Využití svatého grálu fyziky: supravodič LK-99 může změnit svět
Co by nám mohl přinést supravodič za běžných pokojových teplot
Update: LK-99 není supravodič za běžných teplot, bohužel. Více si můžete přečíst na Deníku N od Petra Koubského, který vše shrnuje. Tak třeba příště.
Před pár dny uveřejnili vědci z Jižní Koreji paper o supravodiči, který funguje i mimo teploty blízké absolutní nule. Určitě jste o tomto průlomu už slyšeli. Nikdo se ale teď není jistý, zda tento supravodič o slitině olova a mědi, která se mění v krystalickou strukturu, doopravdy funguje, mnoho lidí se to také snaží dokázat. Já sám rozhodně neovládám fyziku natolik, abych dokázal odhadnout nakolik je možné, že v Jižní Koreji objevili svatý grál moderního inženýrství. Predikční markety zatím odhadují, že se ale spíše ukáže opak a revoluce se konat nebude. I celkové okolnosti okolo paperu jsou podivné, jak hezky popisují Seznam Zprávy.
Ale pokud ano, pokud by se ukázalo, že tato slitina je doopravdy supravodivá, co to bude znamenat pro lidstvo?
Supravodič, jak název napovídá, je materiál, který má schopnost vést elektrický proud bez jakéhokoli odporu, což znamená, že elektrony v něm mohou volně plynout bez ztráty energie na teplo. To je výrazná výhodaoproti běžným vodičům, jako je měď nebo hliník, ale i zlato, které mají vždy určitý elektrický odpor, a proto dochází ke ztrátám energie ve formě tepla.
Supravodivost se obvykle vyskytuje pouze za velmi nízkých teplot, blízko absolutní nule (-273,15 °C nebo 0 Kelvinů). Při této teplotě se supravodič stává superkonduktivním a nabývá svých jedinečných vlastností včetně generování extrémně silných magnetických polí. Dnes se supravodiče používají především ve specializovaných oblastech za enormní cenu, jako jsou MRI, maglevy, a urychlovače částic.
Nicméně nová slitina LK-99 by údajně dokáže seskupit atomy mědi v olovo tak, že přestává být potřeba těchto absolutních teplot. Jedná se víceméně o materiál okolo, kterého se točí celý první Avatar. Co bychom s takovým materiálem dokázali za 20, 50 nebo i 100 let?
Střednědobý horizont aneb 20 let se supravodičem
Jasný no-brainer je zlevněný všech dosavadních technologií, které závisí na supravodičích. Představte si levnější vysokorychlostní vlaky, které budou moci vézt i do odlehlejších regionů. Poptávka po letadlech by mohla prudce klesat. Zlevnění a rozšíření MRI bude zachraňovat životy jako dnes jen s vyšším zásahem. Urychlovače částic by se také nejspíše rozšířily do dalších koutů světa a nebyly by pouze světovou raritou.
Rozhodně by se LK-99 začal používat i v běžnějších odvětvích jako například transport energie, kde by zřejmě jeho využití bylo nejvyšší. Každý centimetr kabelu produkuje odpor, kvůli čemuž začínají vznikat i ztráty elektrické energie. S využitím LK-99 bychom najednou (po jeho instalaci do rozvodných sítí) bychom mohli získat přibližně 10 % až 20 % elektrické energie navíc. Na stejném principu by začaly fungovat i moderní datová a výpočetní centra, kde je jedním z největších problémů přehřívání strojů. To by bezpochyby urychlilo i vývoj datově a energeticky nenažraných umělých inteligencí (AI).
Všechen popsaný rozvoj, ale chvíli trvá. Naopak, co by určitě rychle absorbovalo výhody supravodičů, je spotřební elektronika. Mobily i počítače by se přestaly přehřívat a extrémně by se zrychlil jejich výkon, možná by se znovu nastartoval dnes již polomrtvý Moorův zákon.
Moorův zákon je empirické pravidlo o exponenciálním růstu výpočetního výkonu obvodů v elektronice, které roku 1965 vyslovil chemik a spoluzakladatel firmy Intel Gordon Moore.
