„Habe nun ach! Philosophie, Juristerei und Medizin, und leider auch Theologie! durchaus studiert mit heißem Bemühn. Da steh ich nun, ich armer Tor! und bin so klug als wie zuvor; heiße Magister, heiße Doktor gar, und ziehe schon an die zehen Jahr herauf, herab und quer und krumm meine Schüler an der Nase herum – und sehe, dass wir nichts wissen können!

Das will mir schier das Herz verbrennen!“ 

- Faust I, S. 354–365

Energieschild

Ein Kraftfeld (auch: Energieschild, Schutzschild oder Schutzschirm) bezeichnet in der Science-Fiction eine i.d.R. unsichtbare Barriere, welche z.B. ein Raumschiff vor Raketen, Strahlenwaffen, kosmische Strahlung oder Meteoriten schützen soll.

1. Wissenschaftshistorie

Doch was sind Kraftfelder eigentlich? Die Idee von real existierenden Kraftfeldern stammt aus der Feder des bedeutenden englischen Naturforschers Michael Faraday. Faraday lebte im 19. Jahrhundert und gehörte der Arbeiterklasse an. Sein Vater war Schmied, und der junge Michael fristete in den ersten Jahren des 19. Jahrhunderts ein armseliges Dasein als Buchbinderlehrling. Er war fasziniert von den erstaunlichen Durchbrüchen, die mit der Entdeckung der geheimnisvollen Eigenschaften zweier neuer Kräfte einhergingen, nämlich der Elektrizität und des Magnetismus. Faraday verschlang alles, was ihm zu diesen Themen in die Hände fiel, und besuchte die Vorlesungen von Professor Humphry Davy an der Royal Institution in London.

Bis besagter Professor Davy eines Tages in Folge eines tragischen Chemieunfalls schwere Augenverletzungen erlitt und dem aufgeweckten Faraday daraufhin denn Job als sein Sekretär anbot. Mit der Zeit gewann Faraday das Vertrauen der Wissenschaftler an der Royal Institution und erhielt die Erlaubnis, eigene wichtige Experimente durchzuführen, wenngleich er nicht immer mit Respekt behandelt wurde. Im Lauf der Jahre wurde Professor Davy zunehmend eifersüchtig auf die Genialität, die sein junger Assistent zeigte. Sein Ruhm verbreitete sich in den Kreisen der Experimentalphysiker und überstrahlte schließlich Davys eigenes Renommee. Als der Professor 1829 starb, gelangen Faraday ein paar spektakuläre Durchbrüche, die zur Erzeugung von Generatoren führten, die schon bald ganze Städte mit Energie versorgen und den Lauf der Weltzivilisation verändern sollten.

Der Schlüssel zu Faradays größter Entdeckung waren seine "Kraftfelder". Verteilt man Eisenspäne auf einen Magneten, stellt man fest, dass die Späne ein spinnennetzartiges Muster erzeugen, das den ganzen Raum einnimmt. Das sind Faradays Kraftlinien, die in graphischer Form beschreiben, wie elektrische und magnetische Kraftfelder den Raum durchdringen. Will man beispielsweise die Magnetfelder der Erde graphisch darstellen, dann kommen die Linien in der Nordpolregion aus der Erde hervor und enden in der Südpolgegend wieder in der Erde. Wollte man auf ähnliche Weise die elektrischen Feldlinien eines Blitzes während eines Gewitters zeichnen, entdeckte man, dass sich die Kraftlinien an der Spitze des Blitzableiters konzentrieren. Aus Faradays Sicht war der leere Raum ganz und gar nicht leer, sondern mit Kraftlinien erfüllt, die entfernte Objekte in Bewegung versetzen konnten.

Faraday war, aufgrund seiner in Armut verbrachten Jugend, mathematisch ungebildet, weshalb seine Notizbücher keine Formeln enthalten, sondern von Hand gezeichnete Kraftliniendiagramme. Ironischerweise brachte ihn ausgerechnet sein Mangel an mathematischen Kenntnissen dazu, wunderschöne Diagramme von Kraftlinien zu zeichnen, die mittlerweile in jedem Physiklehrbuch zu finden sind. Mathematisch hochgebildete theoretische Physiker beschäftigen sich mit Faradays Konzept, das er entworfen hatte, weil dieser eben nicht mathematisch gebildet war.

