Левитация: определение, виды и принципы¶

Левитация — это явление парения твёрдого тела в воздухе или на поверхности жидкости без видимой механической опоры, при котором сила тяжести уравновешивается подъёмной силой. Термин происходит от латинского levitatio («парение») и в широком смысле описывает любое состояние, при котором объект удерживается в воздухе за счёт физических сил — магнитных, акустических, аэродинамических или других — либо, в эзотерическом понимании, за счёт предполагаемых психических способностей человека.

¶Физическая левитация

В физике под левитацией понимают устойчивое положение тела, при котором действующие на него силы суммарно равны нулю. Для парения необходимо, чтобы подъёмная сила (магнитная, аэродинамическая, акустическая, электростатическая и т. д.) компенсировала вес тела. Такая левитация полностью объяснима законами классической физики и многократно воспроизведена в лабораторных условиях.

¶Магнитная левитация

Наиболее известный практический пример — магнитная левитация (маглев). Существует два принципиальных подхода:

• Электромагнитная активная левитация — электромагниты с системой обратной связи непрерывно регулируют ток, удерживая объект на заданной высоте. Так работают магнитные подвесы и демонстрационные установки, где над электромагнитом парит стальной шар.
• Пассивная левитация на сверхпроводниках — эффект мейснера: сверхпроводник при охлаждении ниже критической температуры выталкивает магнитное поле, создавая устойчивое парение без затрат энергии. Этот эффект демонстрируют на уроках физики, помещая сверхпроводящий диск на магнитную «подушку».

Магнитная левитация применяется в транспорте: в Японии и Китае работают пассажирские поезда «маглев», движущиеся на высоте 8–10 см над путём. В России исследования в этой области ведутся в Институте проблем транспорта РАН и ряде университетов, однако полноценные коммерческие линии в стране пока не построены.

¶Акустическая левитация

Ультразвуковые волны, отражаясь от отражателя, формируют стоячую волну с узлами давления. Мелкие объекты — капли жидкости, шарики, насекомые — захватываются в узел и удерживаются в воздухе. Акустическую левитацию используют в лабораториях для безконтактного манипулирования каплями, изучения кристаллизации и химических реакций.

¶Левитация на потоке газа

Классический пример — поплавок в струе воздуха из фена или пылесоса. Поток, обтекая шар, создаёт разницу давлений (эффект Бернулли), а вязкость воздуха удерживает объект в потоке. На этом же принципе работает «летающая шаровая молния» — демонстрационный шар, парящий над соплом воздуходувки.

¶Квантовая и диамагнитная левитация

Диамагнитные материалы (в том числе вода в живых организмах) слабо отталкиваются магнитным полем. В сильных магнитных полях (10–20 Тл) живые существа — лягушки, мыши, насекомые — могут левитировать без вреда для здоровья. Опыт с левитацией лягушки в 2000 году продемонстрировал Андрей Гейм (Нобелевская премия 2010 года по физике за графен).

¶Левитация в транспорте и промышленности

Магнитная левитация — основа технологии маглев. Крупнейшие действующие линии:

¶Левитация в эзотерике и культуре

В эзотерической традиции левитация — способность человека поднимать своё тело или другие объекты в воздух силой мысли или духовной практикой. Такие феномены описываются в буддийских, индуистских и христианских текстах: левитирующие святые, йогины, способные парить в медитации. Научных подтверждений существования психической левитации не получено; в физике парение без известных силовых полей считается невозможным.

В XIX веке левитация стала популярной темой спиритуализма: физик Уильям Крукс и химик Уильям Крукс проводили опыты с медиумом Дэниелом Дунгласом Хомом, якобы поднимавшимся в воздух на сеансах. Позднее подобные трюки разоблачались как фокусы, использующие скрытые проволочные подвесы.

¶Левитация в культуре

Образ парящего человека — один из древнейших в мировой культуре. Левитация фигурирует в мифах (летающие ковры, колесницы богов), в сказках (полёт на метле), в литературе и кинематографе. В современной поп-культуре левитация — распространённый приём иллюзионизма: фокусники демонстрируют парение, используя скрытые конструкции, магнитные подвесы и оптические иллюзии.

¶Научная перспектива

Из всех реальных технологий наибольшее практическое развитие получила магнитная левитация. Акустическая и электростатическая левитация применяются в лабораториях и промышленности (например, для бесконтактного производства таблеток). Идея «гравитационной» или «инерциальной» левитации, предполагающей преодоление силы тяжести без затрат энергии, не имеет экспериментального подтверждения и остаётся в области научной фантастики.

Источники:

• Френкель В. Я., Савин В. А. «Сверхпроводимость и магнитная левитация»
• Брускин Д. Н. «Физические основы магнитной левитации» (Журнал «Наука и жизнь»)
• Демонстрационные лекции по акустической левитации, МГУ им. М. В. Ломоносова
• Encyclopædia Britannica: «Levitation»