TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
בועז אלמוג: "ריחוף" של מוליך-על
Filmed:
Readability: 4.6
2,644,569 views
איך יכול דיסק סופר-דק בקוטר שבעה וחצי סנטימטרים לרחף עם משקל שהוא פי 70,000 ממשקלו העצמי? בהדגמה העתידנית והמרתקת הזו, בועז אלמוג מראה לנו כיצד תופעה שנקראת נעילה קוואנטית מאפשרת לדיסק מוליך-על לרחף מעל מסילה מגנטית -- לגמרי ללא חיכוך וללא איבוד אנרגיה.
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
התופעה שראיתם כאן לרגע קצר
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
נקראת ריחוף ונעילה קוואנטית.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
האובייקט שריחף כאן עכשיו
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
נקרא מוליך-על.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
מוליכות על הינה מצב קוואנטי של חומר,
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
שקורה רק מתחת לטמפרטורה קריטית כלשהיא.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
זו תופעה דיי ישנה.
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
גילו אותה בערך לפני מאה שנים.
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
למרות זאת, רק לאחרונה,
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
תודות למספר התקדמויות טכנולוגיות,
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
אנחנו יכולים להדגים לכם
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
ריחוף קוואנטי ונעילה קוואנטית.
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
אם כן, מוליך-על מוגדר על ידי שתי תכונות.
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
הראשונה היא אפס התנגדות חשמלית,
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
והשניה היא הדחיה של שדה מגנטי מתוך החלק הפנימי של מוליך-העל.
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
נשמע קצת מסובך, לא?
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
מה היא התנגדות חשמלית?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
זרם חשמלי הוא זרימה של אלקטרונים בתוך חומר.
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
האלקטרונים הללו, תוך כדי זרימה,
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
82771
2688
מתנגשים עם האטומים, ובהתנגשויות הללו
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
הם מאבדים כמות מסויימת של אנרגיה.
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
האנרגיה הזאת מתפזרת בצורת חום, אתם מכירים את האפקט הזה.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
לעומת זאת, בתוך מוליך-על אין התנגשויות,
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
ולכן אין איבוד ופיזור של אנרגיה.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
זה דיי מרשים. תחשבו על זה.
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
בפיזיקה קלאסית, תמיד יש איזה שהוא חיכוך, איבוד אנרגיה כלשהוא.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
אבל לא כאן, בגלל האפקט הקוואנטי הזה.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
אבל זה לא הכל, כיוון שמוליכי-על לא אוהבים שדות מגנטיים.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
לכן מוליך-העל ינסה להוציא ולהרחיק את השדה המגנטי מתוכו,
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
והוא יכול לעשות זאת על ידי זרמים מעגליים.
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
השילוב של שני האפקטים הללו --
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
ההרחקה של השדה המגנטי וההתנגדות האפסית למעבר זרם חשמלי --
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
היא בדיוק מוליך-על.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
אבל התמונה לא תמיד מושלמת, כמו שאנחנו יודעים,
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
ולפעמים מספר גדילים של שדה מגנטי נשארים בתוך מוליך-העל.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
תחת התנאים המתאימים, שיש לנו כאן,
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
הגדילים האלה של השדה המגנטי יכולים להילכד בתוך מוליך-העל.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
הגדילים האלה של השדה המגנטי בתוך מוליך-העל,
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
באים בכמויות בדידות.
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
למה? בגלל שזו תופעה קוואנטית (מנתית). זו פיזיקה קוואנטית.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
ומתברר שהם מתנהגים כחלקיקים קוואנטים.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
בסרט הזה כאן, אתם יכולים לראות איך הם זורמים אחד אחרי השני בצורה בדידה.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
זהו גדיל של שדה מגנטי. אלו אינם חלקיקים,
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
אולם הם מתנהגים כמו חלקיקים.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
לכן, זו הסיבה שבגללה אנו קוראים לתופעה הזו "ריחוף קוואנטי ונעילה קוואטית".
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
אבל מה קורה למוליך-על כאשר אנו מניחים אותו בתוך שדה מגנטי?
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
ובכן, ישנם גדילים של השדה המגנטי שנשארים בפנים,
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
אבל מוליך-העל לא אוהב את הרעיון שהם מסתובבים שם,
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
בגלל שהתנועות שלהם גורמות לפיזור אנרגיה,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
שגורם לשבירה של המצב של מוליכות-העל.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
אז מה שהוא עושה, זה שהוא נועל את הגדילים הללו,
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
שנקראים שטפים (פלקסונים), הוא נועל אותם במקום.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
ובכך שהוא עושה זאת, מה שהוא עושה בכך, זה שהוא נועל את עצמו במקום.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
למה? כיוון שכל תנועה של מוליך-העל תשנה את מיקומם,
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
תשנה את ההיערכות שלהם.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
אז אנחנו מקבלים נעילה קוואנטית. תנו לי להראות לכם כיצד זה עובד.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
יש לי כאן מוליך-על, הוא עטוף על מנת שישאר קר מספיק זמן.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
וכאשר אני מניח אותו מעל למגנט רגיל,
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
הוא נשאר נעול במקומו באוויר.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(מחיאות כפיים)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
זה לא רק ריחוף, זו לא רק דחייה.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
אני יכול לסדר מחדש את הפלקסונים, והוא יהיה נעול במצב אחר.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
ככה, או שאני אזיז אותו מעט לימין או לשמאל.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
זאת נעילה קוואנטית -- זו למעשה נעילה -- נעילה תלת מימדית של המיקום של מוליך-העל.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
כמובן, אני יכול להפוך אותו,
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
והוא ישאר נעול במקומו.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
עכשיו כשאנחנו מבינים שהריחוך הזה הוא בעצם נעילה,
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
כן.. אנחנו מבינים את זה.
