空 中 汽 車(chē) ，并不科幻的未來(lái)

文／神們自己 圖／圖蟲(chóng)創(chuàng)意

當(dāng)你坐公交車(chē)上學(xué)，馬上要遲到了，卻被堵在路上；當(dāng)父親開(kāi)車(chē)來(lái)接你回家過(guò)周末，卻遇到了交通擁堵的晚高峰；當(dāng)節(jié)日長(zhǎng)假期間，全家人興致勃勃地出游，卻被困在車(chē)流里動(dòng)彈不得……你有沒(méi)有想過(guò)讓汽車(chē)插上翅膀，像飛機(jī)那樣在空中行進(jìn)？這并非異想天開(kāi)，很多科學(xué)家和技術(shù)人員都在嘗試制造空中汽車(chē)。讓物體懸在空中的方法有很多，運(yùn)用超導(dǎo)現(xiàn)象的磁懸浮特性就是其中一種。也許隨著超導(dǎo)技術(shù)的突破，空中汽車(chē)將有可能被制造出來(lái)。

超導(dǎo)是一種非常神奇的現(xiàn)象，除了電阻為零，它還有完全抗磁性，也就是說(shuō)，超導(dǎo)體可以在磁場(chǎng)中懸浮，而不依賴(lài)任何外部動(dòng)力。

超導(dǎo)體的磁懸浮與普通的磁懸浮是完全不同的。通常情況下，將兩塊磁鐵的N 極對(duì)N 極，如果你稍微向下壓一下磁鐵，然后松手，磁鐵會(huì)彈起來(lái)；如果你稍微向上拉一點(diǎn)磁鐵，然后松手，磁鐵會(huì)掉下去。兩塊磁鐵始終會(huì)保持平衡。但對(duì)于超導(dǎo)體，尤其是我要說(shuō)的第二類(lèi)超導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，情況就完全不同。

舉個(gè)最簡(jiǎn)單的例子：在桌上放一塊磁鐵，然后在磁鐵上放一塊超導(dǎo)體，這塊超導(dǎo)體肯定是懸浮的；如果你把磁鐵翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，放到超導(dǎo)體上面，讓超導(dǎo)體懸浮在磁場(chǎng)下面，也就是倒掛的狀態(tài)，普通的磁鐵是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，但如果是超導(dǎo)體的話，它能夠倒掛，還能調(diào)整位置——你可以將它往上挪、往下挪或者旋轉(zhuǎn)，然后松開(kāi)手，它就會(huì)一動(dòng)不動(dòng)地停留在新的位置。

是不是很神奇？

超導(dǎo)體分為第一類(lèi)超導(dǎo)體和第二類(lèi)超導(dǎo)體，第二類(lèi)超導(dǎo)體有一個(gè)獨(dú)特的功能：量子鎖定，或稱(chēng)“磁通釘扎”。我覺(jué)得“量子鎖定”這個(gè)名稱(chēng)更為貼切，因?yàn)槌瑢?dǎo)實(shí)際上是一個(gè)量子效應(yīng)。

完全純凈的超導(dǎo)體具有完全抗磁性，即磁場(chǎng)無(wú)法穿越超導(dǎo)體內(nèi)部，然而這只是理想狀態(tài)。在通常情況下，超導(dǎo)體中會(huì)存在少量雜質(zhì)，那么少量磁力線就會(huì)進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部。這些能夠穿透超導(dǎo)體的磁力線會(huì)在雜質(zhì)所在的位置停留，不能隨意移動(dòng)，這就是所謂的“鎖定”現(xiàn)象。

盡管磁力線不是一個(gè)可以看見(jiàn)或觸摸的實(shí)體，但它的工作方式就像真的有一根線或棍子穿過(guò)超導(dǎo)體一樣。理解了這一點(diǎn)，我們就能理解超導(dǎo)體的奇特懸浮行為，準(zhǔn)確地說(shuō)，那不是懸浮，而是鎖定。假設(shè)一輛汽車(chē)因?yàn)椴迦肓艘桓摻疃还潭ㄔ诎肟眨阌X(jué)得汽車(chē)會(huì)掉下來(lái)嗎？當(dāng)然不會(huì)，只要這根鋼筋足夠堅(jiān)固，足夠穩(wěn)定。同樣，如果超導(dǎo)體中間穿過(guò)的是一根磁力線，它也不會(huì)掉下來(lái)。如果地面是一塊磁鐵，當(dāng)一根足夠穩(wěn)定的磁力線穿過(guò)一輛車(chē)并在車(chē)的第二類(lèi)超導(dǎo)體中被鎖定，車(chē)就不會(huì)掉下來(lái)。

