Magnetickým supervlakům nestojí v cestě věda, říká fyzik David Schmoranzer

TLDR verze: Hodil jsem řeč s fyzikem zabývajícím mimo jiné supravodivostí a zajímalo mě, jak daleko došly materiály, které by mohly využívat třebas právě velmi rychlé levitující vlaky. Celý rozhovor tuna, zmíněný nový výzkum tuna.

Kde to má zpoždění?

Supravodiče jsou bezvadný materiál v tom, že umožňují vést elektrický proud absolutně bez odporu,“ říká David Schmoranzer z Karlovy univerzity těsně před svou přednáškou na toto téma pro cyklus Pátečníci spolku Sisyfos, „To znamená, že pro konstrukci silných magnetů jde o bezvadný materiál, protože omezíte energetické ztráty.“ Tolik o supravodivosti možná víte – a není úplně problém na ukázku tohoto jevu narazit i na libovolném dnu otevřených dveří na univerzitách či vědeckých pracovištích.

Jenže v tom je právě – z pohledu aplikace – trochu problém. Není totiž problém na tuhle ilustraci narazit už pár dekád

Přesto jsme se doposud příliš nedočkali o něco užitečnější aplikace supravodivé levitace v praktickém světě. Krom některých příkladů potenciálního uplatnění supravodivosti (třeba méně hladová elektronika) se stran levitace nejčastěji skloňuje potenciál pro dopravu. Tedy zejména rychlovlaky, u nichž levitace probíhá formou magnetu vznášejícího se nad kusem supravodiče (nebo opačně). Tím dochází na snížení tření, které je logicky vyšší v případě koleček dotýkajících se tratí, jak je známe z českých vlaků. A tím může levitující vlak nabrat i vyšší rychlost.

Reální vědátoři nemají otázky na aplikace příliš v lásce. Jednak totiž většinou nejde o cosi, co je v jejich gesci (průmyslové inovace typicky nedělají lidé, kteří dělají výzkum), jednak to implikuje, že se v práci trochu flákají a/nebo jim cosi uniká. David Schmoranzer však nejen na své přednášce naopak nadšeně ukazoval supravodivou levitaci, ale bez problémů se svěřil i s úskalím aplikace – a tedy i s tím, proč dle něj mají supravodivé vlaky kapku zpoždění. Byť již někde existují.

„To, co se používá na magneticky levitované vlaky dnes, není hudba budoucnosti,“ říká David, „To už opravdu funguje. V zemích jako Německo fungovaly podobné vlaky, dnes jsou nejlepším příkladem vlaky v Japonsku a Číně.“ Jak dále dodává, maglevy můžou dosahovat rychlosti až 500 kilometrů v hodině. Pro pohánění je však dnes potřeba příliš mnoho energie. Právě to by lepší supravodiče mohly časem změnit. Ačkoliv zvenku to přitom může působit, že se na tomto poli mnoho neděje, opak je pravdou.

„Posun supravodivosti je obrovský,“ říká David, „Prvním supravodivým materiálem byla rtuť, která byla supravodivá u 4 K, tedy 4 stupně nad absolutní nulou.“ U tohoto se začínalo, velký boom začal v 80. letech, u nichž stačil na chlazení už pouze kapalný dusík. Předešlé materiály se musely chladit kapalným héliem. „Tyhle supervodiče mají kritickou teplotu u 80 K.“ Zatím nejnovějším rekordem je dosažení supravodivosti u -23 °C, což už se mytické pokojové teplotě blíží. Přesto je zde jeden nepříjemný háček…

File:MaglevTemp.png
Možná se téhle vzpomínce na dětství smějete, ale první maglev v Transport Tycoonu přišel v roce 2021

Vyhánění čerta ďáblem

Je tu jedno příslovečné ale – přeneseně lze říct, že prozatím onen pokoj musí být hluboko v atmosféře Jupitera. Takzvaná vysokoteplotní supravodivost totiž z praktického pohledu vyhání čerta ďáblem. „Má to jeden drobnej háček – k vysokoteplotní supravodivosti je potřeba velmi vysoký tlak, až 150 gigapascalů. Takže to, co umí nízké teploty, se dá do určité míry nahradit vhodnými materiály a vysokým tlakem. Ale tlak je zatím pro praktické nasazení stále příliš vysoký. Zatím se tedy stále nacházíme ve výzkumu.“

Tento týden se vlastně objevil i nový výzkum stran LaH10, tedy onoho supravodiče supravodičujícího při -23 °C. Tým vědátora s krásně fyzikálním jménem Ion Errea si posvítil detailní pozorování kvantových fluktuací stabilizujících chování daného supravodiče v závislosti na konkrétní teplotě a/nebo tlaku. Cílem je v zásadě zjistit, co se na té nejmenší úrovni materiálu děje s částicemi tak, abychom lépe pochopili mechaniku vedoucí ke vzniku supravodivosti.