Taktéž by se zrychlil rozvoj akumulátorů a tím by padla i poslední překážka obnovitelným zdrojům. Díky zlepšeným baterkám by lidstvo mohlo skladovat obrovská kvanta energie v době, kdy obnovitelné zdroje nebudou generovat dostatek elektřiny a naopak, když budou, ji budeme moci účinně a efektivně skladovat.
Dlouhodobý horizont
Zde se dostáváme do oblasti opravdového sci-fi. První na mysl přijde dostupná energie z fúze. Čistý a víceméně neomezený zdroj energie by se díky zjednodušení supravodičového problému stát skutečností. K fúzi je nezbytné vytvořit a udržet extrémně silné magnetické pole, které by izolovalo a udržovalo plazma (horký ionizovaný plyn) dostatečně dlouho a dostatečně husté pro dosažení jaderné fúze. Zde přichází na řadu využití supravodičů.
Supravodivé magnety se používají v experimentálních fúzních zařízeních, jako jsou tokamaky nebo stellarátory. Tyto magnety jsou schopny generovat obrovská magnetická pole, která drží plazma na správných trajektoriích a zabrání jeho rozptýlení. Důležité je, že supravodiče eliminují odpor v cívkách magnetů, což umožňuje dosáhnout vysokých magnetických polí a tím i vyšší hustoty plazmatu pro dosažení lepšího výkonu fúze. LK-99 by celý proces mohl náramně zjednodušit a zefektivnit, a dosáhnout tak pozitivního výkonu. Zatím fúzi dokážeme vytvořit, ale spotřebuje se více energie, než vygeneruje. Toto by se mohlo podařit relativně rychle (např. ve 30. letech) a za dalších 10, 20, 30 let by se mohla fúze rozšířit i po celém světě.
Fúze by bez přehánění odstartovala zcela novou éru lidstva, kdy takřka cokoliv je možné a lidstvo by se mohlo vydat i ke hvězdám. Fúze by poskytla dostatek energie na dlouhé vesmírné cesty, a navíc by palivo by bylo rozseto po cestě. V důsledku by se fúze mohla využít i přímo k pohonu vesmírných lodí.
K čemuž vede další využití LK-99, a to využití podobné technologie jako v maglevech k vystřelování materiálu ze Země do vesmíru. Této hypotetického technologii se říká mass drivers a v podstatě v dlouhé trubce se urychlí náklad, který je pak vystřelen na orbitu místo těžkopádných chemických raket. Samozřejmě by se taková technologie dala využít i za současných supravodičů, ale byla by o dost více nákladná. Taktéž si lze představit podobné urychlování ve střelných zbraních, tzv. rail guns.
Dále by se LK-99 zcela jistě využilo k rozvoji kvantových počítačů a možná i k jejich distribuci mezi normální lidi. Klasické počítače pracují s bity, což jsou základní jednotky informace, reprezentované binárně jako 0 nebo 1. Naopak kvantové počítače používají kvantové bity neboli qubity, které využívají vlastnosti kvantových systémů, jako je superpozice a kvantové entanglement. Kvantové počítače jsou dnes na úplném počátku a zatím svůj slib výpočetního výkonu nedosahují. S jejich příchodem by nejspíše lidé zažili podobný skok jako s příchodem prvních počítačů.
Závěrem
Tento list rozhodně není kompletní. Jestli je něco pravdivé, tak to, že si ani nedokážeme představit, co lidé dokáží s novými technologiemi. Pokud se ukáže, že LK-99 je supravodič za normálních teplot, musíme čekat revoluci, která nelze předvídat. Tento text pouze poukazuje na možné vývojové cesty. Na mnoho bylo zapomenuto nebo špatně odhadnuto, ale ambici sepsat vývoj lidstva se supravodičem při normálních teplotách tenhle text ani neměl a nemůže mít. Osobně zůstávám k LK-99 skeptický, ale teprve se ukáže, jak tento materiál dopadne.