ABOUT THE SPEAKER
Boaz Almog - Quantum Researcher
Boaz 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 >>

More profile about the speaker
Boaz Almog | Speaker | TED.com
TEDGlobal 2012

Boaz Almog: The levitating superconductor

Боаз Алмог "левитира" свръхпроводник

Filmed:
2,644,569 views

Как може един супер-тънък, три-инчов диск да левитира 70,000 пъти собственото си тегло? Във впечатляваща, футуристична демонстрация, Боаз Алмог показва как един феномен, известен като квантово заключване позволява свръхпроводников диск да плава над магнитна релса - напълно без триене и с нулева загуба на енергия.
- Quantum Researcher
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 phenomenonфеномен you saw here for a briefкратък momentмомент
0
9752
4318
Това явление, което видяхте тук за кратък момент
00:29
is calledНаречен quantumквант levitationЛевитация and quantumквант lockingзаключване.
1
14070
6389
се нарича квантова левитация и квантово заключване.
00:36
And the objectобект that was levitatingвисящ here
2
20459
3889
И обектът, който левитираше тук
00:40
is calledНаречен a superconductorсвръхпроводник.
3
24348
2001
се нарича свръхпроводник.
00:42
SuperconductivityСвръхпроводимост is a quantumквант stateсъстояние of matterвъпрос,
4
26349
5592
Свръхпроводимостта е квантово състояние на материята,
00:47
and it occursвъзниква only belowПо-долу a certainопределен criticalкритичен temperatureтемпература.
5
31941
4257
и се среща само под определена критична температура.
00:52
Now, it's quiteсъвсем an oldстар phenomenonфеномен;
6
36198
2346
Сега това е доста старо явление;
00:54
it was discoveredоткрит 100 yearsгодини agoпреди.
7
38544
1766
Открито е преди 100 години.
00:56
HoweverВъпреки това, only recentlyнаскоро,
8
40310
2126
Обаче, едва наскоро,
00:58
dueв следствие to severalняколко technologicalтехнологически advancementsнапредък,
9
42436
2362
поради няколко технологични напредъка,
01:00
we are now ableспособен to demonstrateдемонстрира to you
10
44798
2672
сме способни да ви демонстрираме
01:03
quantumквант levitationЛевитация and quantumквант lockingзаключване.
11
47470
3746
квантова левитация и квантово заключване.
01:07
So, a superconductorсвръхпроводник is definedдефинирани by two propertiesсвойства.
12
51216
5845
Така че свръхпроводникът се определя от две свойства.
01:12
The first is zeroнула electricalелектрически resistanceсъпротивление,
13
57061
3456
Първото е нулево електрическо съпротивление,
01:16
and the secondвтори is the expulsionекспулсиране of a magneticмагнитен fieldполе from the interiorинтериор of the superconductorсвръхпроводник.
14
60517
6889
а второто е експулсирането на магнитно поле от вътрешността на свръхпроводника.
01:23
That soundsзвуци complicatedсложен, right?
15
67406
2895
Това звучи сложно, нали?
01:26
But what is electricalелектрически resistanceсъпротивление?
16
70301
2872
Но какво е електрическото съпротивление?
01:29
So, electricityелектричество is the flowпоток of electronsелектрони insideвътре a materialматериал.
17
73173
6249
И така електричеството е потока от електрони в даден материал.
01:35
And these electronsелектрони, while flowingтечаща,
18
79422
3349
И тези електрони, докато се движат,
01:38
they collideсблъсквам се with the atomsатома, and in these collisionsсблъсъци
19
82771
2688
те се сблъскват с атомите, и в тези сблъсквания
01:41
they loseгубя a certainопределен amountколичество of energyенергия.
20
85459
2216
те губят определено количество енергия.
01:43
And they dissipateразпръсквам this energyенергия in the formформа of heatтоплина, and you know that effectефект.
21
87675
5601
И те отделят тази енергия във формата на топлина, и вие знаете този ефект.
01:49
HoweverВъпреки това, insideвътре a superconductorсвръхпроводник there are no collisionsсблъсъци,
22
93276
5919
Въпреки това в свръхпроводника няма никакви колизии,
01:55
so there is no energyенергия dissipationразсейване.
