TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
Boaz Almog "levituje" supravodič
Filmed:
Readability: 4.6
2,644,569 views
Jak může super tenký, 7 a půl centimetrový disk nadnášet něco, co je 70.000krát těžší než jeho vlastní váha? Ve strhující a futuristické ukázce Boaz Almog předvádí, jak jev, zvaný kvantové uzamykání, umožňuje supravodivému disku plout po magnetické dráze -- zcela bez odporu a jakékoliv ztráty energie.
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
Jev, který jste teď na malý moment zahlédli,
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
se nazývá kvantová levitace a kvantové uzamykání.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
A objektu, který zde levitoval,
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
se říká supravodič.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
Supravodivost je kvantový stav látky,
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
který nastává pouze pod určitou - kritickou - teplotou.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
Tento jev je znám poměrně dlouho,
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
byl objeven před 100 lety.
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
Nicméně až teprve nedávno,
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
díky několika technologickým posunům,
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
jsme vám teď schopni demonstrovat
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
kvantovou levitaci a kvantové uzamykání
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
Takže, supravodič je definován dvěma vlastnostmi.
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
První je nulový elektrický odpor,
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
a ten druhý odpuzování magnetického pole zevnitř supravodiče.
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
Zní to komplikovaně, že?
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
ale co vlastně je elektrický odpor?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
Elektrický proud je proud elektronů uvnitř nějakého materiálu.
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
A tyto elektrony během svého průchodu
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
82771
2688
naráží na atomy a kvůli těmto srážkám
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
ztrácí určité množství energie.
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
Tato energie je rozptýlena ve formě tepla, což znáte.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
Nicméně uvnitř supravodiče k žádným srážkám nedochází,
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
a tedy zde není ani rozptyl energie.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
To je docela pozoruhodné. Zamyslete se nad tím.
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
V klasické fyzice vždy dochází k nějakému tření, ke ztrátě energie.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
Ale tady ne, protože to je kvantový efekt.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
Ale to není vše, protože supravodiče nemají rády magnetická pole.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
Supravodič se bude snažit magnetické pole zevnitř vypudit
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
a to má co do činění s vířivými proudy.
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
A teď -- kombinace obou efektů --
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
tedy odpuzování magnetických polí a nulový el. odpor --
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
to je přesně supravodič.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
Ale ne vždy je to tak dokonalé, jak všichni víme,
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
a občas svazky magnetických siločar zůstanou uvnitř supravodiče.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
Za určitých podmínek, které tu zrovna máme,
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
mohou být tyto svazky uvězněny uvnitř supravodiče.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
a tyto svazky uvnitř supravodiče,
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
se vyskytují v nespojitých hodnotách.
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
Proč? Protože to je kvantový jev. To je kvantová fyzika.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
A ukazuje se, že se chovají jako kvantové částice.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
V tomto videu vidíte, jak proudí odděleně jeden po druhém.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
Jsou to svazky magnetických siločar. Nejsou to částice,
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
ale jako částice se chovají.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
Z tohoto důvodu tento efekt nazýváme kvantovou levitací a kvantovým uzamykáním.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
Co se ale stane se supravodičem, pokud ho umístíme dovnitř magnetického pole?
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
Prvně, uvnitř zůstávají svazky magnetických siločar
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
ale teď se supravodiči nelíbí, když se pohybují kolem,
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
protože jejich pohyb plýtvá energií,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
což narušuje stav supravodivosti.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
takže vlastně dělá to, že uzamkne svazky,
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
zvané fluxony, na místě
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
a tím vlastně ukotví na místě i sám sebe.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
Proč? Jakýkoliv pohyb supravodiče změní jejich umístění
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
a konfiguraci.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
To máme kvantové uzamykání. A teď vám ukážu jak to funguje.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
Mám tady supravodič, který jsem obalil, takže vydrží dostatečně dlouho studený.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
A když ho umístím na povrch pravidelného magnetu,
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
zůstane viset ve vzduchu.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(Potlesk)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
Není to jenom levitace, není to jen odpuzování.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
Mohu přemístit fluxony a uzamkne se to i v této nové konfiguraci.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
Třeba takto, nebo to můžu posunout lehce doprava nebo doleva.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
Tak tohle je kvantové uzamykání -- třírozměrné uzamykání supravodiče.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
Samozřejmě jej mohu obrátit
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
a zůstane ukotven.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
Teď už chápeme, že takzvané levitování je ve skutečnosti uzamykání.