Heute gelten Kraftfelder als eine der wichtigsten Konzepte in der Wissenschaftsgeschichte. Denn in der Tat ist die gesamte moderne Physik in der Sprache der Faraday´schen Kraftfelder geschrieben. 1831 gelang ihm der entscheidende Durchbruch, der die Zivilisation für alle Zeiten verändert hat. Eines Tages bewegte er seinen Spielzeugmagneten über eine Drahtspule und stellte fest, dass er auf diese Weise elektrischen Strom im Draht erzeugen konnte, ohne diesen überhaupt zu berühren. Dies bedeutete, dass das unsichtbare Feld des Magneten - über den leeren Raum hinweg - Elektronen in einem Draht in Bewegung setzen und dabei Strom erzeugen konnte.

Faradays "Kraftfelder", die zuvor als sinnlose, unbegründete Kritzeleien galten, waren plötzlich reale materielle Kräfte, die Objekte bewegen und elektrische Leistung erzeugen konnten. Heute wird das Herunterfallen ihrer Tasse heute Morgen, das Scheinen der Sonne und ihre Nachtischlampe mit Hilfe von Kräften beschrieben, die als Felder aufgefasst werden können. Bezogen auf ihre Nachttischlampe bedeutet dies folgendes: Ein in Bewegung befindlicher Magnet erzeugt ein Kraftfeld, das die Elektronen in einem Draht anschiebt und sie dazu bringt, sich in einem elektrischen Strom fortzubewegen und diese Elektrizität im Draht wird dazu benutzt, die Glühbirne zum Leuchten zu bringen. Dasselbe Prinzip kommt überall auf der Welt bei der Erzeugung von Elektrizität zur Anwendung, um die Städte mit Energie zu versorgen. So versetzt beispielsweise das über einen Damm fließende Wasser einen riesigen Magneten in einer Turbine in Bewegung, wodurch die Elektronen in einem Draht angeschoben werden, was wiederum elektrischen Strom erzeugt, der durch Hochspannungsdrähte in unsere Häuser fließt.

Die von Faraday ersonnen Kraftfelder sind folglich diejenigen Kräfte, welche uns den Strom liefern und so unsere moderne Zivilisation antreiben. Sie inspirieren die Physiker seit nunmehr 150 Jahren. Einstein fühlte sich von ihnen angeregt, dass er seine Gravitationstheorie in Kraftfeldbegriffen formulierte. Und Leute wie der berühmte Physiker Michio Kaku schrieben die Stringtheorie in der Sprache von Faraday´schen Kraftfelder nieder und begründete damit die Stringfeldtheorie.

2. Die vier Grundkräfte

Es existieren vier Grundkräfte bzw. fundamentale Wechselwirkungen, auf denen physikalische Objekte einander beeinflussen können. Sie alle lassen sich in der Feldersprache beschreiben, wie Faraday sie entwickelt hat. Unglücklicherweise jedoch zeigt keine von ihnen die Eigenschaften der Kraftfelder, die in den meisten Science-Fiction-Romanen beschrieben werden und nach denen wir Ausschau halten. Die Kräfte heißen wie folgt:

1. Gravitation, die stille Kraft, die unsere Füße am Boden hält, die den Zerfall von Erde und Sternen verhindert sowie Sonnensystem und Galaxis zusammenhält. Ohne Gravitation würden wir mit einer Geschwindigkeit von etwa 1500 Kilometern pro Stunde von der rotierenden Erde abgestoßen und ins Weltall geschleudert werden. Das Problem besteht darin, dass die Gravitation exakt die gegenteiligen Eigenschaften eines Kraftfeldes hat, wie wir es in der Science-Fiction finden. Die Gravitation wirkt anziehend, das futuristische Kraftfeld i.d.R. abstoßend. Außerdem ist die Gravitation, relativ betrachtet, außerordentlich schwach und funktioniert über enorme astronomische Entfernungen hinweg, während Kraftfelder als undurchdringlich und in ihrer Wirkung stark räumlich beschränkt beschrieben werden. So können wir auch bspw. durch die Bewegung des kleinen Fingers, der eine Feder hebt, die Gravitation eines ganzen Planeten aufheben, der über sechs Billionen Billionen Kilogramm wiegt!

