TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
Boaz Almog "levituje" supravodič
Filmed:
Readability: 4.6
2,644,569 views
Ako môže supertenký, trojpalcový disk zdvihnúť niečo 70 000-násobne ťažšie, ako je jeho hmotnosť? V strhujúcej, futuristickej ukážke Boaz Almog predvádza, ako jav, známy ako kvantové uzamykanie, umožňuje supravodivému disku vznášať sa ponad magnetickú trať – úplne bez trenia a s nulovou stratou 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
Úkaz, ktorý ste tu na krátku chvíľu videli,
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
sa nazýva kvantová levitácia a kvantové uzamknutie.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
A objekt, ktorý tu levitoval,
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
sa nazýva supravodič.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
Supravodivosť je kvantový stav hmoty
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
a objavuje sa iba pod určitou kritickou teplotou.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
Je to celkom starý úkaz;
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
bol objavený pred 100 rokmi.
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
Avšak, iba posledne,
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
zásluhou niekoľkých technologických pokrokov,
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
sme teraz schopní ukázať vám
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
kvantovú levitáciu a kvantové uzamknutie.
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
Takže, supravodič je definovaný dvoma vlastnosťami.
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
Prvým
je nulový elektrický odpor
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 druhým
je vypudzovanie magnetického poľa z vnútra supravodiča.
je vypudzovanie magnetického poľa z vnútra supravodiča.
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
Znie to komplikovane, že?
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
Ale čo je elektrický odpor?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
Elektrina je prúdenie elektrónov v materiáli.
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
A ako tieto elektróny prúdia,
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
82771
2688
kolidujú s atómami a pri týchto kolíziách
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
stratia určité množstvo energie.
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
A túto energiu uvoľnia vo forme tepla, ten efekt poznáte.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
Avšak v supravodiči nie sú kolízie,
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
takže niet uvoľňovania energie.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
Je to celkom pozoruhodné. Zamyslite sa nad tým.
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
V klasickej fyzike vždy existuje nejaké trenie, nejaká strata energie.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
Ale tu nie, pretože je to kvantový efekt.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
Ale to nie je všetko, pretože supravodiče nemajú radi magnetické polia.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
Takže supravodič sa pokúsi vylúčiť magnetické pole z vnútra
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
a má možnosť to urobiť cirkulujúcimi prúdmi.
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
Kombináciou oboch efektov –
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
vylúčenie magnentických polí a nulový elektrický odpor –
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
je práve supravodič.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
Ale táto predstava nie je vždy perfektná, ako všetci vieme,
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
a niekedy vlákna magnetického poľa ostávajú v supravodiči.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
Za náležitých podmienok, ktoré tu máme,
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
tieto vlákna magnetického poľa môžu byť uväznené v supravodiči.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
A tieto vlákna magnetického poľa v supravodiči
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
sa nachádzajú v oddelených množstvách.
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
Prečo? Lebo je to kvantový jav. Je to kvantová fyzika.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
A ukazuje sa, že sa správajú ako kvantové častice.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
Tu, v tomto filme, môžete vidieť, ako prúdia oddelene jeden po druhom.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
Toto sú vlákna magnetického poľa. Nie sú to častice,
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
ale chovajú sa ako častice.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
Takže preto nazývame tento efekt kvantovou levitáciou a kvantových uzamykaním.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
Ale čo sa stane so supravodičom, keď ho dáme do magnetického poľa?
