TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
โบอาซ อัลมอก (Boaz Almog) : ตัวนำยิ่งยวดที่ลอยตัวได้
Filmed:
Readability: 4.6
2,644,569 views
แผ่นดิสก์ขนาดสามนิ้วบางเฉียบ สามารถยกน้ำหนักกว่า 70,000 เท่าของตัวเองได้อย่างไร ในการสาธิตที่น่าตื่นตาตื่นใจ โบอาซ อัลมอก แสดงปรากฎการณ์ที่เรียกว่าการยึดตัวควอนตัม ที่ทำให้ตัวนำยิ่งยวดลอยตัวเหนือรางแม่เหล็ก และเคลื่อนที่ได้โดยไร้แรงเสียดทานและการสูญเสียพลังงาน
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
ปรากฎการณ์ที่คุณได้เห็นเมื่อครู่นี้
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
เรียกกันว่าการลอยตัวควอนตัม และการยึดตัวควอนตัม
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
และวัตถุที่ลอยตัวอยู่นี้
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
เรียกว่า ตัวนำยิ่งยวด (superconductor)
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
สภาวะตัวนำยิ่งยวด เป็นสภาวะของสารในระดับเล็กมากๆ
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
และจะเกิดขึ้นภายใต้อุณหภูมิที่ต่ำถึงจุดหนึ่งเท่านั้น
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
นั่นเป็นปรากฎการณ์ที่ค่อนข้างเก่าแล้ว
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
มันถูกค้นพบเมื่อ 100 ปีที่แล้ว
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
อย่างไรก็ตาม เพิ่งจะเมื่อไม่นานมานี้เอง
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
ที่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีหลายๆ อย่าง
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
ทำให้เราสามารถสาธิตปรากฎการณ์นี้ให้ชมได้
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
นั่นคือ การลอยตัวควอนตัม และการยึดตัวควอนตัม
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
สารตัวนำยิ่งยวด จะมีลักษณะสำคัญสองอย่าง
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
อย่างแรกคือ สภาวะความต้านทานกระแสไฟฟ้าเป็นศูนย์
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
อย่างที่สองคือ การผลักดันสนามแม่เหล็กจากภายในตัวนำยิ่งยวด
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
ฟังดูยุ่งยากใช่มั้ยครับ?
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
ความต้านทานกระแสไฟฟ้าคืออะไร?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
กระแสไฟฟ้า ก็คือการไหลของอิเล็กตรอนภายในสสาร
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
และในระหว่างที่อิเล็กตรอนไหลไปมานี้
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
82771
2688
มันจะชนเข้ากับอะตอมต่างๆ และจากการชนนี้เอง
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
มันจะสูญเสียพลังงานไปบางส่วน
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
พลังงานที่เสียไปจะกระจายตัวไปในรูปของความร้อน ซึ่งคุณคงจะเคยเห็นผลแล้ว
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
ภายในสารตัวนำยิ่งยวด จะไม่มีการชนกันของอิเล็กตรอนเลย
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
จึงไม่มีการสูญเสียพลังงานไป
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
นั่นเป็นเรื่องที่ยอดเยี่ยมมาก
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
ในฟิสิกส์สมัยก่อน มักจะต้องมีแรงต้านอยู่เสมอ มีการสูญเสียพลังงาน
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
แต่ปรากฎการณ์นี้เป็นผลในระดับควอนตัม จึงไม่เกิดขึ้น
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
ไม่ใช่แค่นั้น เพราะสารตัวนำยิ่งยวด ไม่ชอบสนามแม่เหล็ก
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
มันจึงพยายามที่จะผลักสนามแม่เหล็กออกจากตัว
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
และทำอย่างนั้นโดยการดันกระแสออกไปเป็นวง
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
การรวมตัวกันของปรากฎการณ์ทั้งสอง
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
การผลักสนามแม่เหล็ก และภาวะแรงต้านทานเป็นศูนย์นี้
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
รวมกันเรียกได้ว่า ตัวนำยิ่งยวด
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
แต่คุณก็รู้ว่า บางทีอะไรๆ ก็ไม่ได้สมบูรณ์แบบไปเสียหมด
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
บางครั้งก็ยังคงมีสนามแม่เหล็กหลงเหลืออยู่ ภายในตัวนำยิ่งยวด
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
ภายใต้ภาวะบางอย่าง ที่เรามีอยู่ในตอนนี้
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
สนามแม่เหล็กที่หลงเหลืออยู่นี้ สามารถที่จะถูกกักขังอยู่ภายในตัวนำยิ่งยวดได้
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