2. Elektromagnetismus, die Kraft, die, wie bereits erwähnt, unsere Städte zum Leuchten bringt. Laserstrahlen, Radio, Fernsehen, moderne Elektronik, Computer, das Internet, Elektrizität, Magnetismus – sind auch alles Resultate der elektromagnetischen Kraft. Aus der Sicht der Elektroniker ist sie der nützlichste Kraft, die sich der Mensch je angeeignet hat. Und sie wirkt – im Gegensatz zur Gravitation –sowohl anziehend als auch abstoßend. Allerdings gibt es auch hier wieder einige Gründe, weshalb sie als Kraftfeld einer Raumschiff Enterprise völlig untauglich wäre. Zunächst lässt sie sich problemlos neutralisieren. Kunststoffe und andere Isolatoren können ohne weiteres ein starkes elektrisches oder magnetisches Feld durchdingen. Ein in ein Magnetfeld geworfenes Stück Plastik würde glatt hindurchfallen. Außerdem wirkt der Elektromagnetismus über große Entfernungen hinweg und lässt sich nicht so einfach auf einen kleinen Wirkungsbereich abschirmen. Seine Gesetze werden von den Gleichungen beschrieben, die James Clerk Maxwell entwickelt hat und die Kraftfelder als Lösungen offenbar nicht zulassen.

3. und 4. Die schwache und die starke Kernkraft, die beiden unbekannten Kräfte. Die schwache Kernkraft ist die Kraft des radioaktiven Zerfalls. Sie heizt den Erdkern auf, der radioaktiv ist. Sie ist die Kraft, die hinter Vulkanen, Erdbeben und der Kontinentaldrift steht. Die starke Kernkraft hält den Atomkern zusammen. Die Energie der Sonne und der Sterne stammt von der Kernkraft, die für die Beleuchtung des Universums sorgt. Einer von mehreren problematischen Aspekten der Kernkraft ist ihre kurze Reichweite. Sie wirkt nicht über den Durchmesser eines Atomkerns hinaus. Da sie an die Eigenschaften des Kerns gebunden ist, lässt sie sich außerordentlich schwer manipulieren. Gegenwärtig besteht ihre einzige technische Anwendungs-möglichkeit darin, subatomare Teilchen in Teilchenbeschleunigern zu zertrümmern oder Atombomben detonieren zu lassen.

Obwohl die in der Science-Fiction eingesetzten Kraftfelder nicht unbedingt den bekannten Naturgesetzen gehorchen, gibt es dennoch einige Chancen, die die Erschaffung eines Kraftfeldes wie aus Star Trek möglich machen könnten. Erstens könnte es eine fünfte Kraft geben, die in den Labors noch nicht aufgetaucht ist. Eine solche Kraft könnte beispielsweise auf eine Entfernung von einigen Zentimetern oder wenigen Metern wirken, statt über astronomische Strecken hinweg. Bisher blieben alle Versuche, die Existenz einer solchen fünften Kraft aufzuspüren, allerdings ergebnislos.

Eine zweite Chance steckt im Plasma. Ein Plasma ist sozusagen der vierte Zustand der Materie. Die drei vertrauten Materiezustände sind fest, flüssig und gasförmig - doch die überwiegende und viel weniger bekannte Materieform im Universum ist das Plasma (ein Gas ionisierter Atome). Und weil die Plasmaatome auseinandergerissen sind - dabei trennen sich Elektronen vom Atom -, sind sie elektrisch geladen und lassen sich ohne weiteres durch elektrische und magnetische Felder beeinflussen. Hierin besteht eine reale Möglichkeit, Kraftfelder wie sie in den Science-Fiction Filmen zu sehen sind nachzuahmen. Plasmen gehören zu den am häufigsten vorkommenden Formen sichtbarer Materie im Universum. Sie sind Bestandteile der Sonne, der Sterne und des interstellaren Gases. Uns Menschen sind Plasmen nicht so sehr geläufig, weil sie auf der Erde nur selten vorkommen, doch wir können sie in Blitzen, in der Sonne und im Gehäuse unserer Plasmafernseher wahrnehmen.

3. Die Konstruktion

Man kann ein Gas auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzen und dadurch ein Plasma erzeugen, das sich durch magnetische und elektrische Felder schmelzen und neu gestalten lässt. Denkbare Formen sind Platten oder Fenster. Außerdem kann so ein "Plasmafenster" dazu verwendet werden, ein Vakuum von gewöhnlicher Luft zu trennen. Im Prinzip ließe sich dadurch nicht nur verhindern, dass die Luft aus einem Raumschiff ins Weltall hinausströmt, sondern auch eine praktische und transparente Schnittstelle zwischen Weltraum und Raumschiff herstellen.

