Šajā emuāra ierakstā tiek pētīts, kā supravadītāji risina enerģijas zudumu problēmas un kādas pārmaiņas tie varētu radīt mūsu sabiedrībā un tehnoloģijās.
Mūsdienu zinātne apgalvo, ka enerģija tiek saglabāta visā Visumā. Tomēr enerģija, kas cilvēcei ir noderīga, bieži vien pārvēršas par nelietderīgu enerģiju. Ikdienas dzīvē ne visa enerģija, ko cilvēki izmanto darba veikšanai, faktiski tiek izmantota šim darbam. Tas ir tāpēc, ka daļa enerģijas tiek pārveidota siltumenerģijā objektu pretestības dēļ. Šī ir termodinamiski spontāna parādība, savukārt siltumenerģijas pārveidošana citās enerģijas formās nav spontāna parādība. Citiem vārdiem sakot, daļa enerģijas, ko cilvēki uztver kā lietderīgu, tiek izšķērdēta katru reizi, kad tā tiek izmantota. Šī dabiskā enerģijas izšķiešana dziļi ietekmē visus mūsu dzīves aspektus. Līdz ar to cilvēce jau sen ir meklējusi veidus, kā samazināt enerģijas zudumus un efektīvāk izmantot enerģiju.
Tātad, ja nu būtu materiāls, kas varētu novērst šos zudumus? Konkrēti elektriskajai enerģijai šāds materiāls pastāv — tāds, kas novērš enerģijas zudumus. Šis materiāls ir supravadītājs. Supravadītājs ir vadītājs, kam piemīt supravadītspēja zem noteiktas temperatūras (ko sauc par kritisko temperatūru). Supravadītspēja ir parādība, kad materiāla elektriskā pretestība samazinās līdz nullei un materiāls kļūst diamagnētisks. Diamagnētisms ir parādība, kad materiāls atgrūž iekšējo magnētisko lauku. Ja objektam piemīt diamagnētiskas īpašības, magnētiskais lauks nevar iekļūt tā iekšpusē. Supravadītājus klasificē I un II tipa supravadītājos. I tipa supravadītājs ir tāds, kas pilnībā neļauj jebkuram magnētiskajam laukam iekļūt tā iekšpusē. II tipa supravadītājs ir tāds, kas ļauj kādam magnētiskajam laukam iekļūt tā iekšpusē. Citiem vārdiem sakot, II tipa supravadītājs ir materiāls, kas saglabā supravadītspēju, neizrādot perfektu diamagnētismu. I tipa supravadītāji pārsvarā ir tīras vielas, savukārt II tipa supravadītāji parasti ir sintētiski materiāli, kas tiek radīti pēc nepieciešamības. Lielākā daļa tehnoloģiju, kurās tiek izmantoti supravadītāji, izmanto II tipa supravadītājus.
Kā tika atklāti supravadītāji? Tāpat kā daudzi citi atklājumi, arī supravadītspējas atklāšana notika nejauši. 1911. gadā nīderlandiešu fiziķis Heike Kamerlingh Onness veica eksperimentus par saistību starp cietā dzīvsudraba temperatūru un tā elektrisko pretestību. Heike Kamerlingh Onness atklāja, ka dzīvsudraba pretestība samazinās lineāri līdz ar temperatūru, pazeminoties temperatūrai. Tomēr, kad dzīvsudraba temperatūra sasniedza 4.2 K, pretestība pēkšņi samazinājās līdz nullei. Šis atklājums izraisīja lielu šoku fizikas aprindās tajā laikā un rosināja jaunu izpratni par fizikālajām parādībām, kas notiek ārkārtīgi zemā temperatūrā.