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
Jo, rozumíme tomu.
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
Nebudete překvapeni, když vezmu kruhový magnet,
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
ve kterém je magnetické pole rovnoměrné po celé jeho délce,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
a supravodič bude schopen volně rotovat kolem osy magnetu.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
Proč? Protože dokud rotuje, tak uzamčení je udržováno.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
Vidíte? Mohu supravodič poupravit a roztočit.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
Vidíme bezodporový pohyb. Pořád levituje, ale může se volně pohybovat kolem dokola.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
Takže, máme tu kvantové uzamčení a levitaci na povrchu magnetu.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
Ale kolik fluxonů, kolik svazků mag. pole je v disku jako je tento?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
Můžeme si to spočítat, a ukazuje se, že docela hodně.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
Sto miliard svazků magnetického pole uvnitř tohoto 3palcového disku (7,5 cm).
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
Ale to ještě není ta skvělá věc, protože je tady něco, co jsem vám zatím neřekl.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
Ano, ta úžasná věc je, že tento supravodič
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
je široký pouze 0,5 mikrometru. Je extrémně tenký.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
A tato extrémně tenká vrstva je schopná nadnášet více než 70.000násobek své vlastní váhy.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
To je pozoruhodný efekt. Velmi silný.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
Mohu rozšířit tento kruhový magnet
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
a vytvořit jakoukoliv dráhu chci.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
Například můžu zde vytvořit velkou kruhovou dráhu
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
a když na ni umístím supravodivý disk,
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
volně se pohybuje.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(Potlesk)
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
A znovu -- to není vše. Můžu takto změnit jeho pozici, rotovat,
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
a on se volně v této nové pozici pohybuje.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
Dokonce bych mohl zkusit něco nového; Vyzkoušejme si to úplně poprvé.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
Vezmu disk a položím ho tady,
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
a zatímco je tady -- nehýbej se --
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
zkusím otočit s dráhou
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
a doufejme, pokud to udělám správně,
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
tak zůstane viset.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(Potlesk)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
Vidíte, je to kvantové uzamčení, ne levitace.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
Mezitím co ho nechám jezdit o trochu déle,
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
řeknu vám něco málo o supravodičích.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
Teď -- (Smích) --
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
Teď už víme, že jsme schopni supravodičem přenášet obrovské množství proudu,
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
tudíž je můžeme použít k vyvolání silných magnetických polí,
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
která jsou potřeba pro MRI přístroje (magnetická rezonance), částicové urychlovače apod.,
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
ale můžeme je také použít pro uskladnění energie,
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
protože zde nedochází k žádným ztrátám.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
Také bychom mohli vyrábět kabely k přenosu obrovského množství energie mezi elektrárnami.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
Představte si, že byste mohli zálohovat elektrárnu jediným supravodivým kabelem.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
Co je však budoucností kvantové levitace a kvantového uzamykání?
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
Odpovím vám příkladem.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
Představte si, že máte disk podobný tomu, který mám v dlani
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
3 palce v průměru (7,5 cm), s jedinou změnou.
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
Supravodivá vrstva by byla místo 0,5 mikronu
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
tenká 2 milimetry. Docela tenká.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
Tato dvoumilimetrová vrstvička by udržela až 1000 kg, malé auto, v mé ruce.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
Úžasné. Děkuji.
10:03
(Applause)
117
587494
15080
(Potlesk)
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