23
99195
4692
така че няма никакво разсейване на енергия.
01:59
It's quiteсъвсем remarkableзабележителен. Think about it.
24
103887
2981
Това е доста забележително. Помислете за това.
02:02
In classicalкласически physicsфизика, there is always some frictionтриене, some energyенергия lossзагуба.
25
106868
5079
В класическата физика винаги има някакво триене, загуба на някои енергии.
02:07
But not here, because it is a quantumквант effectефект.
26
111947
4038
Но не тук, защото това е квантовия ефект.
02:11
But that's not all, because superconductorsСвръхпроводници don't like magneticмагнитен fieldsполета.
27
116016
8686
Но това не е всичко, защото свръхпроводниците не харесват магнитни полета.
02:20
So a superconductorсвръхпроводник will try to expelекспулсира magneticмагнитен fieldполе from the insideвътре,
28
124702
4317
Така че свръхпроводникът ще се опита да изгони магнитното поле отвътре,
02:24
and it has the meansсредства to do that by circulatingциркулиращите currentsтокове.
29
129019
6123
и има средства да направи това чрез кръговрата на токове.
02:31
Now, the combinationсъчетание of bothи двете effectsвещи --
30
135142
2990
Сега комбинацията от двата ефекта -
02:34
the expulsionекспулсиране of magneticмагнитен fieldsполета and zeroнула electricalелектрически resistanceсъпротивление --
31
138132
6000
експулсирането на магнитните полета и нулевото електрическо съпротивление
02:40
is exactlyточно a superconductorсвръхпроводник.
32
144132
3168
е точно свръхпроводник.
02:43
But the pictureснимка isn't always perfectсъвършен, as we all know,
33
147300
4216
Но картината не е винаги перфектна, както всички знаем,
02:47
and sometimesпонякога strandsнаправления of magneticмагнитен fieldполе remainостават insideвътре the superconductorсвръхпроводник.
34
151516
7385
и понякога части от магнитното поле остават вътре в проводника.
02:54
Now, underпри properправилното conditionsусловия, whichкойто we have here,
35
158901
3654
Сега при подходящи условия, които имаме тук,
02:58
these strandsнаправления of magneticмагнитен fieldполе can be trappedкапан insideвътре the superconductorсвръхпроводник.
36
162555
5090
тези части на магнитното поле могат да бъдат хванати вътре в проводника.
03:03
And these strandsнаправления of magneticмагнитен fieldполе insideвътре the superconductorсвръхпроводник,
37
167645
6257
И тези части на магнитното поле вътре в проводника,
03:09
they come in discreteотделен quantitiesколичества.
38
173902
2845
те идват в отделни количества.
03:12
Why? Because it is a quantumквант phenomenonфеномен. It's quantumквант physicsфизика.
39
176747
3646
Защо? Тъй като това е квантов феномен. Това е квантова физика.
03:16
And it turnsзавои out that they behaveдържа се like quantumквант particlesчастици.
40
180393
3850
И се оказва, че те се държат като квантови частици.
03:20
In this movieфилм here, you can see how they flowпоток one by one discretelyдискретно.
41
184243
5579
В този филм тук можете да видите как те преминават дискретно един по един.
03:25
This is strandsнаправления of magneticмагнитен fieldполе. These are not particlesчастици,
42
189822
3893
Това са части на магнитно поле. Те не са частици,
03:29
but they behaveдържа се like particlesчастици.
43
193715
4295
но те се държат като частици.
03:33
So, this is why we call this effectефект quantumквант levitationЛевитация and quantumквант lockingзаключване.
44
198010
4194
Така че ето защо ние наричаме този ефект квантова левитация и квантово заключване.
03:38
But what happensслучва се to the superconductorсвръхпроводник when we put it insideвътре a magneticмагнитен fieldполе?
45
202204
6063
Но какво става със свръхпроводника когато го поставим вътре в магнитно поле?
03:44
Well, first there are strandsнаправления of magneticмагнитен fieldполе left insideвътре,
46
208267
4585
Ами първо част от магнитното поле е останало вътре
03:48
but now the superconductorсвръхпроводник doesn't like them movingдвижещ around,
47
212852
4120
но сега свръхпроводникът не харесва движението им,
03:52
because theirтехен movementsдвижения dissipateразпръсквам energyенергия,
48
216972
3448
защото техните движения разсейват енергия,
03:56
whichкойто breaksпочивки the superconductivityСвръхпроводимост stateсъстояние.