Erfunden wurde das Plasmafenster 1995 vom Physiker Ady Herschcovitch am Brookhaven National Laboratory in Long Island, New York. Er entwickelte es als Lösung für das Problem, Metalle mit Hilfe von Elektronenstrahlen zu schweißen. Aus einem Acetylen-Schweiß-brenner strömt heißes Gas, das die Metallteile schmilzt und dann zusammenschweist. Mit einem Elektronenstrahl hingegen lassen sich die Werkstücke schneller, sauberer und billiger schweißen als mit herkömmlichen Methoden. Das Elektronenstrahlschweißen ist allerdings problematisch, da es in einem Vakuum stattfinden muss. Diese Voraussetzung ist überaus unpraktisch, weil dafür ein Vakuumkasten gebaut werden müsste, der womöglich die Ausmaße eines ganzen Arbeitsraums hat und in dem kein normaler Arbeiter hantieren kann.

Um dieses Problem zu lösen, erfand Dr. Herchcovitch anschließend das Plasmafenster. Es ist knapp einen Meter hoch und hat einen Durchmesser von weniger als 30 Zentimetern. Es erhitzt Gas au 6650 Grad Celsius, wobei ein Plasma entsteht, das von elektrischen und magnetischen Feldern eingeschlossen ist. Diese Teilchen üben - wie in jedem Gas - Druck aus, was das Einströmen von Luft in die Vakuumkammer verhindert. Benutzt man Argon im Plasmafenster, glüht es bläulich auf, genau wie das Kraftfeld in Raumschiff Enterprise.

Das Plasmafenster findet breite Anwendung in Raumfahrt und Industrie. Häufig wird für den Herstellungsprozess von Mikrostrukturen und bei Trockenätztechniken für industrielle Zwecke ein Vakuum benötigt. Das Arbeiten im Vakuum kann teuer werden. Doch mit dem Plasmafenster lässt sich ein Vakuum kostengünstig und auf Knopfdruck herstellen. Aber kann man das Plasmafenster auch als unndurchdringlichen Schutzschild benutzen? Wehrt es den Feuerstoß einer Kanone ab? Für die Zukunft ließe sich tatsächlich ein Plasmafenster von viel größerer Leistungsfähigkeit und höherer Temperatur vorstellen, das anfliegende Projektile beschädigen oder in Luft auflösen könnte. Um allerdings ein realistischeres Kraftfeld zu erzeugen, wie es in der Science-Fiction gang und gäbe ist, benötigte man eine Kombination unterschiedlicher, übereinanderliegender Schichten. Vielleicht ist jede Schicht allein nicht stark genug, um eine Kanonenkugel aufzuhalten, aber in Kombination mit den anderen könnte es gelingen.

Die Außenschicht sollte nach Möglichkeit ein aufgeladenes Plasmafenster sein, das so stark erhitzt ist, dass es Metalle verdampfen kann. Eine zweite Schicht könnte ein Vorhang aus hochenergetischen Laserstrahlen sein, tausende sich kreuzende Laserstrahlen würden ein Gitter erzeugen, das ankommende Objekte aufheizen und wirksam in Dampf auflösen könnte. Hinter diesem Laservorhang könnte man ein Gitter aus Kohlenstoff-Nanoröhren, das sind winzige Röhrchen, die aus einzelnen Kohlenstoffatomen gefertigt sind, installieren.

Kohlenstoffatome sind winzig klein und um ein Vielfaches stabiler als Stahl. Wenngleich der augenblickliche Weltrekord für eine Kohlenstoff-Nanoröhre bei einer Länge von nur 15 Millimetern steht, lässt sich realistisch vorstellen, dass wir eines Tages in der Lage sein werden, solche Röhren in beliebiger Länge herzustellen. Angenommen, Kohlenstoff-Nanoröhren ließen sich zu einem riesigen Gitter verknüpfen, dann könnten sie einen Schirm von enormer Stärke erzeugen, der die allermeisten Objekte abwehre würde. Ein so konstruierter Schirm wäre wie in der Science-Fiction unsichtbar, da kein Nanoröhrchen die Größe eines Atoms überschreitet. Trotzdem wäre dieses Gitter aus Kohlenstoff-Nanoröhren stabiler als jedes uns bekannte, gewöhnliche Material (siehe auch: Weltraumlift).

