TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
بواز الموغ: بواز الموغ يحلّق بالموصل الفائق
Filmed:
Readability: 4.6
2,644,569 views
كيف يمكن لاسطوانة رقيقة جداً سُمكها ثلاث إنشات رفع حمولة 70 ألف وزنها؟ في عرض مدهش من المستقبل ، يعرض بواز الموغ كيف تسمح الظاهرة المسماة بالتثبيت الكمّيّ لأسطوانة بالسباحة فوق سكك مغناطيسية - بدون إحتكاك أو فقدان أي طاقة
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
إن الظاهرة التي رأيتموها هنا لبرهةٍ
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
تدعى الرفع الكمّيّ، و التثبيت الكمّيّ
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
و المادة التي كانت تطفو في الهواء هنا
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
تدعى الموصل الفائق.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
إن الموصلية الفائقة هي عبارة عن حالةٍ كمّيةٍ للمادة،
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
و هي تحدث فقط تحت درجة حرارةٍ معينةٍ
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
و هي عبارةٌ عن ظاهرةٍ قديمةٍ جداً؛
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
حيث تم اكتشافها منذ 100 عامٍ مضت.
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
و لكن مؤخرا فقط
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
و نظراً للتقدّم التقنيّ المتعدد
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
أصبح بإمكاننا أن نوضّح لكم
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
ظاهرة الرفع الكميّ و التثبيت الكميّ.
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
إذا فإن موصلاً فائقاً يُعرّف بخاصيتين.
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
الأولى هي المقاومة الكهربائية المعدومة،
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
و الثانية هي طرد المجال المغناطيسي من البنية الداخلية للموصل الفائق.
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
هذا يبدو معقداً، أليس كذلك؟
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
ولكن ماهي المقاومة الكهربائية؟
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
حسنٌ، الكهرباء هي عبارةٌ عن تدفقٍ للإلكترونات داخل مادةٍ ما.
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
و هذه الالكترونات و بينما تتدفق،
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
82771
2688
تصطدم بالذرات، و في هذه التصادمات
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
تخسر الإلكترونات كمّاً معيناً من الطاقة.
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
حيث تقوم بتبديد هذه الطاقة على شكل حرارة، جميعكم يعلم هذا التأثير.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
و لكن من ناحية أخرى، فإن داخل الموصل الفائق لايوجد تصادمات،
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
و كنتيجة لذلك فلا يوجد إصدارٌ حراريٌّ.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
و هذا أمر هامٌّ جداً، تمعنوا في الأمر.
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
في الفيزياء التقليدية، يوجد دائما احتكاك، و بالنتيجة يوجد بعض الهدر الحراري.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
و لكن ليس في هذه الحالة، لأن هذا التأثير عبارةٌ عن تأثيرٍ كميٍّ.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
و لكن ذلك ليس كلّ شيءٍ، لأن الموصلات الفائقة لا تحبذ الحقول المغناطيسية.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
و بهذا فإن موصلاً فائقاً سيحاول قذف الحقل المغناطيسي بعيداً من داخله،
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
و لديه القدرة على فعل ذلك عن طريق التيارات الدائرية.
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
التوليفة ما بين كلا التأثيرين
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
طرد الحقول المغناطيسية و المقاومة الكهربائية المعدومة
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
تشكل ما يدعى بالموصل االفائق.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
و لكن الصورة ليست دائماً مثاليةً، كما نعلم جميعنا،
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
فأحياناً تبقى خطوط من الحقول المغناطيسية داخل الموصل الفائق.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
و في الشروط المناسبة، و التي لدينا هنا،
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
هذه الخطوط من الحقول المغناطيسية يمكن أن تُؤسَر داخل الموصل الفائق.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
و هذه الخطوط من الحقول المغناطيسية
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
تأتي على هيئة كمّاتٍ منفصلةٍ.
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
لماذا؟ لأنها تعتبر ظاهرةً كميةً، إنها فيزياء الكمّ.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
و كنتيجةٍ لذلك، فإن هذه الخطوط تسلك سلوك الجزيئات الكميّة.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
في هذا العرض البصري، يمكنكم رؤية كيفية تدفق خطوط الحقول المغناطيسية واحدةً تلو الأخرى بشكلٍ منفصلٍ.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
هذه عبارة عن خطوط الحقول المغناطيسية، إنها ليست جزيئات.
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
و لكنها تسلك سلوك الجزيئات.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
لهذا السبب نطلق على هذا التأثير اسم الرفع الكمّيّ، و التثبيت الكمّيّ.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
و لكن ما الذي يحدث للموصل الفائق عندما نضعه في حقلٍ مغناطيسيٍّ؟
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
حسنٌ، بدايةً توجد خطوطٌ للحقل المغناطيسي بقيت في الداخل،
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
و لكن الموصل الفائق لا يحبذ فكرة حركتها في داخله،
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
لأن حركة الخطوط تلك تنشر طاقةً،
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
الأمر الذي يوقف حالة الموصلية الفائقة.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
و ما يقوم به الموصل حقاً، هو أسرُ هذه الخطوط،
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
و التي تدعى الفلاكسنات، حيث يقوم الموصل بأسر هذه الفلاكسونات في موضعها.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
و بالقيام بهذا العمل، يقوم الموصل أيضاً بتثبيت نفسه في موضعه.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
لماذا؟ لأن أيّ حركةٍ من الموصل الفائق سيؤدي لتغيير موضع تلك الخطوط،
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
مؤدياً لتغيير شكلها أيضاً.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
و بهذا نحصل على ظاهرة التثبيت الكمّيّ، و دعوني أوضح لكم كيف تعمل.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
لدي هنا موصلٌ فائقٌ، قمت بلفه ليبقى بارداً لزمنٍ طويلٍ.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
و عندما أضعه فوق مغناطيسٍ عاديٍّ،
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
يبقى معلقاً في الهواء.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(تصفيق)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
هذه فقط ظاهرة الرفع الكمّيّ، و هو ليس عبارةٌ عن تنافرٍ.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
أستطيع إعادة ترتيب الفلاكسونات، حيث سيتم تثبيت الموصل في هذا الشكل الجديد.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
على هذا النحو، أو بتحريكه قليلا إلى اليمين أو اليسار.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
إذا هذه هي ظاهرة التثبيت الكميّ، تثبيتٌ فعليٌّ، بأبعاده الثلاثة للموصل الفائق.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
بالطبع، يمكنني أن أقلبه رأساً على عقب،
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
و سيبقى مثبتاً.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
الآن، الآن استوعبنا ما هو الرفع الكميّ و ما هو التثبيت الكميّ،
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
نعم، لقد استوعبنا ذلك.
