# Айзек Артур: «Сверхпроводники позволят нам строить искусственные планеты» Источник: https://www.youtube.com/watch?v=uq2b4BqKswg Канал: Isaac Arthur Опубликовано: 06.08.2020 --- Сверхпроводники — это материалы, способные проводить электрический ток без малейшего сопротивления. В юбилейном, 250-м выпуске своего канала Айзек Артур разбирает, как переход от лабораторных курьезов к сверхпроводникам комнатной температуры может радикально изменить энергетику, транспорт и саму возможность колонизации Солнечной системы. ## ⚡ Революция без сопротивления: что такое сверхпроводимость [[JUMP:00:20]] Понятие сверхпроводимости неразрывно связано с борьбой против электрического сопротивления. В обычных условиях любой проводник обладает сопротивлением, которое действует как трение для электронов [01:47]. Эта «энергетическая дань» превращается в тепло и уходит в атмосферу. По оценке Айзека Артура, около половины всего производимого в мире электричества просто теряется в виде тепла при передаче от электростанций к потребителям [01:01]. История открытия этого феномена началась более века назад: * **1911 год:** Хайке Камерлинг-Оннес обнаружил, что ртуть при температуре 4 Кельвина (около -269 °C) полностью теряет сопротивление [02:13]. * **Природа явления:** На микроскопическом уровне тепло — это хаотичное движение атомов. В идеальной кристаллической решетке при абсолютном нуле электроны могли бы лететь беспрепятственно, но в реальности атомы «дрожат», создавая помехи [04:37]. * **Куперовские пары:** Согласно общепринятой теории, в сверхпроводниках электроны объединяются в пары (пары Купера), что позволяет им проходить сквозь материал, игнорируя тепловые вибрации решетки [05:35]. Артур подчеркивает, что сверхпроводники позволяют создавать постоянные магнитные поля буквально «бесплатно» — после первоначальной накачки тока поле будет существовать бесконечно долго, пока поддерживается нужная температура [03:07]. Это объясняет знаменитый эффект левитации магнитов над сверхпроводником. При этом автор предостерегает от путаницы: сверхпроводники не являются «вечными двигателями», так как магнитные поля сами по себе не совершают физическую работу, а лишь удерживают объекты [03:34]. ## ❄️ Температурный барьер: от гелия до арктического холода [[JUMP:05:59]] Долгое время сверхпроводимость считалась уделом экстремально низких температур, достижимых только с помощью жидкого гелия. Это делало технологию запредельно дорогой для массового применения. Артур приводит наглядное сравнение стоимости хладагентов: 1. **Жидкий гелий:** Стоит примерно столько же, сколько бутылка хорошего скотча за литр [07:41]. Гелий дефицитен и сложен в производстве. 2. **Жидкий азот:** Стоит как обычное молоко [07:54]. Азот составляет 78% атмосферы Земли, его можно добывать буквально из воздуха в любом месте. Прорыв произошел в 1986 году с открытием оксидов меди, работающих при 35 Кельвинах, что запустило бум исследований «высокотемпературных» сверхпроводников [06:42]. На текущий момент рекорд (установленный в 2019 году) составляет 250 Кельвинов (около -23 °C) [08:09]. Хотя это все еще мороз, такая температура встречается в естественных условиях на Земле и легко достижима промышленными холодильниками. По мнению Артура, обнаружение сверхпроводников, работающих при комнатной температуре, станет «главным правилом игры» (game changer) для цивилизации [08:36]. Однако он уточняет, что одного температурного фактора недостаточно — материал должен быть дешевым, нетоксичным (в отличие от ртути или свинца) и устойчивым к сильным магнитным полям, которые часто разрушают состояние сверхпроводимости [09:03]. ## 🔋 Энергетика будущего и «идеальные» батареи [[JUMP:11:07]] Если мы получим дешевые сверхпроводники комнатной температуры, первым делом изменится мировая энергосистема. По словам ведущего, это позволит удвоить количество доступного электричества при тех же затратах топлива просто за счет исключения потерь в сетях [11:07]. Возможные изменения в инфраструктуре: * **Удаленная генерация:** Атомные станции можно будет строить в максимально безлюдных и сейсмически безопасных регионах, не заботясь о расстоянии до городов [11:21]. * **Глобальная сеть:** Станет возможной переброска солнечной энергии через континенты. Например, из солнечной Сахары в ночную Сибирь без потерь, что снимет проблему нестабильности возобновляемых источников [11:34]. * **SMES (Сверхпроводящие магнитные накопители):** Энергию можно закачивать напрямую в сверхпроводящее кольцо. Такие «батареи» выдают ток мгновенно, что идеально подходит для стабилизации электросетей при резких скачках спроса [11:46]. Автор отмечает, что такие накопители могут быть масштабированы до размеров аккумуляторов для смартфонов или электромобилей, обеспечивая сверхбыструю зарядку [12:01]. Также сверхпроводники открывают путь к созданию носимых рельсотронов (railguns) и лазерных винтовок, требующих колоссальных мгновенных выбросов энергии [12:18]. ## 🚀 Космическая экспансия и мегаинженерия [[JUMP:13:48]] В космосе проблема охлаждения стоит не так остро, как на Земле. Айзек Артур указывает, что во многих местах Солнечной системы (например, на Плутоне или в затененных кратерах Луны) температуры естественным образом достаточно низки для работы современных сверхпроводников [14:31]. Ключевые космические применения: * **Лунные базы:** Сверхпроводящие накопители помогут пережить двухнедельные лунные ночи, сохраняя энергию, накопленную солнечными панелями днем [14:17]. * **Безракетный запуск:** Такие структуры, как петля Лофстрома (Lofstrom Loop) или орбитальные кольца, станут гораздо эффективнее. Сверхпроводники позволят поддерживать эти гигантские конструкции с минимальными затратами энергии на левитацию [15:00]. * **Мегаструктуры:** Артур описывает концепцию «Столбов Атланта» (Atlas Pillars) — полых структур с циркулирующим внутри активным веществом, удерживаемым магнитными полями. Это позволит строить здания высотой в тысячи километров, а в перспективе — создавать целые искусственные планеты [16:31]. ## 🛡️ Проблема магнитного экранирования [[JUMP:09:16]] Одной из главных технических сложностей остается чувствительность сверхпроводников к внешним магнитным полям. По словам Артура, мы до сих пор не имеем «идеального» магнитного щита. Обычно используется мю-металл (сплав никеля и железа), обладающий высокой магнитной проницаемостью, но он тяжел и несовершенен [09:30]. Ведущий возлагает большие надежды на развитие метаматериалов, которые могли бы обеспечить почти идеальное экранирование. Это критически важно не только для защиты самих сверхпроводников, но и для безопасности людей, живущих в гигантских левитирующих городах будущего, чтобы мощные магнитные поля не влияли на здоровье и работу электроники [10:11].