Durch eine Kombination aus Plasmafenster, Laservorhang und Kohlenstoff-Nanoröhrchenschirm ließe sich so ein unsichtbares Schutzschild bauen, den wohl kaum ein Objekt durchdringen könnte. Dennoch würde selbst dieser mehrlagige Schild nicht all die Eigenschaften haben, die ein Kraftfeld in der Science-Fiction hat - weil er durchsichtig wäre und dadurch außerstande, einen Laserstrahl aufzuhalten. In einer Schlacht mit Laserkanonen wäre unser mehrlagiger Kraftfeld-Hybrid nutzlos.

Um eine Laserstrahl effektiv aufzuhalten, müsste dem Schild außerdem eine fortschrittliche Form von Photochromatik zugeführt werden. Dieser Prozess kommt in Sonnenbrillen zur Anwendung, die sich verdunkeln, wenn sie einer UV-Strahlung ausgesetzt sind. Die Grundlage der Photochromatik sind Moleküle, die in mindestens zwei Zuständen existieren. In einem Stadium ist das Molekül transparent und in dem anderen, wenn es einer UV-Strahlung ausgesetzt ist, wechselt es in eine lichtundurchlässige Form über.

Es ist durchaus denkbar, dass wir eines Tages mit Hilfe der Nanotechnik eine Substanz herstellen können, die so stabil ist wie Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Außerdem ließen sich deren optische Eigenschaften verändern, wenn sie Laserlicht ausgesetzt sind. Und so könnte ein Schild in der Lage sein, einen Laserangriff, einen Teilchenstrahl und auch alle anderen herkömmlichen Sci-Fi-Attacken abzuwehren. Die praktische Umsetzung eines solchen Plasmafenster-Laservorhang-Kohlenstoffnanoröhrchen-Photochromatik-Schutzschildes ist aber natürlich noch in weiter Entfernung.

4. Der letzte Feinschliff

Und eine Angriffsabwehr ist nicht der einzige Zweck, den Kraftfelder in Science-Fiction-Filmen erfüllen müssen. Sie dienen auch als Plattform, um sich der Gravitation zu widersetzen. In Zurück in die Zukunft bewegt sich Michael J. Fox auf einem "hover board" fort, das einem Skateboard ähnelt, nur dass es über der Straße schwebt. Ein solcher Antigravitationsapparat ist angesichts der Naturgesetze, wie wir sie heute kennen, ein Ding der Unmöglichkeit. Aber magnetisch aufgebrezelte Schwebebretter und entsprechende Automobile könnten in der Zukunft Wirklichkeit werden und uns die Fähigkeit verleihen, schwere Objekte nach Belieben anzuheben. Eine notwendige Bedingung für solche magnetische Hoverboards wären jedoch "Supraleiter bei Zimertemperatur".

Wenn wir zwei Stabmagneten mit ihren jeweiligen Nordpolen einander gegenüberlegen, stoßen sie sich gegenseitig ab. Wenn wir einen der Magneten drehen, dann ziehen sich die beiden Magneten gegenseitig an. Dasselbe Prinzip, nämlich die gegenseitige Abstoßung gleicher Pole, lässt sich anwenden, um erstaunlich schwere Gewichte vom Boden hochzuheben. In einigen Ländern werden bereits fortschrittliche Magnetzüge gebaut, die mit Hilfe gewöhnlicher Magneten unmittelbar über der Trasse schweben. Und da sie keiner Reibung unterliegen, können sie rekordverdächtige Geschwindigkeiten erreichen, während sie auf einem Luftkissen schweben.

Bisher sind Magnetzüge jedoch noch außerordentlich teuer. Eine Möglichkeit zur Steigerung ihrer Effizienz wäre die Verwendung von Supraleitern, die ihren elektrischen Widerstand verlieren, sobald sie bis knapp über den absoluten Nullpunkt abgekühlt worden sind. Die Supraleitfähigkeit wurde 1911 von dem niederländischen Physiker Heike Onnes entdeckt. Werden bestimmte Substanzen auf minus 253 Grad Celsius abgekühlt, gibt es keinen elektrischen Widerstand mehr. Normalerweise nimmt der elektrische Widerstand allmählich ab, wenn sich die Temperatur eines Metalls verringert. Der Grund dafür sind zufällige atomare Schwingungen, die den Elektronenfluss in einem Draht erschweren. Verringert man die Temperatur, nehmen auch diese zufälligen Bewegungen ab, sodass die Elektrizität mit weniger Widerstand fließt. Aber Onnes staunte nicht schlecht, als er feststellte, dass der Widerstand gewisser Materialien bei einer bestimmten Temperatur abrupt auf null absinkt.

