TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
Боаз Алмог "левитира" свръхпроводник
Filmed:
Readability: 4.6
2,644,569 views
Как може един супер-тънък, три-инчов диск да левитира 70,000 пъти собственото си тегло? Във впечатляваща, футуристична демонстрация, Боаз Алмог показва как един феномен, известен като квантово заключване позволява свръхпроводников диск да плава над магнитна релса - напълно без триене и с нулева загуба на енергия.
Boaz Almog - Quantum Researcher
Boaz Almog uses quantum physics to levitate and trap objects in midair. Call it "quantum levitation." Full bio
Boaz Almog uses quantum physics to levitate and trap objects in midair. Call it "quantum levitation." Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:25
The phenomenon you saw here for a brief moment
0
9752
4318
Това явление, което видяхте тук за кратък момент
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
се нарича квантова левитация и квантово заключване.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
И обектът, който левитираше тук
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
се нарича свръхпроводник.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
Свръхпроводимостта е квантово състояние на материята,
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
и се среща само под определена критична температура.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
Сега това е доста старо явление;
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
Открито е преди 100 години.
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
Обаче, едва наскоро,
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
поради няколко технологични напредъка,
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
сме способни да ви демонстрираме
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
квантова левитация и квантово заключване.
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
Така че свръхпроводникът се определя от две свойства.
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
Първото е нулево електрическо съпротивление,
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
а второто е експулсирането на магнитно поле от вътрешността на свръхпроводника.
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
Това звучи сложно, нали?
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
Но какво е електрическото съпротивление?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
И така електричеството е потока от електрони в даден материал.
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
И тези електрони, докато се движат,
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
82771
2688
те се сблъскват с атомите, и в тези сблъсквания
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
те губят определено количество енергия.
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
И те отделят тази енергия във формата на топлина, и вие знаете този ефект.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
Въпреки това в свръхпроводника няма никакви колизии,
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
така че няма никакво разсейване на енергия.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
Това е доста забележително. Помислете за това.
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
В класическата физика винаги има някакво триене, загуба на някои енергии.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
Но не тук, защото това е квантовия ефект.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
Но това не е всичко, защото свръхпроводниците не харесват магнитни полета.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
Така че свръхпроводникът ще се опита да изгони магнитното поле отвътре,
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
и има средства да направи това чрез кръговрата на токове.
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
Сега комбинацията от двата ефекта -
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
експулсирането на магнитните полета и нулевото електрическо съпротивление
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
е точно свръхпроводник.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
Но картината не е винаги перфектна, както всички знаем,
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
и понякога части от магнитното поле остават вътре в проводника.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
Сега при подходящи условия, които имаме тук,
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
тези части на магнитното поле могат да бъдат хванати вътре в проводника.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
И тези части на магнитното поле вътре в проводника,
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
те идват в отделни количества.
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
Защо? Тъй като това е квантов феномен. Това е квантова физика.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
И се оказва, че те се държат като квантови частици.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
В този филм тук можете да видите как те преминават дискретно един по един.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
Това са части на магнитно поле. Те не са частици,
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
но те се държат като частици.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
Така че ето защо ние наричаме този ефект квантова левитация и квантово заключване.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
Но какво става със свръхпроводника когато го поставим вътре в магнитно поле?
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
Ами първо част от магнитното поле е останало вътре
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
но сега свръхпроводникът не харесва движението им,
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
защото техните движения разсейват енергия,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
което прекъсва свръхпроводимото състояние.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
Така че това което всъщност прави, е че блокира тези части,
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
които се наричат флуксони и той блокира тези флуксони на място.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
Извършвайки това, той в действителност заключва самия себе си на място.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
Защо? Тъй като всяко движение на свръхпроводника ще промени мястото им,
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
ще промени конфигурацията им.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
Така че получаваме квантово заключване. И нека да ви покажа как става това.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
Имам тук такъв свръхпроводник, който опаковах, така че да остане студен достатъчно дълго.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
И когато го поставя върху редовен магнит,
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
Той просто остава заключен във въздуха.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(Аплодисменти)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
Сега това не е просто левитация. Не е просто отблъскване.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
Мога да пренаредя флуксоните, и то ще бъде заключено в тази нова конфигурация.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
Като това, или го преместваме леко надясно или наляво.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
И така това е квантовото-действително заключване - триизмерно блокиране на свръхпроводника.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
Разбира се мога да го обърна с главата надолу,
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
и ще остане заключен.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
Сега, като разбираме, че тази така наречена левитация действително е блокиране,
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
да, разбираме това.
