TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
Ο Μπόαζ Άλμογκ «αιωρεί» έναν υπεραγωγό
Filmed:
Readability: 4.6
2,644,569 views
Πώς μπορεί ένας υπέρ-λεπτός, τριών ιντσών δίσκος να αιωρεί 70.000 φορές το βάρος του; Σε μια καθηλωτική, φουτουριστική επίδειξη, ο Μπόαζ Άλμογκ δείχνει πώς ένα φαινόμενο, γνωστό ως κβαντικό κλείδωμα, επιτρέπει σε έναν υπεραγώγιμο δίσκο να αιωρείται πάνω από μία μαγνητική τροχιά -- χωρίς καθόλου τριβές και με μηδενική απώλεια ενέργειας.
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
Το φαινόμενο το οποίο είδατε εδώ για λίγο
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
ονομάζεται κβαντική αιώρηση και κβαντικό κλείδωμα.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
Το αντικείμενο το οποίο αιωρούταν εδώ
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
ονομάζεται υπεραγωγός.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
Η υπεραγωγιμότητα είναι μία κβαντική φάση της ύλης,
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
και συμβαίνει μόνο κάτω από μια συγκεκριμένη κρίσιμη θερμοκρασία.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
Είναι αρκετά παλιό φαινόμενο,
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
ανακαλύφθηκε πριν από 100 χρόνια.
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
Ωστόσο, μόνο πρόσφατα,
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
χάρη σε διάφορες τεχνολογικές εξελίξεις,
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
είμαστε σε θέση να σας παρουσιάσουμε
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
την κβαντική αιώρηση και το κβαντικό κλείδωμα.
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
Ο υπεραγωγός ορίζεται από δύο ιδιότητες.
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
Η πρώτη είναι: μηδενική ηλεκτρική αντίσταση,
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
και η δεύτερη είναι: εξώθηση του μαγνητικού πεδίου από το εσωτερικό του υπεραγωγού.
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
Ακούγεται περίπλοκο, σωστά;
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
Αλλά τι είναι η ηλεκτρική αντίσταση;
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
Ηλεκτρισμός είναι η ροή των ηλεκτρονίων μέσα σε ένα υλικό.
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
Αυτά τα ηλεκτρόνια, ενώ κινούνται,
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
82771
2688
συγκρούονται με τα άτομα και σ' αυτές τις συγκρούσεις
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
χάνουν μία συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας.
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
Στη συνέχεια διαχέουν αυτή την ενέργεια με τη μορφή θερμότητας, και ξέρετε το αποτέλεσμα.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
Ωστόσο, μέσα στον υπεραγωγό δεν πραγματοποιούνται συγκρούσεις,
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
οπότε δεν υπάρχει διάχυση ενέργειας.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
Είναι πραγματικά αξιοθαύμαστο. Σκεφτείτε το.
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
Στην κλασσική φυσική, υπάρχει πάντα κάποια τριβή,
κάποια απώλεια ενέργειας.
κάποια απώλεια ενέργειας.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
Αλλά όχι εδώ, επειδή είναι ένα κβαντικό φαινόμενο.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
Αλλά δεν είναι μόνο αυτό, γιατί οι υπεραγωγοί δεν αγαπούν τα μαγνητικά πεδία.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
Ο υπεραγωγός θα προσπαθήσει να διώξει το μαγνητικό πεδίο από το εσωτερικό του
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
και έχει τα μέσα να το κάνει αυτό με την κυκλοφορία των ρευμάτων.
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
Ο συνδυασμός αυτών των δύο φαινομένων --
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
η έξωση των μαγνητικών πεδίων και η μηδενική ηλεκτρική αντίσταση
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
είναι ακριβώς ένας υπεραγωγός.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
Αλλά η εικόνα δεν είναι πάντα τέλεια, όπως όλοι γνωρίζουμε,
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
και κάποιες φορές γραμμές μαγνητικού πεδίου παραμένουν στο εσωτερικό του υπεραγωγού.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
Κάτω από κατάλληλες συνθήκες, που έχουμε εδώ,
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
αυτές οι γραμμές μαγνητικού πεδίου μπορεί να παγιδευτούν στο εσωτερικό του υπεραγωγού.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
Αυτές οι γραμμές μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό του υπεραγωγού,
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
έρχονται σε διακριτές ποσότητες.