Die Physiker erkannten sofort die Bedeutung dieser Entdeckung. Stromkabel verlieren eine beträchtliche Menge Energie, wenn sie Elektrizität über große Entfernungen hinweg transportieren. Wenn aber jeglicher Widerstand eliminiert werden könnte, ließe sich die elektrische Kraft (nahezu) verlustfrei übertragen. Und tatsächlich: Wenn man die Elektrizität dazu bringen könnte, in einer Drahtspule zu zirkulieren, würde sie viele Millionen Jahre weiter zirkulieren, ohne Energie zu verlieren. Außerdem könnte man aus diesen gewaltigen elektrischen Strömen vergleichsweise mühelos Magneten von unglaublicher Kraft bauen und mit ihrer Hilfe riesige Lasten heben. Doch trotz all dieser wunderbaren Eigenschaften der Supraleitfähigkeit bleibt das Problem bestehen, dass es sehr teuer ist, Riesenmagneten in Fässern mit supergekühlter Flüssigkeit zu lagern. Gewaltige Kühlmaschinen sind erforderlich, um die Flüssigkeiten nahezu auf den Nullpunkt abzukühlen, was supraleitende Magneten unerschwinglich teuer macht.

Eines Tages aber könnten die Physiker in der Lage sein, einen Supraleiter bei Zimmertemperatur zu erschaffen, den Heiligen Gral der Festkörperphysik. Die Erfindung eines solchen Supraleiters würde eine zweite industrielle Revolution in Gang setzen. Leistungsfähige Magnetfelder, die Autos und Züge anheben könnten, würden so billig werden, dass schwebende Autos ökonomisch machbar wären. Mit Supraleitern bei Zimmertemperaturen könnten die phantastischen fliegenden Autos aus den Filmen Zurück in die Zukunft, Minority Report und Krieg der Sterne Wirklichkeit werden.

Im Prinzip könnten Sie dann einen Gürtel aus supraleitenden Magneten tragen, mit dem Sie mühelos abheben würden. Jahrzehntelang haben Physiker erfolglos nach Supraleitern bei Zimmertemperatur gesucht. Es ist ein langwieriger, unzuverlässiger Prozess gewesen, in dessen Verlauf ein Material nach dem anderen getestet wurde. Aber 1986 fand man dann eine neue Kategorie von Substanzen, die man Hochtemperatur-Supraleiter nannte und die bereits bei -183 Grad Celsius supraleitend wurden, was für die Physikergemeinde eine Sensation war. Plötzlich schienen alle Dämme gebrochen zu sein. Monatelang versuchten die Physiker, sich gegenseitig zu übertreffen und den nächsten Weltrekord für einen Supraleiter zu brechen. Für eine kurze Zeitspanne sah es so aus, als könnten jeden Augenblick die Supraleiter bei Zimmertemperatur aus den Science-Fiction Büchern direkt in unseren Wohnzimmern landen. Aber nach ein paar Jahren der Forschung in halsbrecherischer Geschwindigkeit geriet die Suche nach dem Hochtemperatur-Supraleiter ins Stocken.

Gegenwärtig wird der Weltrekord für einen Hochtemperatur-Supraleiter von einer Substanz namens Quecksilber-Thallium-Barium-Kalzium-Kupferoxid gehalten, die bei -135 Grad Celsius supraleitend wird. Diese relativ hohe Temperatur ist zwar noch immer weit entfernt von Zimmertemperatur, dennoch ist dieser Rekord von entscheidender Bedeutung. Stickstoff verflüssigt sich bei -196 Grad Celsius, und flüssiger Stickstoff kostet ungefähr so viel wie gewöhnliche Milch. Also ließen sich diese Hochtemperatur-Supraleiter recht kostengünstig damit kühlen. Natürlich benötigten Zimmertemperatur-Supraleiter überhaupt keine Kühlung.