และสนามแม่เหล็กตกค้างเหล่านี้
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
จะมีปริมาณแน่นอนอยู่จำนวนหนึ่ง
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
ทำไมหรือ ก็เพราะนี่เป็นปรากฎการณ์ระดับควอนตัม เป็นควอนตัมฟิสิกส์
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
และกลายเป็นว่า สนามแม่เหล็กก็ทำตัวเป็นอนุภาคควอนตัมด้วย
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
ในคลิปนี้ คุณจะเห็นได้ว่า มันเคลื่อนที่ทีละก้อน
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
สิ่งเหล่านี้คือสนามแม่เหล็กที่เหลืออยู่ ไม่ใช่อนุภาคนะครับ
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
แต่มันทำตัวเหมือนกับเป็นอนุภาค
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
และนี่คือสาเหตุที่เราเรียกมันว่า
การลอยตัวควอนตัมและการยึดตัวควอนตัม
การลอยตัวควอนตัมและการยึดตัวควอนตัม
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
จะเกิดอะไรขึ้นกับตัวนำยิ่งยวด
ถ้าเราเอามันไปอยู่ในสนามแม่เหล็ก
ถ้าเราเอามันไปอยู่ในสนามแม่เหล็ก
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
อย่างแรกเลยคือ มันมีสนามแม่เหล็กหลงเหลืออยู่ภายใน
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
และตัวนำยิ่งยวดไม่ชอบให้มันเคลื่อนที่ไปมา
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
เพราะการเคลื่อนไหวจะทำให้สูญเสียพลังงาน
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
และทำให้เสียสภาวะตัวนำยิ่งยวดไป
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
ดังนั้น มันจึงทำการยึดสนามแม่เหล็กพวกนั้นไว้
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
สนามแม่เหล็กตกค้างในตัวนำยิ่งยวดนี้ เรียกกันว่า ฟลักซอน
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
ฟลักซอนพวกนี้จะถูกยึดไว้อยู่กับที่
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
ทำไมน่ะหรือ ก็เพราะว่าการเคลื่อนที่
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
ของสารตัวนำยิ่งยวดจะทำให้มันเปลี่ยนสภาพไป
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
ดังนั้นเราจึงได้การยึดตัวควอนตัม ผมจะแสดงให้คุณดู
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
ผมมีตัวนำยิ่งยวดอยู่ชิ้นหนึ่ง ห่อไว้เพื่อจะคงความเย็นได้นาน
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
เมื่อผมวางมันลงบนแม่เหล็กธรรมดา
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
มันจะถูกยึดตัวลอยค้างกลางอากาศ
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(ปรบมือ)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
มันไม่ใช่แค่การลอยตัวธรรมดา ไม่ใช่แค่แรงผลักเท่านั้น
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
ผมสามารถจัดเรียงฟลักซอนใหม่ และมันจะถูกยึดตัวไว้ในรูปแบบใหม่
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
แบบนี้ หรือย้ายมันไปทางซ้ายหรือขวา
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
และนี่คือการยึดตัวควอนตัม
ซึ่งเป็นการล็อกสามมิติของตัวนำยิ่งยวด
ซึ่งเป็นการล็อกสามมิติของตัวนำยิ่งยวด
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
แน่นอน ผมสามารถคว่ำมันแบบนี้
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
และมันจะยังคงถูกยึดอยู่
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
ตอนนี้เราเข้าใจแล้วว่า สิ่งที่เรียกว่า การลอยตัวนั้น ความจริงคือการยึดตัว
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
ครับ เราเข้าใจแล้ว
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
และคุณจะไม่ประหลาดใจถ้าผมจะใช้แม่เหล็กเป็นวงแบบนี้
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
ซึ่งมีสนามแม่เหล็กลักษณะเดียวกันทั้งวง
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
ทำให้ตัวนำยิ่งยวดสามารถหมุนรอบแกนแม่เหล็กได้อย่างอิสระ
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
นั่นเป็นเพราะว่า ยังมีการยึดตัวอยู่ ในระหว่างที่มันกำลังหมุนเป็นวง
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
เห็นไหมครับ ผมสามารถที่จะปรับมุม และทำให้ตัวนำยิ่งยวดหมุนต่อไปได้
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
เป็นการเคลื่อนตัวที่ไร้แรงเสียดทาน ยังคงลอยตัวอยู่ แต่ก็เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
เรามีการยึดตัวควอนตัม และทำให้มันลอยตัวอยู่เหนือแม่เหล็กนี้
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
แต่มันมีฟลักซอนอยู่มากแค่ไหนละ มีสนามแม่เหล็กตกค้างอยู่แค่ไหนในแผ่นแค่นี้
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
เราสามารถคำนวณได้ครับ และมันก็มีอยู่เป็นจำนวนมาก