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
Γιατί; Επειδή πρόκειται για κβαντικό φαινόμενο. Είναι κβαντική φυσική.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
Και αποδεικνύεται ότι συμπεριφέρονται σαν κβαντικά σωματίδια.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
Σε αυτή την ταινία, μπορείτε να δείτε πώς ρέουν μία-μία διακριτά.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
Αυτές είναι γραμμές μαγνητικού πεδίου. Δεν είναι σωματίδια,
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
αλλά συμπεριφέρονται σαν σωματίδια.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
Γι΄αυτό και ονομάζουμε αυτό το φαινόμενο κβαντική αιώρηση και κβαντικό κλείδωμα.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
Αλλά τι συμβαίνει στον υπεραγωγό όταν τον βάζουμε μέσα σε μαγνητικό πεδίο;
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
Πρώτον, κάποιες γραμμές μαγνητικού πεδίου έχουν παραμείνει στο εσωτερικό του
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
αλλά τώρα ο υπεραγωγός δεν θέλει να μετακινούνται
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
γιατί οι κινήσεις τους διαχέουν ενέργεια,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
η οποία καταστρέφει την υπεραγώγιμη φάση.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
Έτσι αυτό που κάνει είναι να κλειδώνει αυτές τις γραμμές,
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
οι οποίες ονομάζονται φλαξόνια, και τις κλειδώνει στη θέση τους.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
Και κάνοντας αυτό, στην πραγματικότητα κλειδώνεται ο ίδιος στη θέση του.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
Γιατί; Επειδή οποιαδήποτε κίνηση του υπεραγωγού θα αλλάξει τη θέση τους,
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
θα αλλάξει τη διάταξή τους.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
Έτσι δημιουργείται το κβαντικό κλείδωμα. Και τώρα μπορώ να σας δείξω πώς δουλεύει.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
Έχω εδώ έναν υπεραγωγό, τον οποίο έχω τυλίξει, ώστε να μένει κρύος αρκετή ώρα.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
Και όταν τον τοποθετώ στο πάνω μέρος ενός κανονικού μαγνήτη
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
μένει κλειδωμένος στον αέρα.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(Χειροκρότημα)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
Τώρα, αυτό δεν είναι απλώς αιώρηση. Δεν είναι απλώς απώθηση.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
Μπορώ να αναδιατάξω τα φλαξόνια και θα κλειδωθούν στη νέα θέση.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
Έτσι, ή λίγο προς τα δεξιά ή προς τ΄αριστερά.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
Αυτό είναι το κβαντικό κλείδωμα --πραγματικά κλείδωμα-- το τρισδιάστατο κλείδωμα του υπεραγωγού.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
Φυσικά, μπορώ να τον αναποδογυρίσω,
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
και θα παραμείνει κλειδωμένος.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
Τώρα που καταλαβαίνουμε ότι αυτή η λεγόμενη αιώρηση είναι στην πραγματικότητα κλείδωμα--
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
ναι, το καταλαβαίνουμε αυτό.
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
Δεν θα εκπλαγείτε να ακούσετε ότι αν πάρω αυτόν τον κυκλικό μαγνήτη,
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
στον οποίο το μαγνητικό πεδίο είναι το ίδιο παντού,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
ο υπεραγωγός θα μπορεί να περιστρέφεται ελεύθερα γύρω από τον άξονα του μαγνήτη.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
Γιατί; Επειδή όσο περιστρέφεται, το κλείδωμα διατηρείται.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
Βλέπετε; Μπορώ να προσαρμόσω και να περιστρέψω τον υπεραγωγό.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
Έχουμε κίνηση χωρίς τριβές. Ακόμα αιωρείται, αλλά μπορεί να μετακινείται ελεύθερα παντού.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
Έτσι, έχουμε κβαντικό κλείδωμα και μπορούμε να το κάνουμε να αιωρείται πάνω σ' αυτό τον μαγνήτη.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
Αλλά πόσα φλαξόνια, πόσες μαγνητικές γραμμές υπάρχουν σε ένα μόνο δίσκο σαν κι αυτόν;
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
Μπορούμε να τις υπολογίσουμε, και αποδεικνύεται ότι είναι πολλές.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
Εκατό δισεκατομμύρια γραμμές μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό αυτού του δίσκου πάχους τριών ιντσών.