Unerfreulich ist, dass es gegenwärtig keine Theorie gibt, die die Eigenschaft dieser Hochtemperatur-Supraleiter erklären kann. Der rührige Physiker, dem dies gelingt, kann mit dem Nobelpreis rechnen. Die Hochtemperatur-Supraleiter bestehen aus Atomen, die in unverwechselbaren Schichten arrangiert sind. Viele Physiker vertreten die Ansicht, dass diese Schichtung des keramischen Materials es Elektronen ermöglicht, sich innerhalb jeder Lage frei zu bewegen und dabei einen Supraleiter zu erzeugen. Aber wie dies im Detail funktioniert, ist weiterhin ein Rätsel.

Aufgrund dieser Wissenslücke müssen die Physiker leider auf ziemlich unsichere Methoden zurückgreifen, um neue Hochtemperatur-Supraleiter zu finden. Was bedeutet, dass der sagenhafte Supraleiter bei Zimmertemperatur vielleicht schon morgen, nächstes Jahr oder auch nie entdeckt werden wird. Niemand ist in der Lage, eine solche Prognose zu treffen. Sollten wir ihn aber tatsächlich entdecken, würde dies eine Kettenreaktion kommerzieller Anwendungen auslösen. Magnetfelder, die das Erdmagnetfeld, um ein Millionenfaches übertreffen, wären durchaus denkbar.

Eine übliche Eigenschaft der Supraleitfähigkeit wird Meißner-Ochsenfeld-Effekt genannt. Platziert man einen Magneten über einem Supraleiter, schwebt er in der Luft, als würde er von einer unsichtbaren Kraft getragen. Dieser Effekt resultiert daraus, dass der Magnet einen "Spiegelbildmagneten" im Supraleiter erzeugt, sodass der wirkliche Magnet und sein Spiegelbild einander abstoßen. Aus einer anderen Perspektive sieht es so aus: Da magnetische Felder nicht in einen Supraleiter eindringen können, werden sie ausgeschlossen. Wenn daher ein Magnet über einen Supraleiter gehalten wird, prallen seine Kraftlinien vom Supraleiter ab, woraufhin sie den Magneten nach oben drücken, sodass er zu schweben beginnt.

Der Meißner-Effekt lässt eine Zukunft vorstellbar werden, in der die Autobahnbeläge mit dieser Spezialkeramik beschichtet sind. Mit Magneten im Gürtel oder in den Reifen unserer Autos könnten wir wie durch Zauberei ohne Reibung und Energieverlust auf unsere Ziele zu schweben. Er funktioniert aber nur bei magnetischen Materialen wie Metallen. Aber es ist auch möglich, nichtmagnetische Stoffe, die para- oder diamagnetisch genannt werden, mit supraleitenden Magneten anzuheben. Diese Substanzen haben selbst keine magnetischen Eigenschaften; sie nehmen lediglich in Gegenwart eines externen Magnetfelds derlei Merkmale an. Paramagneten werden von einem externen Magneten angezogen, während Diamagneten abgestoßen werden. So ist zum Beispiel Wasser (H2O) ein Diamagnet – und da alle Lebewesen aus Wasser bestehen, können sie in Reichweite eines starken Magnetfeldes schweben. In einem Magnetfeld von rund 15 Tesla Stärke, dem 30.000 fachen des Erdmagnetfeldes, haben Wissenschaftler bereits kleine Lebewesen wie Frösche zum Schweben gebracht. Sollten Zimmertemperatur-Supraleiter Wirklichkeit werden, dann ließen sich allerdings auch große nichtmagnetische Objekte aufgrund ihrer diamagnetischen Eigenschaft anheben.

5. Fazit

Wir kommen zu dem Schluss, dass die in der Science-Fiction-Literatur üblicherweise beschriebenen Kraftfelder nicht zu der Beschreibung der vier Grundkräfte im Universum passen. Dennoch wäre es möglich, viele Eigenschaften von Kraftfeldern zu simulieren, indem man vielschichtige Schild benutzt, die aus einem Plasmafenster, Laservorhängen, Kohlenstoff-Nanoröhren, photochromatischen Materialen und gravitationskompensierende Magneten bestehen. Aber bis zur Entwicklung eines solchen Schildes könnten noch viele Jahrzehnte, wenn nicht gar Jahrhunderte vergehen. Doch sollten wir eines Tages ein Kraftfeld erzeugen können, könnten wir geschützt vor fast jeder Gefahr und mit Zimmertemperatur-Supraleitern durch die Lüfte und das Weltall tingeln – ganz so wie in den legendären Science-Fiction-Filmen.

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