TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
Boaz Almog: A lebegő szupravezető
Filmed:
Readability: 4.6
2,644,569 views
Hogyan képes egy igen vékony, nyolc centiméter átmérőjű korong lebegtetni a saját súlyának hetvenezerszeresét? Lebilincselő, futurisztikus előadásában Boaz Almog szemlélteti a kvantumrögzítésnek nevezett jelenséget, amely a szupravezető korongnak lehetővé teszi, hogy ússzon a mágneses sín fölött-– teljesen súrlódásmentesen és nulla energiaveszteséggel.
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
A pár röpke pillanatig
látott jelenség neve
látott jelenség neve
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
kvantumlebegés és kvantumrögzítés.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
A lebegő tárgy neve pedig
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
szupravezető.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
A szupravezetés az anyag
egy kvantumállapota,
egy kvantumállapota,
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
s csak bizonyos hőmérséklet alatt lép fel.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
Ez elég régi jelenség,
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
száz éve fedezték fel.
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
De csak nemrég óta,
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
több technológiai fejlesztésnek hála
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
szemléltethetjük
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
a kvantumlebegést és a kvantumrögzítést.
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
A szupravezetőt két tulajdonság jellemzi.
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
Az első a nulla elektromos ellenállás,
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
a másik a mágneses tér kiszorítása
a szupravezető belsejéből.
a szupravezető belsejéből.
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
Bonyolultnak hangzik, ugye?
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
De mi az elektromos ellenállás?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
Az elektromosság elektronok
áramlása az anyagban.
áramlása az anyagban.
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
Áramlás közben
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
82771
2688
az elektronok összeütköznek az atomokkal,
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
és ütközéskor némi energiát vesztenek.
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
Ezt az energiát hő formájában
kisugározzák; e jelenséget ismerjük.
kisugározzák; e jelenséget ismerjük.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
De a szupravezető belsejében
nincs összeütközés,
nincs összeütközés,
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
ezért nincs energiaveszteség.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
Ez igen figyelemreméltó.
Gondoljunk csak bele!
Gondoljunk csak bele!
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
A klasszikus fizikában mindig van
némi súrlódás, némi energiavesztés.
némi súrlódás, némi energiavesztés.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
De itt nincs, mert ez kvantumhatás.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
De ez még nem minden, mert a szupravezetők
nem szeretik a mágneses teret.
nem szeretik a mágneses teret.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
Így a szupravezető igyekszik kiszorítani
a mágneses teret az anyagból,
a mágneses teret az anyagból,
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
és ehhez a kóboráramot használja.
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
A két hatás eredője
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
a mágneses tér kiszorítása
és a nulla elektromos ellenállás -
és a nulla elektromos ellenállás -
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
maga a szupravezető.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
Tudjuk, hogy a kép nem mindig tökéletes,
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
néha a mágneses erővonalak
a szupravezető belsejében maradnak.
a szupravezető belsejében maradnak.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
Kellő feltételek esetén
e mágneses erővonalak
beszorulnak a szupravezetőbe.
beszorulnak a szupravezetőbe.
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
A szupravezetőben lévő
mágneses erővonalak mennyisége
mágneses erővonalak mennyisége
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
csak diszkrét értékű lehet.
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
Miért? Mert ez kvantumjelenség;
kvantumfizika.
kvantumfizika.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
Kiderül, hogy e mágneses erővonalak
kvantumrészecskékként viselkednek.
kvantumrészecskékként viselkednek.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
A filmen látható, ahogy diszkrét
mennyiségben áramlanak.
mennyiségben áramlanak.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
Ezek mágneses erővonalszálak,
nem részecskék,
nem részecskék,
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
de úgy viselkednek, mint a részecskék.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
Ezért nevezzük a jelenséget
kvantumlebegésnek és kvantumrögzítésnek.
kvantumlebegésnek és kvantumrögzítésnek.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
De mi történik a szupravezetővel,
ha mágneses térbe helyezzük?
ha mágneses térbe helyezzük?
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
A mágneses erővonalak
a tárgyon belül maradnak,
a tárgyon belül maradnak,
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
de a szupravezetőnek
nem tetszik, ha mozognak,
nem tetszik, ha mozognak,
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
mert a mozgás energiaveszteséggel járna,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
ez pedig zavarja
a szupravezetés állapotát.
a szupravezetés állapotát.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
A szupravezető rögzíti
az erővonalszálakat,
az erővonalszálakat,
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
amelyeket fluxonoknak nevezünk,
azaz a fluxonokat beszorítja a helyükre.
azaz a fluxonokat beszorítja a helyükre.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
Eközben saját magát is rögzíti.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
Miért? Mert a szupravezető
bármely mozgása megváltoztatná
bármely mozgása megváltoztatná
a fluxonok helyzetét és konfigurációját.
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
Kvantumrögzítés lép föl.
Megmutatom, hogyan.