49
220420
2946
което прекъсва свръхпроводимото състояние.
03:59
So what it actuallyвсъщност does, it locksбрави these strandsнаправления,
50
223366
4358
Така че това което всъщност прави, е че блокира тези части,
04:03
whichкойто are calledНаречен fluxonsfluxons, and it locksбрави these fluxonsfluxons in placeмясто.
51
227724
5752
които се наричат флуксони и той блокира тези флуксони на място.
04:09
And by doing that, what it actuallyвсъщност does is lockingзаключване itselfсебе си in placeмясто.
52
233476
6288
Извършвайки това, той в действителност заключва самия себе си на място.
04:15
Why? Because any movementдвижение of the superconductorсвръхпроводник will changeпромяна theirтехен placeмясто,
53
239764
9216
Защо? Тъй като всяко движение на свръхпроводника ще промени мястото им,
04:24
will changeпромяна theirтехен configurationконфигурация.
54
248980
1807
ще промени конфигурацията им.
04:26
So we get quantumквант lockingзаключване. And let me showшоу you how this worksвърши работа.
55
250787
5297
Така че получаваме квантово заключване. И нека да ви покажа как става това.
04:31
I have here a superconductorсвръхпроводник, whichкойто I wrappedувити up so it'dби stayстоя coldстуд long enoughдостатъчно.
56
256084
5760
Имам тук такъв свръхпроводник, който опаковах, така че да остане студен достатъчно дълго.
04:37
And when I placeмясто it on topвръх of a regularредовен magnetмагнит,
57
261844
4464
И когато го поставя върху редовен магнит,
04:42
it just staysпрестой lockedзаключен in midairвъздуха.
58
266308
3872
Той просто остава заключен във въздуха.
04:46
(ApplauseАплодисменти)
59
270180
4065
(Аплодисменти)
04:50
Now, this is not just levitationЛевитация. It's not just repulsionотблъскване.
60
274245
4046
Сега това не е просто левитация. Не е просто отблъскване.
04:54
I can rearrangeПренареждане the fluxonsfluxons, and it will be lockedзаключен in this newнов configurationконфигурация.
61
278291
5121
Мога да пренаредя флуксоните, и то ще бъде заключено в тази нова конфигурация.
04:59
Like this, or moveход it slightlyмалко to the right or to the left.
62
283412
4024
Като това, или го преместваме леко надясно или наляво.
05:03
So, this is quantumквант lockingзаключване -- actuallyвсъщност lockingзаключване -- three-dimensionalтриизмерен lockingзаключване of the superconductorсвръхпроводник.
63
287436
7751
И така това е квантовото-действително заключване - триизмерно блокиране на свръхпроводника.
05:11
Of courseкурс, I can turnзавой it upsideнаопаки down,
64
295187
2160
Разбира се мога да го обърна с главата надолу,
05:13
and it will remainостават lockedзаключен.
65
297347
2906
и ще остане заключен.
05:16
Now, now that we understandразбирам that this so-calledтака наречен levitationЛевитация is actuallyвсъщност lockingзаключване,
66
300253
9222
Сега, като разбираме, че тази така наречена левитация действително е блокиране,
05:25
Yeah, we understandразбирам that.
67
309475
4314
да, разбираме това.
05:29
You won'tняма да be surprisedизненадан to hearчувам that if I take this circularкръгъл magnetмагнит,
68
313789
4262
Няма да бъдете изненадани да чуете, че ако взема този кръгов магнит,
05:33
in whichкойто the magneticмагнитен fieldполе is the sameедин и същ all around,
69
318051
3968
в който магнитното поле е същото навсякъде,
05:37
the superconductorсвръхпроводник will be ableспособен to freelyсвободно rotateвъртя around the axisос of the magnetмагнит.
70
322019
5936
свръхпроводникът ще може свободно да се върти около оста на магнита.
05:43
Why? Because as long as it rotatesвърти, the lockingзаключване is maintainedподдържани.