Doufám, že vám teď kontextová reklama prodává nějakou super vodu.

To by mohlo vést k lepšímu teoretickému, a časem snad i praktickému odhalení, čeho u supravodivých materiálů potřebujeme dosáhnout, aby supravodivost nemusela vznikat jenom na Sibiři (když je zima) nebo v atmosféře Jupitera (když není zima).

Opět nejde o cosi, co samo o sobě zajistí, že levitující chleba bude co nevidět levnější. Když si však uvědomíme, že ve snaze dosáhnout praktičtější levitace zkoumají vědci přímo chování hmoty za extrémních stavu, teprve skutečně vysvitne olbřímí úskalí ležící v levnější supravodivosti! Podobné studie vycházejí co pár týdnů až dnů. Výzkum se tedy pohybuje kupředu. Zbouchat hmotu pro kýžené chování je ale zkrátka pořád složitý úkol.

Ekonomická otázka

Jenže, jak už padlo, levitující vlaky již existují. Nové materiály můžou jejich provoz zlevnit, ale nikoliv na nulu. Je proto otázkou, zdali se – zejména v našich končinách – někdy v dohledné době můžeme režimu dopravy přislíbeného již před čtvrtstoletím Transport Tycoonem reálně dočkat. Maglevy nikdy nebudou za hubičku.

„Obor se snaží posouvat kupředu, ale ve finále tím limitem není věda, podobné principy jsou dobře známé,“ říká David, „Ve finále je limitem naopak ekonomika.“ Jak dále dodává, v dnešním světě je problém najít větší finance pro výzkum maglevů, protože paradoxně podobné dopravní spoje nepřinášejí zase tak výraznou výhodu oproti vlakům současným.

Když se podíváme třeba na mapu Česka, hypotetický maglev na páteřním spoji Praha – Ostrava by při rychlosti 500 km/h projel trasu za hodinu. To je oproti současným třem a fous hodinám (u nejrychlejších existujících spojů) sice zrychlení podstatné, ale nikoliv kritické. Tím spíše, že stavba podobné tratě by byla velmi nákladným úkolem. Do politických debat se na Vědátorovi příliš nepouštím, nicméně podíváme-li se na cenu a tempo stavby zcela konvenčních českých dálnic, ani levné supravodiče by zjevně nemusely být zrovna jazýčkem na vahách futuristy kýžených investic…

Fanoušci Elona Muska teď nejspíše u článku zvedají ruku a hlásí se o slovo. Ano, hyperloop by mohl nabídnout levnější alternativu maglevům. Problém je, že prozatím stále nevíme, o kolik levnější by reálně byl. Úskalí ceny investic je tedy stále přítomné. Ačkoliv se hyperloop v jeho původní podobě meziměstské dopravy stále snaží realizovat řada firem, Musk sám zjevně koncept do značné míry opustil. Jeho Boring Company sice jakýsi poloviční hyperloop stále staví, idea však „degradovala“ spíše v jakési personalizovanější klasické metro. A i to se potýká s řadou problémů.

Možná, že nové materiály během jedné, dvou nebo čtyř dekád přinesou efektivnější supravodiče. A spolu s nimi i levnější maglevy. Anebo někdo vypiluje i hyperloop. Či všechno dohromady. Česká republika se však do té doby nejspíše geograficky nenafoukne, a možná ani dopravní stavby se nenaučíme budovat levněji/rychleji bez ohledu na použitou technologii. Ačkoliv tak aplikovaná supravodivá levitace je už dnes realitou, a vědátoři jako David Schmoranzer ji pomáhají dále zlepšovat, příliš bych se nedivil, bez změny tuzemského dopravně-ekonomického nastavení se s levitací nejspíše i nadále budeme potkávat spíše na dnech otevřených dveří či fyzikálních přednáškách.

[LL]

Celý rozhovor s Davidem Schroranzerem spolu s dalšími pikanteriemi také o supertekutosti hélia, českém příspěvku studiu supravodivosti i a tom, jaký jiný obor původně studoval, najdete ve videu níže. Davidovu přednášku okořeněnou navíc praktickými pokusy s levitací pořádal cyklus Pátečníci spolku Sisyfos, její záznam najdete zde.

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.

A sledujte mojí snahu případně i na Facebooku či YouTube!

Diskuze