Megmutatom, hogyan.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
A szupravezetőt becsomagoltam,
hogy sokáig tartsa a hőmérsékletét.
hogy sokáig tartsa a hőmérsékletét.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
Amikor egy állandó mágnes fölé helyezem,
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
szilárdan áll a levegőben.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(Taps)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
Ez nem csak lebegés, nem csak taszítás.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
Megváltoztathatom a fluxonok helyzetét,
és megint megállnak az új helyen.
és megint megállnak az új helyen.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
Így vagy kissé jobbra vagy balra.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
Ez a kvantumrögzítés;
a szupravezető háromdimenziós rögzítése.
a szupravezető háromdimenziós rögzítése.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
Persze, fejre is állíthatom,
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
és továbbra is rögzített marad.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
Most már értjük, hogy az ún. lebegés
valójában rögzítés.
valójában rögzítés.
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
Igen, értjük.
Ne lepődjenek meg, hogy ha veszek
egy kör alakú mágnest,
egy kör alakú mágnest,
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
amelynek mágneses tere mindenhol egyforma,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
a szupravezető magától forog
a mágnes tengelye körül.
a mágnes tengelye körül.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
Miért? Mert amíg forog,
a rögzítés fennmarad.
a rögzítés fennmarad.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
Látják? Meg tudom igazítani
és forgatni a szupravezetőt.
és forgatni a szupravezetőt.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
A mozgás súrlódás nélküli, a test lebeg,
de szabadon mozoghat mindenfelé.
de szabadon mozoghat mindenfelé.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
Ez a kvantumrögzítés,
és lebegtethetjük a mágnes fölött.
és lebegtethetjük a mágnes fölött.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
De hány fluxon, hány mágneses
erővonalszál van egyetlen korongban?
erővonalszál van egyetlen korongban?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
Kiszámolhatjuk, és kiderül, hogy elég sok.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
Százmilliárd mágneses erővonalszál
van e nyolccentis korongban.
van e nyolccentis korongban.
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
De nem is ez a meghökkentő,
mert még nem beszéltem mindenről.
mert még nem beszéltem mindenről.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
A meghökkentő,
hogy az itt látható szupravezető
hogy az itt látható szupravezető
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
mindössze fél mikron vastag,
nagyon vékony.
nagyon vékony.
Ez a nagyon vékony korong a saját súlya
70 000-szeresét képes hordozni.
70 000-szeresét képes hordozni.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
Rendkívüli hatás: nagyon erős.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
E kör alakú mágnest megnagyobbíthatom,
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
és olyan pályát csinálhatok,
amilyent akarok.
amilyent akarok.
Pl. nagy, kör alakú sínt.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
Amikor a szupravezető korongot
a sín fölé helyezem,
a sín fölé helyezem,
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
magától mozog.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(Taps)
De ez még mindig nem minden.
Beállíthatom így, forog
Beállíthatom így, forog
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
és magától kering az új helyzetben.
Egy új dolgot próbálok, első ízben.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
Veszem a korongot, és ideteszem,
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
és amíg itt áll – nem mozog –,
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
megfordítom a pályát,
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
és ha jól csináltam,
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
a korong lógva kering tovább a levegőben.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(Taps)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
Látják, hogy ez kvantumrögzítés,
nem lebegés.
nem lebegés.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
Amíg hagyom egy kicsit tovább keringeni,
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
mondok még valamit a szupravezetőkről.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
(Nevetés)
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
Már tudjuk, hogy hatalmas mennyiségű
áramot juttathatunk a szupravezetőbe,
áramot juttathatunk a szupravezetőbe,
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
és erős mágneses teret
állíthatunk elő vele,
állíthatunk elő vele,
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
mint amire az MRI-készülékekben
vagy a részecskegyorsítókban van szükség.
vagy a részecskegyorsítókban van szükség.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
De a szupravezetőkkel
energiát is tárolhatunk,
energiát is tárolhatunk,
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
mert nincs veszteség.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
Nagyfeszültségű kábeleket gyárthatunk,
s áramot továbbíthatunk rajtuk.
s áramot továbbíthatunk rajtuk.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
Képzeljék el, hogy egyetlen szupravezető
kábel elég egy egész erőműhöz.
kábel elég egy egész erőműhöz.
De mi a jövője a kvantumlebegésnek
és a kvantumrögzítésnek?
és a kvantumrögzítésnek?
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
Egy példával válaszolok a kérdésre.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
Képzeljék el, hogy van egy,
a kezemben lévőhöz hasonló korongjuk.
a kezemben lévőhöz hasonló korongjuk.
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
Az is 8 cm átmérőjű, de egy apró
dologban különbözik ettől:
dologban különbözik ettől:
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
A szupravezető rétege nem félmikronos,
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
hanem 2 mm vastagságú - elég vékony.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
Ez a 2 mm-es szupravezető réteg 1 tonnát,
egy kisebb kocsi súlyát bírná el.
egy kisebb kocsi súlyát bírná el.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
Elképesztő! Köszönöm.
(Taps)
10:03
(Applause)
117
587494
15080
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