71
327955
6024
Защо? Тъй като, докато той се върти, заключването се поддържа.
05:49
You see? I can adjustрегулирате and I can rotateвъртя the superconductorсвръхпроводник.
72
333979
6026
Виждате ли? Мога да коригирам и мога да въртя свръхпроводника.
05:55
We have frictionlessтриене motionдвижение. It is still levitatingвисящ, but can moveход freelyсвободно all around.
73
340005
6662
Имаме движение без търкане. Той все още левитира, но може да се мести свободно наоколо.
06:02
So, we have quantumквант lockingзаключване and we can levitateповдигам it on topвръх of this magnetмагнит.
74
346667
9280
Така че имаме квантово заключване и можем да го левитираме над този магнит.
06:11
But how manyмного fluxonsfluxons, how manyмного magneticмагнитен strandsнаправления are there in a singleединичен diskдиск like this?
75
355947
6496
Но колко флуксони, колко магнитни нишки са в един диск като този?
06:18
Well, we can calculateизчисли it, and it turnsзавои out, quiteсъвсем a lot.
76
362443
2881
Ами можме да изчислим, и се оказва, доста.
06:21
One hundredсто billionмилиард strandsнаправления of magneticмагнитен fieldполе insideвътре this three-inchтри инчов diskдиск.
77
365324
7368
Сто милиарда частици на магнитното поле в този диск от три инча.
06:28
But that's not the amazingудивителен partчаст yetоще, because there is something I haven'tима не told you yetоще.
78
372692
4104
Но това не е страхотната част още, защото все още не съм ви казал нещо.
06:32
And, yeah, the amazingудивителен partчаст is that this superconductorсвръхпроводник that you see here
79
376796
5616
И да, невероятната част е, че този свръхпроводник, който виждате тук
06:38
is only halfнаполовина a micronМикрон thickдебел. It's extremelyизвънредно thinтънък.
80
382412
7525
е само половин микрон дебел. Това е изключително тънко.
06:45
And this extremelyизвънредно thinтънък layerслой is ableспособен to levitateповдигам more than 70,000 timesпъти its ownсобствен weightтегло.
81
389937
9562
И този изключително тънък слой може да левитира повече от 70 000 пъти теглото си.
06:55
It's a remarkableзабележителен effectефект. It's very strongсилен.
82
399499
5833
Това е забележителен ефект. Това е много силно.
07:01
Now, I can extendразшири this circularкръгъл magnetмагнит,
83
405332
3577
Сега мога да разширя този кръгов магнит,
07:04
and make whateverкакто и да е trackпът I want.
84
408909
4781
и да създам каквото поле си поискам.
07:09
For exampleпример, I can make a largeголям circularкръгъл railрелса here.
85
413690
3929
Например мога да направя голяма кръгова релса тук.
07:13
And when I placeмясто the superconductingсвръхпроводящ diskдиск on topвръх of this railрелса,
86
417619
6883
Когато поставя свръхпроводящия диск върху тази релса,
07:20
it movesходове freelyсвободно.
87
424502
4109
той се движи свободно.
07:24
(ApplauseАплодисменти)
88
428611
9381
(Аплодисменти)
07:33
And again, that's not all. I can adjustрегулирате its positionпозиция like this, and rotateвъртя,
89
437992
4741
И отново, това не е всичко. Мога да коригирам позицията му така, както и да го завъртя,
07:38
and it freelyсвободно movesходове in this newнов positionпозиция.
90
442733
6441
и той свободно се премества в това ново положение.
07:45
And I can even try a newнов thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
И дори мога да опитам ново нещо; нека да го опитаме за първи път.
07:49
I can take this diskдиск and put it here,
92
453612
5944
Мога да взема този диск и да го поставя тук,
07:55
and while it staysпрестой here -- don't moveход --
93
459556
2984
и докато той остава тук - не се премества -
07:58
I will try to rotateвъртя the trackпът,
94
462540
6558
ще се опитам да завъртя коловоза,
08:04
and hopefullyда се надяваме, if I did it correctlyправилно,
95
469098
2299
и да се надяваме, ако го направих правилно,
08:07
it staysпрестой suspendedспряно.