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
و لن تكونوا على درجة من الدهشة إذا علمتم أني إذا أخذت هذا المغناطيس الدائري،
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
و الذي يولد حقلاً مغناطيسياً متساوياً في جميع الاتجاهات،
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
فإن الموصل الفائق سيكون بمقدوره الدوران بحريةٍ حول محور المغناطيس.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
لماذا؟ لأنه طالما استمر بالدوران، فإن التثبيت يبقى محافظاً على قيمته.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
هل ترون؟ بإمكاني تعديل و تدوير الموصل الفائق.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
لدينا هنا حركةٌ دونما احتكاك، و يبقى محلقاً، و لكن يمكنه التحرك بحريةٍ في كلّ مكانٍ.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
لدينا تثبيتٌ كمّيٌّ و بإمكاننا رفعه فوق هذا المغناطيس.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
و لكن كم من الفلاكسونات، كم من خطوط الحقل المغناطيسي يوجد في قرص واحد كهذا القرص؟
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
حسنٌ، يمكننا احتسابها، معطيةً رقماً كبيراً جداً.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
مائة مليار خطّ حقلٍ مغناطيسيٍّ في هذا القرص ذو قطر الثلاثة إنشات.
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
و لكن هذا ليس هو الأمر المذهل حتى الآن، لأن ثمة أمراً لم أخبركم به بعد.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
نعم الأمر الأكثر إدهاشاً أن هذا الموصل الفائق الذي ترونه هنا
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
يبلغ من السماكة نصف مايكرون فقط، إنه رقيق إلى حدّ كبيرٍ.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
و هذه الطبقة الشديدة الرقة قادرةٌ على رفع أكثر من 70،000 من مثل وزنها.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
وهذا تأثيرٌ غايةٌ في الروعة، فهو شديد القوة.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
الآن أستطيع تمديد هذا المغناطيس الدائري،
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
و صنع أي مسارٍ أرغبه،
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
على سبيل المثال، يمكنني صنع سكةٍ دائريةٍ كبيرةٍ هنا،
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
و عندما أضع القرص الفائق الموصلية فوق هذه السكة،
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
فإنها تتحرك بحريةٍ.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(تصفيق)
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
و مرة أخرى، هذا ليس كلّ شيءٍ، أستطيع تعديل موقعه على هذا النحو، و تدويره،
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
و بحريةٍ سوف يتحرك في هذا الاتجاه.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
و بإمكاني أن أجرّب أمراً جديداً؛ فلنجربه للمرة الأولى.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
يمكنني أن آخذ هذا القرص و أضعه هنا،
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
و بينما يبقى هنا--لا تتحرك--
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
سأحاول تدوير المسار،
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
على أمل أني قد فعلتها بشكلٍ صحيحٍ،
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
لا يزال مثبتاً.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(تصفيق)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
ترون، هذا هو التثبيت الكمّيّ، و ليس الرفع.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
الآن، بينما أدعه يدور لبرهة،
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
دعوني أخبركم قليلاً عن الموصلات الفائقة.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
الآن -- (ضحك) --
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
نعلم الآن أنه بمقدورنا أن ننقل كميةً هائلةً من التيار داخل الموصل الفائق،
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
و بهذا نستطيع أن نستخدمها لإنتاج حقولٍ مغناطيسيةٍ قويةٍ،
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
كتلك التي تحتاجها أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي، أو مسرعات الجزيئات و ما إلى ذلك من هذا القبيل.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
و لكن يمكننا أيضاً تخزين الطاقة باستخدام الموصلات الفائقة،
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
لأن التشتت الحراري معدوم.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
و بإمكاننا أيضاً إنتاج أسلاك طاقةٍ، لنقل كميّاتٍ هائلةٍ من التيار بين محطات الطاقة،
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
تصوروا أنه يمكنكم أن تدعموا محطة طاقةٍ واحدةٍ بسلك مفردٍ فائق الموصلية.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
و لكن ما هو مستقبل الرفع الكمّيّ، و التثبيت الكمّيّ؟
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
حسنٌ، دعوني أجيب عن هذا السؤال البسيط بمثالٍ أُدرِجه لكم.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
تصوروا أن لديكم قرصاً شبيهاً بهذا الموجود في يدي،
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
بقطر ثلاثة إنشات، مع فارقٍ واحدٍ.
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
طبقة الموصل الفائق بدلاً من أن تكون بسماكة نصف مايكرون،
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
فلتكن بسماكة ميليمترين، ما يعتبر ثخيناً جداً.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
هذه الطبقة فائقة الموصلية ذات الميليمترين سماكة يمكنها أن تحمل 1,000 كيلوغرام ما يمثل سيارةً صغيرةً، بيدي.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
أمرٌ مذهلٌ، شكراً لكم.
10:03
(Applause)
117
587494
15080
(تصفيق)
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