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
Najprv tam ostanú vlákna magnetického poľa,
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
ale supravodiču sa nepáči, keď sa pohybujú navôkol,
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
pretože ich pohyb spotrebúva energiu,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
čo prerušuje stav supravodivosti.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
Takže v skutočnosti uzamkne tieto vlákna,
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
ktoré sa nazývajú fluxóny a zamkne tieto fluxóny na mieste.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
A tým sa vlastne sám uzamkne na mieste.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
Prečo? Lebo každý pohyb supravodiča zmení ich miesto,
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
zmení ich konfiguráciu.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
Takže dostávame kvantové uzamykanie. A ukážem vám, ako to funguje.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
Mám tu supravodič, ktorý je tak obalený, takže ostane chladný dostatočne dlho.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
A keď ho umiestnim na bežný magnet,
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
zostane uzamknutý vo vzduchu.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(potlesk)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
Toto nie je jednoducho levitácia. Nie je to odpudivosť.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
Môžem preskupiť fluxóny a bude to uzamknuté v tejto novej konfigurácii.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
Takto, alebo pohnúť ho mierne doprava, alebo doľava.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
Takže toto je kvantové uzamykanie – skutočné uzamykanie – trojdimenzionálne uzamykanie supravodiča.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
Samozrejme, môžem ho otočiť hore nohami
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
a ostane uzamknutý.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
Teraz, keď chápeme, že táto takzvaná levitácia je vlastne uzamykanie,
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
áno, chápeme to,
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
nebudete prekvapení, keď poviem, že ak vezmem tento kruhový magnet,
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
v ktorom je magnetické pole všade rovnaké,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
supravodič bude schopný voľne rotovať po osi magnetu.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
Prečo? Pretože pokiaľ rotuje, uzamknutie je zachované.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
Vidíte? Môžem supravodič upraviť a môžem ho rotovať.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
Máme pohyb bez trenia. Stále levituje, ale môže sa pohybovať všade voľne.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
Takže máme kvantové uzamykanie a môžeme ho levitovať na tomto magnete.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
Ale koľko fluxónov, koľko magnetických vlákien existuje v jedinom disku, ako je tento?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
Môžeme to spočítať a ukazuje sa, že je to dosť veľa.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
Sto miliárd vlákien magnetického poľa v tomto trojpalcovom disku (7,62cm).
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 ešte nie je tá úžasná časť, pretože som vám ešte čosi nepovedal.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
A, áno, úžasná časť je, že tento supravodič, ktorý tu vidíte,
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
je iba pol mikrónu hrubý. Je extrémne tenký.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
A táto extrémne tenká vrstva je schopná zdvihnúť viac ako 70 000-násobok vlastnej váhy.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
Je to pozoruhodný efekt. Je veľmi silný.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
Ďalej, môžem predĺžiť tento magnet
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
a urobiť akúkoľvek trať, akú chcem.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
Napríklad, môžem urobiť túto veľkú kruhovú trať.
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
A keď umiestnim supravodivý disk na túto trať,
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
pohybuje sa voľne.
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 znova, to nie je všetko. Môžem upraviť jeho pozíciu, takto, a rotovať
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
a on sa voľne pohybuje v tejto novej pozícii.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
A môžem tiež vyskúšať novú vec; vyskúšajme to po prvý krát.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
Môžem vziať tento disk a dať ho sem
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
a kým tu ostáva – nehýb sa –
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
pokúsim sa otočiť trať
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
a snáď, ak som to urobil správne,
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
ostane zavesený.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(potlesk)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
Vidíte, je to kvantové uzamykanie, nie levitácia.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
Kým to nechám ešte trochu obiehať,
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
poviem vám niečo o supravodičoch.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
(smiech)
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
Teraz vieme, že sme v supravodičoch schopní prenášať enormné veľkosti prúdov,
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
takže ich môžeme použiť na vytvorenie silných magnetických polí,
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
ktoré sú potrebné v prístrojoch na mag. rezonanciu, v časticových urýchľovačoch a tak ďalej.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
Ale tiež môžeme skladovať energiu použitím supravodičov,
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
pretože nemáme žiadnu uvoľňovanie.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
A tiež by sme mohli vyrobiť káble na prenos obrovských prúdov medzi elektrickými stanicami.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
Predstavte si, že by ste mohli zálohovať jednu elektrickú stanicu s jediným supravodivým káblom.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
Ale aká je budúcnosť kvantovej levitácie a kvantového uzamykania?
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
Odpoviem na túto jednoduchú otázku tým, že vám dám príklad.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
Predstavte si, že by ste mali disk podobný tomu, ktorý mám tu v ruke,
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
s priemerom tri palce, s jediným rozdielom.
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
Vrstva supravodiča by bola hrubá namiesto pol mikrónu
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
dva milimetre, celkom tenká.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
Táto dvojmilimetrová vrstva supravodiča by mohla udržať 1000 kilogramov, malé auto, v mojej ruke.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
Úžasné. Ďakujem.
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