96
471397
2143
той ще остане във въздуха.
08:09
(ApplauseАплодисменти)
97
473540
9449
(Аплодисменти)
08:18
You see, it's quantumквант lockingзаключване, not levitationЛевитация.
98
482989
6841
Вие виждате, това е квантово заключване, не левитация.
08:25
Now, while I'll let it circulateразпространява for a little more,
99
489830
4135
Сега, докато го оставя да се върти още малко,
08:29
let me tell you a little bitмалко about superconductorsСвръхпроводници.
100
493965
3703
Нека да ви разкажа малко повече за свръхпроводниците.
08:33
Now -- (LaughterСмях) --
101
497668
5546
Сега - (смях) -
08:39
So we now know that we are ableспособен to transferпрехвърляне enormousогромен amountколичество of currentsтокове insideвътре superconductorsСвръхпроводници,
102
503214
7023
Ссега знаем, че сме в състояние да прехвърлим огромно количество енергия в свръхпроводниците,
08:46
so we can use them to produceпродукция strongсилен magneticмагнитен fieldsполета,
103
510237
5223
така че да можем да ги използваме, за да се получат силни магнитни полета,
08:51
suchтакъв as neededнеобходима in MRIЯМР machinesмашини, particleчастица acceleratorsускорители and so on.
104
515460
5186
като необходимите за ЯМР машините, ускорителите на частици и т. н.
08:56
But we can alsoсъщо storeмагазин energyенергия usingизползвайки superconductorsСвръхпроводници,
105
520646
4560
Но ние също можем да съхраняваме енергия, използвайки свръхпроводниците,
09:01
because we have no dissipationразсейване.
106
525206
1889
защото нямаме разсейване.
09:02
And we could alsoсъщо produceпродукция powerмощност cablesкабели, to transferпрехвърляне enormousогромен amountsсуми of currentтекущ betweenмежду powerмощност stationsстанции.
107
527095
7182
И ние също можем да произвеждаме силови кабели, да прехвърляме огромни количества енергия между електроцентрали.
09:10
ImagineПредставете си you could back up a singleединичен powerмощност stationстанция with a singleединичен superconductingсвръхпроводящ cableкабел.
108
534277
9006
Представете си, да можете да архивирате единична електроцентрала с един свръхпроводящ кабел.
09:19
But what is the futureбъдеще of quantumквант levitationЛевитация and quantumквант lockingзаключване?
109
543283
4476
Но какво е бъдещето на квантовата левитация и квантовото заключване?
09:23
Well, let me answerотговор this simpleпрост questionвъпрос by givingдавайки you an exampleпример.
110
547759
7139
Ами нека да отговоря на този прост въпрос с пример.
09:30
ImagineПредставете си you would have a diskдиск similarподобен to the one I have here in my handръка,
111
554898
6413
Представете си, че имате диск, подобен на този, който имам тук в ръката си,
09:37
three-inchтри инчов diameterдиаметър, with a singleединичен differenceразлика.
112
561311
3879
три инча в диаметър, с една разлика.
09:41
The superconductingсвръхпроводящ layerслой, insteadвместо of beingсъщество halfнаполовина a micronМикрон thinтънък,
113
565190
5185
Свръхпроводящият слой, вместо да е половин микрон тънък,
09:46
beingсъщество two millimetersmm thinтънък, quiteсъвсем thinтънък.
114
570375
3088
е два милиметра тънък, доста тънък.
09:49
This two-millimeter-thinдве милиметър тънка superconductingсвръхпроводящ layerслой could holdдържа 1,000 kilogramsкг, a smallмалък carкола, in my handръка.
115
573463
10735
Този два милиметъра тънък свръхпроводящ слой може да държи 1000 килограма, малък автомобил, в ръката ми.
10:00
AmazingНевероятно. Thank you.
116
584198
3296
Невероятно. Благодаря ви.
10:03
(ApplauseАплодисменти)
117
587494
15080
(Аплодисменти)
Translated by Darina Stoyanova
Reviewed by Yavor Ivanov

▲Back to top

ABOUT THE SPEAKER
Boaz Almog - Quantum Researcher
Boaz 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 >>

More profile about the speaker
Boaz Almog | Speaker | TED.com