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
Αλλά αυτό δεν είναι το εκπληκτικό μέρος ακόμα, γιατί υπάρχει κάτι που δε σας έχω πει.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
Και, ναι, το εκπληκτικό μέρος είναι ότι αυτός ο υπεραγωγός που βλέπετε εδώ
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
έχει πάχος μόλις μισό μικρόμετρο. Είναι εξαιρετικά λεπτός.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
Αυτό το εξαιρετικά λεπτό στρώμα είναι σε θέση να σηκώσει πάνω από 70.000 φορές το βάρος του.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
Είναι ένα αξιοθαύμαστο φαινόμενο. Πολύ ισχυρό.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
Τώρα, μπορώ να επιμηκύνω αυτόν τον κυκλικό μαγνήτη,
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
και να κάνω όποια τροχιά θέλω.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
Για παράδειγμα, μπορώ να κάνω μια μεγάλη κυκλική γραμμή εδώ.
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
Και όταν τοποθετήσω τον υπεραγώγιμο δίσκο πάνω σ' αυτή την γραμμή,
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
κινείται ελεύθερα.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(Χειροκρότημα)
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
Και πάλι, αυτό δεν είναι όλο. Μπορώ να προσαρμόσω τη θέση του, έτσι, και να το περιστρέψω
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
και μετακινείται ελεύθερα σ' αυτή τη νέα θέση.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
Μπορώ ακόμη να προσπαθήσω κάτι καινούριο.
Ας το δοκιμάσουμε για πρώτη φορά.
Ας το δοκιμάσουμε για πρώτη φορά.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
Μπορώ να πάρω αυτό τον δίσκο και να τον βάλω εδώ
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
και ενώ μένει εδώ --μην κουνηθείτε--
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
θα προσπαθήσω να μετακινήσω την τροχιά
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
κι ελπίζουμε, αν το έκανα σωστά,
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
να παραμένει στον αέρα.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(Χειροκρότημα)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
Βλέπετε, είναι κβαντικό κλείδωμα, όχι αιώρηση.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
Τώρα, ενώ το αφήνω να περιστραφεί λίγο ακόμα,
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
επιτρέψτε μου να σας πω λίγα πράγματα για τους υπεραγωγούς.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
Τώρα -- (Γέλια) --
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
Τώρα ξέρουμε ότι είμαστε σε θέση να μεταφέρουμε τεράστιες ποσότητες ρεύματος στο εσωτερικό υπεραγωγών,
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
και έτσι να τους χρησιμοποιήσουμε για να παράγουμε ισχυρά μαγνητικά πεδία,
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
όπως απαιτείται σε μηχανήματα μαγνητικής τομογραφίας, επιταχυντές σωματιδίων και ούτω καθεξής.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
Αλλά μπορούμε επίσης να αποθηκεύσουμε ενέργεια με υπεραγωγούς,
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
διότι δεν έχουμε καθόλου διάχυση.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
Θα μπορούσαμε να φτιάξουμε καλώδια τροφοδοσίας, για να μεταφέρουμε τεράστια ποσότητα ρεύματος μεταξύ σταθμών ηλεκτρικής ενέργειας.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
Φανταστείτε να μπορούσατε να υποστηρίξετε έναν ηλεκτρικό σταθμό με ένα μόνο υπεραγώγιμο καλώδιο.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
Αλλά ποιο είναι το μέλλον της κβαντικής αιώρησης και του κβαντικού κλειδώματος;
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
Επιτρέψτε μου να απαντήσω αυτή την απλή ερώτηση, δίνοντάς σας ένα παράδειγμα.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
Φανταστείτε να είχατε ένα δίσκο παρόμοιο με αυτό που έχω εδώ στα χέρια μου,
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
διαμέτρου τριών ιντσών, με μία μόνο διαφορά.
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
Το υπεραγώγιμο στρώμα, αντί να έχει πάχος μισό μικρόμετρο,
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
να έχει πάχος δύο χιλιοστά, αρκετά λεπτό.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
Αυτό το υπεραγώγιμο στρώμα πάχους δύο χιλιοστών, θα μπορούσε να κρατήσει 1.000 κιλά,
ένα μικρό αυτοκίνητο, στο χέρι μου.
ένα μικρό αυτοκίνητο, στο χέρι μου.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
Απίστευτο. Σας ευχαριστώ
10:03
(Applause)
117
587494
15080
(Χειροκρότημα)
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