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
Няма да бъдете изненадани да чуете, че ако взема този кръгов магнит,
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
в който магнитното поле е същото навсякъде,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
свръхпроводникът ще може свободно да се върти около оста на магнита.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
Защо? Тъй като, докато той се върти, заключването се поддържа.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
Виждате ли? Мога да коригирам и мога да въртя свръхпроводника.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
Имаме движение без търкане. Той все още левитира, но може да се мести свободно наоколо.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
Така че имаме квантово заключване и можем да го левитираме над този магнит.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
Но колко флуксони, колко магнитни нишки са в един диск като този?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
Ами можме да изчислим, и се оказва, доста.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
Сто милиарда частици на магнитното поле в този диск от три инча.
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
Но това не е страхотната част още, защото все още не съм ви казал нещо.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
И да, невероятната част е, че този свръхпроводник, който виждате тук
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
е само половин микрон дебел. Това е изключително тънко.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
И този изключително тънък слой може да левитира повече от 70 000 пъти теглото си.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
Това е забележителен ефект. Това е много силно.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
Сега мога да разширя този кръгов магнит,
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
и да създам каквото поле си поискам.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
Например мога да направя голяма кръгова релса тук.
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
Когато поставя свръхпроводящия диск върху тази релса,
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
той се движи свободно.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(Аплодисменти)
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
И отново, това не е всичко. Мога да коригирам позицията му така, както и да го завъртя,
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
и той свободно се премества в това ново положение.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
И дори мога да опитам ново нещо; нека да го опитаме за първи път.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
Мога да взема този диск и да го поставя тук,
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
и докато той остава тук - не се премества -
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
ще се опитам да завъртя коловоза,
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
и да се надяваме, ако го направих правилно,
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
той ще остане във въздуха.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(Аплодисменти)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
Вие виждате, това е квантово заключване, не левитация.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
Сега, докато го оставя да се върти още малко,
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
Нека да ви разкажа малко повече за свръхпроводниците.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
Сега - (смях) -
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
Ссега знаем, че сме в състояние да прехвърлим огромно количество енергия в свръхпроводниците,
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
така че да можем да ги използваме, за да се получат силни магнитни полета,
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
като необходимите за ЯМР машините, ускорителите на частици и т. н.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
Но ние също можем да съхраняваме енергия, използвайки свръхпроводниците,
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
защото нямаме разсейване.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
И ние също можем да произвеждаме силови кабели, да прехвърляме огромни количества енергия между електроцентрали.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
Представете си, да можете да архивирате единична електроцентрала с един свръхпроводящ кабел.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
Но какво е бъдещето на квантовата левитация и квантовото заключване?
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
Ами нека да отговоря на този прост въпрос с пример.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
Представете си, че имате диск, подобен на този, който имам тук в ръката си,
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
три инча в диаметър, с една разлика.
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
Свръхпроводящият слой, вместо да е половин микрон тънък,
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
е два милиметра тънък, доста тънък.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
Този два милиметъра тънък свръхпроводящ слой може да държи 1000 килограма, малък автомобил, в ръката ми.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
Невероятно. Благодаря ви.
10:03
(Applause)
117
587494
15080
(Аплодисменти)
ABOUT THE SPEAKER
Boaz Almog - Quantum ResearcherBoaz Almog uses quantum physics to levitate and trap objects in midair. Call it "quantum levitation."
Why you should listen
In October 2011, Boaz Almog demonstrated how a superconducting disk can be trapped in a surrounding magnetic field to levitate above it, a phenomenon called “quantum levitation.” This demonstration, seemingly taken from a sci-fi movie, is the result of many years of R&D on high-quality superconductors. By using exceptional superconductors cooled in liquid nitrogen, Almog and his colleague Mishael Azoulay at the superconductivity group at Tel Aviv University (lead by Prof. Guy Deutscher) were able to demonstrate a quantum effect that, although well known to physicists worldwide, had never been seen and demonstrated in such a compelling way.
Experiment credits:
Prof. Guy Deutscher, Mishael Azoulay and Boaz Almog
High Tc Superconductivity Group
School of Physics and Astronomy
Tel Aviv University
Watch more footage from this demo >>
Boaz Almog | Speaker | TED.com