Pēc pirmā supravadītspējas novērojuma 1933. gadā Frics Valters Meisners un Roberts Ohzenfelds atklāja, ka I tipa supravadītājiem piemīt diamagnētiskas īpašības. Šis atklājums lika pamatu dziļākai izpratnei par supravadītājiem. Viņu atklājums iezīmēja būtisku pagrieziena punktu supravadītspējas pētījumos un veicināja aktīvus pētījumus par supravadītāju potenciālajiem komerciālajiem pielietojumiem. Pēc tam, 1950. gadā, Ļevs Landau un Vitālijs Ginzburgs publicēja teoriju, kas izskaidro supravadītāju īpašības. Aleksejs Abrikosovs, pamatojoties uz šo teoriju, paredzēja, ka supravadītāji tiks klasificēti divos veidos. 1962. gadā tika izstrādāts pirmais komerciālais supravadītājs. Kopš tā laika inženieri ir centušies izstrādāt supravadītājus, kuriem piemīt supravadītspēja istabas temperatūrā.
I tipa supravadītājus to īpašību dēļ ir gandrīz neiespējami komerciāli pielietot. Turpretī II tipa supravadītājus izmanto dažādās jomās. Tipisks supravadošu pielietojumu piemērs ir supravadošs elektromagnēts. Elektromagnēts ir magnēts, kas kļūst magnetizēts tikai tad, kad caur to plūst elektriskā strāva. Elektromagnētus izmanto skaļruņos un līdzīgās ierīcēs. Izmantojot supravadītāju, kuram ir nulle pretestība, elektromagnēta izgatavošanai, var novērst enerģijas zudumus tā darbības laikā. Supravadītājus izmanto arī ķēdēs. Ķēdes, kurās tiek izmantoti supravadītāji, darbojas ātrāk nekā tās, kurās tie nav pieejami. Ātrāka ķēdes darbība ne tikai saīsina eksperimenta laiku, izmantojot ķēdi, bet arī ļauj izstrādāt ātrākas elektroniskas ierīces.
Ja tiktu izstrādāts supravadītājs, kam piemīt supravadītspēja istabas temperatūrā, šo materiālu varētu izmantot dažādās jomās, piemēram, elektropārvades līnijās, kondensatoros, transformatoros, magnētiskās levitācijas vilcienos un motoros. Supravadoši vadi novērš elektroenerģijas zudumus enerģijas pārvades laikā. Nevajadzīgu enerģijas zudumu novēršana nozīmē, ka ir jārada mazāk enerģijas, tādējādi novēršot resursu izšķērdēšanu.
Maglev vilcieni, kas izmanto supravadītājus, var braukt ar īpaši lielu ātrumu. Tas veicinās transporta attīstību. Pašlaik inženieri ir paaugstinājuši supravadītāju kritisko temperatūru līdz 52 K, un pētījumi turpinās. Supravadītājs, ko nejauši atklāja Heike Kamerlingh Onnes, ir atstājis nozīmīgu zīmi arī mūsdienu sabiedrības, kas saskaras ar enerģijas krīzēm, zinātnes vēsturē.
Kopš supravadītāju atklāšanas tie ir dziļi ietekmējuši ne tikai fiziku, bet arī dažādas jomas, piemēram, elektrotehniku un materiālzinātni. Supravadītāji vairs nav tikai fiziskas intereses objekti; tie ir kļuvuši par nozīmīgiem tehnoloģiskiem instrumentiem ar praktisku pielietojuma potenciālu. Turklāt tiem ir liels potenciāls sniegt būtisku ieguldījumu sabiedrības attīstībā. Mūsdienu pasaulē, kur ierobežotu resursu neapdomīga izmantošana ir problemātiska, istabas temperatūrā izmantojamu supravadītāju izstrāde tiek uzskatīta par izšķirošu. Ja inženieri izstrādās materiālus, kas uzrāda supravadītspēju istabas temperatūrā, cilvēce spers vēl vienu soli uz priekšu savā evolūcijā. Paplašinoties supravadītāju komerciālajiem pielietojumiem, mēs varēsim izmantot enerģiju efektīvāk un ilgtspējīgāk. Tam būs izšķiroša nozīme daudzu cilvēces problēmu risināšanā, jo īpaši to, kas saistītas ar enerģiju un vidi.