所以，我們已經(jīng)解決了一個(gè)問(wèn)題，為什么汽車(chē)可以懸在天上不掉下來(lái)。當(dāng)然，你需要有一個(gè)磁場(chǎng)，就像開(kāi)車(chē)需要有馬路一樣。飛行汽車(chē)也需要一條“馬路”，這條“馬路”可能是一個(gè)導(dǎo)軌，能夠通過(guò)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，或者用天然磁鐵鋪設(shè)，理論上都是可行的。

在這樣一條“馬路”范圍內(nèi)，汽車(chē)會(huì)始終保持浮動(dòng)狀態(tài)，而且這個(gè)浮力非常強(qiáng)。實(shí)際上，我們不需要把整輛車(chē)都做成超導(dǎo)材料，只需在車(chē)底盤(pán)上放置一小塊超導(dǎo)材料就可以。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一個(gè)只有2 毫米厚、直徑不到4 厘米的超導(dǎo)小圓盤(pán)就能承受1 噸的重量。如果把小圓盤(pán)做得更大，比如像餐盤(pán)那么大，那么車(chē)輛就能夠穩(wěn)定地懸浮空中。當(dāng)然，為了更加安全，我們可以多放幾個(gè)超導(dǎo)小圓盤(pán)，確保萬(wàn)無(wú)一失。

接下來(lái)，我們要解決第二個(gè)問(wèn)題：懸在天上的汽車(chē)如何移動(dòng)？目前，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)做到了在一個(gè)圓環(huán)磁場(chǎng)上放置一個(gè)小片超導(dǎo)體，并使其沿著磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)。如果一個(gè)超導(dǎo)體在垂直方向上被鎖定，但在水平方向上沒(méi)有被鎖定，那么你可以推動(dòng)它在水平方向移動(dòng)，如果它在水平方向上也被鎖定了，那它很快就會(huì)停下來(lái)。你可以把它想象成一輛懸在天上的汽車(chē)，需要施加外力，汽車(chē)才會(huì)向上或向下移動(dòng)，否則它就會(huì)被鎖定在某個(gè)高度，只能向前或向后移動(dòng)。

普通的磁懸浮列車(chē)只能實(shí)現(xiàn)懸浮，不能實(shí)現(xiàn)鎖定。由于量子鎖定效應(yīng)的存在，要讓超導(dǎo)體偏離軌道相當(dāng)困難。理論上講，超導(dǎo)技術(shù)下的空中汽車(chē)比飛機(jī)更安全，因?yàn)轱w機(jī)如果熄火或燃料耗盡肯定會(huì)掉下來(lái)，但超導(dǎo)汽車(chē)不需要?jiǎng)恿涂梢栽诳罩袘腋。瑑烧叩谋举|(zhì)不同。你在空中甚至可能感受不到顛簸，因?yàn)槠?chē)被磁場(chǎng)鎖定了。空中汽車(chē)只要進(jìn)入磁場(chǎng)，就可以通過(guò)外力鎖定到某個(gè)軌道上，接下來(lái)它就會(huì)在這個(gè)軌道上行駛，整個(gè)過(guò)程完全可以自動(dòng)化。

超導(dǎo)技術(shù)下的空中汽車(chē)是一種立體交通。我的車(chē)可以從你頭頂駛過(guò)，也可以從你車(chē)底駛過(guò)。也就是說(shuō)，在空中汽車(chē)時(shí)代，車(chē)道是立體三維的。我們現(xiàn)在的車(chē)道，例如四車(chē)道，那就是四個(gè)二維的車(chē)道。但在未來(lái)，你的頭上還有另一維度的車(chē)道，你的底下也有另一維度的車(chē)道，甚至可以疊加多層，只要磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠。

超導(dǎo)技術(shù)下的空中汽車(chē)外觀可能完全不像現(xiàn)在的汽車(chē)，因?yàn)樗膬?nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全變了。它可以在磁場(chǎng)范圍內(nèi)自由移動(dòng)，不需要輪子，不需要油箱，也不需要發(fā)動(dòng)機(jī)。它唯一需要抵抗的就是空氣阻力，而抵抗空氣阻力的最好辦法就是設(shè)計(jì)成潛水艇圓筒狀或水滴狀。

我要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：這一切都取決于超導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)，尤其是常溫常壓超導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)。在汽車(chē)底盤(pán)上放置一個(gè)第二類(lèi)超導(dǎo)體并不難，難的是如何讓這個(gè)超導(dǎo)體在常溫常壓下始終保持超導(dǎo)狀態(tài)。如果常溫常壓下的超導(dǎo)體實(shí)際上不可能存在，那么空中飛車(chē)也就成了一個(gè)永遠(yuǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)。

但我覺(jué)得，夢(mèng)想還是要有的，萬(wàn)一實(shí)現(xiàn)了呢？