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
לא תהיו מופתעים לשמוע שאם אני אקח את המגנט המעגלי הזה,
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
שבו השדה המגנטי הוא אחיד מסביב,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
מוליך-העל יהיה חופשי להסתובב סביב הציר של המגנט.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
למה? כיוון שכל עוד הוא מסתובב, הנעילה נשארת אותו דבר.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
אתם רואים? אני יכול לכוון ולסובב את מוליך-העל.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
אנחנו מקבלים תנועה ללא חיכוך. הוא עדיין מרחף אבל הוא יכול לנוע בחופשיות מסביב.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
אז יש לנו נעילה קוואנטית ואנחנו יכולים לגרום לו לרחף מעל המגנט הזה.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
אבל כמה פלקסונים, כמה גדילים מגנטיים יש בתוך דיסק אחד כזה?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
ובכן, אנחנו יכולים לחשב את זה, ומסתבר, שיש דיי הרבה.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
מאה מליארד גדילים של שדה מגנטי נמצאים בתוך הדיסק הזה בקוטר שבעה וחצי סנטימטר.
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
אבל זה עדיין לא הקטע המדהים, כיוון שיש משהו שעוד לא סיפרתי לכם.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
הקטע המדהים הוא שמוליך-העל הזה שאתם רואים כאן
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
הוא בעובי של חצי מיקרון בסך הכל. זה דק מאוד.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
והשכבה הדקה הזאת יכולה לרחף עם משקל שהוא פי 70,000 מהמשקל העצמי שלה.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
זהו אפקט בלתי רגיל. זה מאוד חזק.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
עכשיו, אני יכול להרחיב את המגנט המעגלי הזה,
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
ולהפוך אותו לאיזה מסילה שאני רוצה.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
למשל, אני יכול לבנות מסילה מעגלית גדולה.
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
וכאשר אני מניח את מוליך-העל על המסילה,
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
הוא יכול לנוע בחופשיות.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(מחיאות כפיים)
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
ושוב, זה לא הכל, אני יכול לשנות את המצב שלו, ולסובב,
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
והוא ינוע בחופשיות במצבו החדש.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
אני אפילו יכול לעשות משהו חדש. בואו ננסה את זה בפעם הראשונה.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
אני יכול לקחת את הדיסק הזה ולשים אותו כאן,
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
וכאשר הוא נשאר במקומו -- אל תזוז --
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
אני אנסה להפוך את המסילה,
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
ובתקווה, אם אני עושה את זה נכון,
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
הוא נשאר תלוי.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(מחיאות כפיים)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
אתם רואים, זאת נעילה קוואנטית, לא ריחוף.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
בזמן שאני אתן לו להסתובב עוד קצת,
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
אני רוצה לספר לכם עוד קצת על מוליכי-על.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
עכשיו -- (צחוק) --
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
עכשיו אנו יודעים שאנחנו יכולים להעביר כמויות אדירות של זרם בתוך מוליכי-על,
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
אז אנחנו יכולים להשתמש בהם על מנת ליצור שדות מגנטיים חזקים,
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
כמו אלה שבהם משתמשים במכשירי MRI, מאיצי חלקיקים וכן הלאה.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
אבל אנחנו גם יכולים לאגור אנרגיה בעזרת מוליכי-על,
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
כיוון שאין לנו פיזור של האנרגיה.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
ואנחנו יכולים לייצר כבלי חשמל, שיעבירו זרמים אדירים של חשמל בין תחנות כח.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
תארו לעצמכם שיכולתם לגבות תחנת כח בעזרת כבל יחיד של מוליך-על.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
אך מהו העתיד של ריחוף קוואנטי ונעילה קוואנטית?
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
ובכן, תנו לי לענות לשאלה הזו על ידי דוגמה.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
דמיינו שיהיה לכם דיסק דומה למה שיש לי כאן ביד,
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
בקוטר שבעה וחצי סנטימטר, עם הבדל אחד.
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
שכבת מוליך-העל, במקום להיות בעובי של חצי מיקרון,
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
תהיה בעובי שני מילימטרים, די דק.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
השכבה הזו, בעובי שני מילימטרים של מוליך-על, תוכל להרים 1,000 קילוגרמים, מכונית קטנה, ביד שלי.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
מדהים. תודה רבה.
10:03
(Applause)
117
587494
15080
(מחיאות כפיים)
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