختراعات من تحت قانون "مالکیت معنوی" بوده و صرفا جهت اطلاع رسانی عموم است لذا هر گونه کپی برداری و استفاده غیر مجاز از توضیحات, تصاویر تخصصی و ایده های بازگو شده در این یاداشت ممنوع می باشد.
در دنیای مدرن امروز در کنار استفاده و بهره وری بیشتر از تکنولوژی, نگاهی خاص و جدی نیز به مفاهیم زیباشناختی و جذابیت های بصری تولیدات در قالب کانسپت های پیچیده وجود دارد. در 5 دهه گذشته سرعت ظهور تکنولوژی های جدید و روند تغییر و توسعه مکرر در آنها بمثابه امروز نبود, اما انسان امروزی علاقمندی بسیار بیشتری به تغییرات سریع, نوآوریهای مکرر و تفکر عمیق در دستاوردهای حاصل شده را دارد زیرا او می خواهد دریابد چگونه می تواند هر روز خلاقیت متفاوت تر و نوآورانه تری ارائه دهد. بعنوان مثال, یکی از دلایل اصلی تغییرات اساسی در ساختار داخلی و بیرونی صنایع مرتبط با ساختمان سازی در چندین دهه گذشته همین گرایش شدید انسان عصر جدید به ایجاد تغییرات بنیادین در ساختار این صنعت با حفظ زیبایی بصری تولیدات آن بوده است.
ما همیشه ساختمانها را تحت تاثیرات شدید نیروی غالب گرانش دیده ایم. ساختار طراحی و مهندسی سازه داخلی و نمای بیرونی و حتی ترکیب مولکولی مواد ساختمانی همیشه تحت تاثیر این نیرو و نیز سایر نیروهای دارای اصطکاک یا فرسایش در هر منطقه بوده است. بعبارتی ما همیشه ساختمانها را چسبیده به زمین دیده ایم! اما آیا تا بحال ساختمانی معلق در آسمان دیده ایم؟ قطعا بسیاری از مردم این چنین ساختمانهایی را در فیلم های علمی تخیلی دیده اند اما آیا در واقعیت, ساخت سازه های ساختمانی شناور در هوا امکان پذیر است؟ در این مقاله من توضیح خواهم داد که چنین ایده ای قطعا امکان پذیر است اما قبل از آن و برای درک بهتر این تکنیک میبایست بشرح مختصری درباره مفاهیم فیزیکی پایه استفاده شده در این ایده و طرح بپردازیم.
مقاومت در مقابل عبور جریان الکتریسیته یکی از شاخصه های رسانا بودن یا عایق بودن مواد است. بعنوان مثال یک فلز به خوبی جریان الکتریسیته را از خود عبور می دهد زیرا الکترون های آزاد درون فلز به راحتی و بدون هیچ مقاومتی از ماده (فلز) عبور می کنند بنابراین فلز دارای خاصیت رسانایی است اما همین جریان الکتریسته اگر وارد ماده ای از جنس پلاستیک شود بدلیل ساختار گاز های مورد استفاده در بافت پلاستیک, الکترون ها با مقاومت بالا مواجه شده و جریان الکتریسته قادر به عبور نمی شود زیرا پلاستیک دارای خاصیت عایقی است. البته عایق بودن یا رسانا بودن مواد یک خاصیت نسبی است نه مطلق زیرا تمام مواد در درون اتم های خود مقدار ناچیزی از خاصیت های رسانا و یا عایق بودن را دارند.
برخی از مواد موجود در طبیعت به دلیل داشتن توانایی ابرقدرتی و فوق العاده زیاد آنها در رسانا بودن تحت عنوان ابررسانا نامیده میشوند. تمام ابررساناها از موادی تشکیل شده اند که دارای خاصیت الکتریکی خنثی هستند زیرا اتم های آنها متشکل از الکترون های با بار منفی است که هسته اتم را با تعداد مساوی پروتون با بار مثبت احاطه کرده اند.
از اینرو در یک ماده با خاصیت ابررسانایی، الکترون های متحرک به جای اینکه به طور تصادفی حرکت کنند با یک حرکت منظم, هماهنگ و بدون هیچ برخوردی از اتمی به اتم دیگر منتقل می شوند و به همین دلیل هیچ مقاومتی و گرمایی ایجاد نمی شود. حال اگر یک ماده با خاصیت ابر رسانایی سردتر شود، حرکت الکترون ها و هسته ها منظم تر شده و خاصیت ابررسانایی آن ماده افزایش می یابد.
در کنار مواد موجود در طبیعت, می توان خاصیت ابر رسانایی بودن را با ترکیب چندین ماده نیز خلق کرد. البته این ترکیب شامل همه مواد نمی شود زیرا توانایی تبدیل شدن یک ماده به ابر رسانا فقط در دسته بندی فلزات و شبه فلزات قرار می گیرد که با ورود به دمای بحرانی (Critical Temperature) قادر به بروز خاصیت ابررسانایی در خود هستند. بعنوان مثال جیوه در دمای منفی 269 درجه سانتیگراد به یک ابر رسانا تبدیل می شود اما ترکیبات دیگری نیز وجود دارد که در دمای بالاتر به خاصیت ابر رسانایی می رسند. بعنوان نمونه, ترکیب جیوه، تالیوم، باریم، کلسیم، مس، اکسید (Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O125) در دمای منفی ۱۳۵ درجه سانتیگراد ( منفی۲۱۱ درجه فارنهایت یا ۱۳۸ کلوین) به خاصیت ابررسانایی می رسد.
به غیر از قابلیت ابر رساناها در انتقال کامل جریان های الکتریکی و بدون هیچ گونه مقاومتی, این مواد می توانند با استفاده از اثر مایسنر جریان های الکتریکی را در نزدیکی سطح خود و در دمای بحرانی (TC) بوجود آورند و میدان های درون خود را خنثی کنند. این موضوع باعث میشود که با سرد شدن ابررسانا و رسیدن به دمای بحرانی, شار مغناطیسی به بیرون رانده شده و باعث شود یک ماده که دارای خاصیت مغناطیسی است در بالای ابر رسانا به حالت معلق و شناور قرار گیرد. این همان خاصیتی است که یک ابر رسانا با رسیدن به دمای منفی 268 درجه سانتی گراد قادر به معلق نگاه داشتن قطار های مغناطیسی 33 تا 640 تنی مگ لو (Maglev) به فاصله 10 سانتیمتر بدون هیچ تماسی بر روی ریل ها (کویل های زمین) می شود.
چنین خاصیت شگفت انگیزی باعث شد که سالها پیش ایده استفاده از یک ماده با جرم بسیار بزرگ و خاصیت ابر رسانایی بالا برای معلق نگاه داشتن یک سازه ساختمانی (بشکل نمادین) در ذهن من شکل گیرد که من این ایده را در سال 2018 برای خلق ساختمانهای معلق شگفت انگیز در فیلم علمی تخیلی "سال شمسی 2400" مورد استفاده قرار دادم. شاید در آن زمان صحنه های ساختمانهای معلق در این فیلم فقط بعنوان یک ایده تخیلی قلمداد میشد اما در حقیقت ایده این فیلم هرگز تخیلی نبود و در پشت طراحی صحنه های این فیلم من یک مانیفست کامل از نحوه چگونگی ساخت آن سازه های شناور را در دنیای واقعی داشتم.
بمثابه سایر اختراعات, این اختراع نیز قابلیت توسعه و ظرفیت بهینه سازی بیشتر را داشته و با تجاری سازی آن امکان فانتزی و مدرنیزه سازی نماهای متفاوت شهری در برخی مناطق جهان میسر میشود.