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
มีจำนวนถึงหนึ่งแสนล้าน "ก้อน" ของแม่เหล็กในแผ่นขนาดสามนิ้วนี้
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
แต่นั่นยังไม่น่าประหลาดใจนักครับ ยังมีสิ่งที่ผมยังไม่ได้บอกคุณอยู่
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
ที่เจ๋งก็คือ ตัวนำยิ่งยวดที่คุณเห็นอยู่นี้
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
หนาเพียงแค่ครึ่งไมครอนเท่านั้น มันบางมากจริงๆ
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
และชั้นบางๆ นี้สามารถยกน้ำหนักให้ลอยตัวได้ถึง
70,000 เท่าของน้ำหนัก
70,000 เท่าของน้ำหนัก
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
เป็นปรากฎการณ์ที่เหลือเชื่อ มันแข็งแรงมาก
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
ผมสามารถที่จะยืดขยายแม่เหล็กวงกลมนี้
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
และทำให้มันเป็นรางอย่างที่ผมต้องการ
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
ตัวอย่างเช่น ผมสามารถสร้างรางวงกลมขนาดใหญ่
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
และเมื่อวางแผ่นตัวนำยิ่งยวดลงไปบนราง
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
มันจะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(ปรบมือ)
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
ไม่ใช่แค่นั้นนะครับ ผมสามารถที่จะปรับตำแหน่งของมัน อย่างนี้ แล้วก็หมุน
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
มันจะเคลื่อนที่ไปได้ในตำแหน่งใหม่
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
ผมสามารถลองทำสิ่งใหม่ๆ ได้ ลองทำอย่างนี้ดูกันดีกว่า
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
ผมสามารถเอาแผ่นตัวนำ วางไว้อย่างนี้
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
แล้วในขณะที่มันยังอยู่แบบนี้ อย่าไปไหนนะ
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
ผมจะลองย้ายตัวรางดู
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
และหวังว่า ถ้าผมทำมันได้ถูกต้อง
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
มันจะยังคงลอยค้างอยู่ได้
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(ปรบมือ)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
คุณเห็นแล้วใช่มั้ยครับ มันเป็นการยึดตัวควอนตัม ไม่ใช่การลอยตัว
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
ตอนนี้ ระหว่างที่ให้มันวนเป็นวงอยู่นี้
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
ผมจะเล่าให้คุณฟังเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวนำยิ่งยวด
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
เอาละ (หัวเราะ)
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
เรารู้แล้วว่า ตัวนำยิ่งยวดสามารถนำไฟฟ้าได้จำนวนมาก
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
และเราสามารถใช้มันสร้างสนามแม่เหล็กความเข้มสูงได้
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
แบบที่ต้องใช้ในเครื่องเอ็มอาร์ไอ หรือเครื่องเร่งอนุภาค
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
แต่เรายังสามารถที่จะเก็บพลังงานไว้ได้โดยใช้ตัวนำยิ่งยวด
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
เพราะมันไม่มีการศูนย์เสียพลังงาน
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
เราสามารถสร้างสายไฟฟ้า เพื่อส่งไฟฟ้าปริมาณมากระหว่างโรงไฟฟ้า
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
ลองนึกภาพดูว่า คุณสามารถสำรองไฟฟ้าสำหรับโรงไฟฟ้าได้โดยใช้สายไฟจากตัวนำยิ่งยวดเพียงเส้นเดียว
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
แล้วอะไรคืออนาคตของการลอยตัวควอนตัมและการยึดตัวควอนตัม
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
ผมอยากตอบคำถามนี้ด้วยตัวอย่างอันนี้
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
ลองนึกภาพดูว่าคุณมีแผ่นดิสก์ ลักษณะคล้ายกับที่ผมมีอยู่ในมือ
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
เส้นผ่าศูนย์กลางสามนิ้ว แตกต่างกันอย่างเดียวคือ
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
ชั้นตัวนำยิ่งยวด แทนที่จะหนาเพียงแค่ครึ่งไมครอน
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
แต่หนาซักสองมิลลิเมตร ซึ่งก็ยังบางมากอยู่
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
ชั้นตัวนำยิ่งยวดที่หนาสองมิลลิเมตรนี้ จะสามารถยกน้ำหนักได้ถึง 1000 กิโลกร้ม เท่ารถเล็กๆ คันหนึ่ง บนมือของผม
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
น่าทึ่งมาก ขอบคุณครับ
10:03
(Applause)
117
587494
15080
(ปรบมือ)
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