TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
보아즈 알모그, 초전도체를 "공중부양" 시키다.
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3 인치의 극도로 앏은 원반이 자체의 무게보다 7 만배의 물체를 공중부양 시킬 수 있을까? 이 눈을 땔 수 없는, 미래적인 시연에서, 보아즈 알모그는 초전도체 원반을 에너지의 소실없이 자기 부상시키는 "양자 고정" 현상을 보여준다.
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
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00:25
The phenomenon you saw here for a brief moment
0
9752
4318
잠시동안 관찰하신 이 현상은
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
양자 부상과 양자 고정(locking)이라고 불립니다.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
공중부양을 하고 있는
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
이 물체는 초전도체라고 불리지요.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
초전도 현상은 물질의 양자역학적 상태로
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
온도가 특정한 수준 이하로 낮아져야만
나타날 수 있습니다.
나타날 수 있습니다.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
이 현상은 사실 100년전에 발견된
00:54
it was discovered 100 years ago.
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오랜동안 알려져 있던 현상입니다.
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However, only recently,
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하지만, 겨우 근래에 들어서야
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due to several technological advancements,
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2362
여러 기술의 진보에 의해
01:00
we are now able to demonstrate to you
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2672
이렇게 여러분에게
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quantum levitation and quantum locking.
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3746
양자 부상과 양자 고정을
시연해드릴 수 있게 되었습니다.
시연해드릴 수 있게 되었습니다.
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
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51216
5845
초전도체는 두가지의 성질들로 정의될 수 있습니다.
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
첫 성질은 전류의 흐름에 대항하는 저항이 없고,
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
둘째로 자기장을 초전도체 내부로부터
완전히 밀어내는 성질이 있습니다.
완전히 밀어내는 성질이 있습니다.
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
복잡하게 들리시죠?
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
하지만 전기 저항이 무엇인가요?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
전류는 물체 안에서 일어나는 전자들의 흐름입니다.
01:35
And these electrons, while flowing,
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79422
3349
그리고 이 전자들이 흐르는 도중
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
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2688
물체를 이루고 있는 원자들과 충돌하고, 이 충돌의 결과로
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
전자들은 일정량의 에너지를 잃게됩니다.
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
그리고 이 에너지는 열로 변환되어 외부로 소실됩니다.
이 효과는 익히 알고 계실겁니다.
이 효과는 익히 알고 계실겁니다.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
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93276
5919
하지만, 초전도체 내부에서는 전자의 충돌이
일어나지 않습니다.
일어나지 않습니다.
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
그래서 에너지의 소실도 없지요.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
생각해보면, 아주 놀라운 효과입니다.
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
고전 물리에서는, 어느 역학 과정에나 항상
마찰이 존재하고, 에너지 소실이 뒤따릅니다.
마찰이 존재하고, 에너지 소실이 뒤따릅니다.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
하지만, 우리가 보고 있는 현상은
양자 물리 효과입니다.
양자 물리 효과입니다.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
게다가, 그게 다가 아닙니다.
초전도체들은 자기장을 싫어하기 때문이죠.
초전도체들은 자기장을 싫어하기 때문이죠.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
그래서, 초전도체는 자기장을 내부로 부터
밀쳐내려 합니다,
밀쳐내려 합니다,
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
그러기 위해 초전도체는 순환전류를 생성해냅니다.
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
이제, 이 두 효과 :
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
자기장을 밀어내는 성질과 전기 저항이 없는 상태의 조합이
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
초전도체를 정의합니다.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
하지만, 이 설명이 항상 완벽하지는 않습니다.
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
종종 자기선들이 초전도체의 내부에
남아있기도 하기 때문입니다.
남아있기도 하기 때문입니다.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
우리가 여기 마련한 것 같이, 적절한 환경에선
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
이 자기선들은 초전도체 내에 갇히게 됩니다.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
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167645
6257
그리고 초전도체 내부의 이 자기선들은
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
서로 떨어져 분리된 상태로 생겨납니다.
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
왜 그럴까요? 양자 역학적 현상이기 때문입니다.
양자 물리로 설명가능하죠.
양자 물리로 설명가능하죠.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
그리고 초전도체를 관통하는 자기선들은
입자처럼 움직인다는 것이 밝혀졌습니다.
입자처럼 움직인다는 것이 밝혀졌습니다.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
이 영상에서, 자기선이 개개로 관통하여
어떻게 흐르는지 볼 수 있습니다.
어떻게 흐르는지 볼 수 있습니다.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
이것들은 자기선입니다. 입자들이 아닙니다.
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
하지만 입자처럼 행동하죠.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
이것이 바로 우리가 이 효과를 "양자" 부상과
"양자" 고정이라고 부르는 이유입니다.
"양자" 고정이라고 부르는 이유입니다.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
만약 초전도체를 자기장 속에 넣으면
어떤 일이 벌어질까요?
어떤 일이 벌어질까요?
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
우선, 내부에 남아있는 자기선들이 있죠.
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
하지만, 초전도체는 이 자기선들이
돌아다니는 것을 싫어하죠.
돌아다니는 것을 싫어하죠.
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
이 자기선들의 움직임이 에너지 소실을 일으키고,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
그 결과 초전도 상태가 깨질 수 있기 때문입니다.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
그래서, 초전도체는 자기선속양자(fluxon)
라고 불리는
라고 불리는
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
자기선들을 그 자리에 고정시킵니다,
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
그 결과, 초전도체 자체가 한 자리에 고정됩니다.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
왜 그럴까요? 초전도체를 조금만 움직여도
자기장에 대한 자신의 위치를 바꿀 것이고,
자기장에 대한 자신의 위치를 바꿀 것이고,
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
그리고, 자기선의 배열을 바꿀 것이기 때문입니다.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
이로써, 양자 고정 현상이 생깁니다.
이것들이 어떻게 일어나는지 시범을 보여드리겠습니다.
이것들이 어떻게 일어나는지 시범을 보여드리겠습니다.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
우선 여기, 낮은 온도를 충분히 유지하기 위해
포장한 초전도체가 잇습니다.
포장한 초전도체가 잇습니다.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
이 초전도체를 일반 자석 위에 올려놓으면
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
공중에 고정되어 가만히 있습니다.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(박수)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
하지만, 이것은 단지 공중부양이 아닙니다.
단지 반발작용인 것이 아닙니다.
단지 반발작용인 것이 아닙니다.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
자기선속양자들을 재배열하면,
초전도체는 그 배열을 유지하려 합니다.
초전도체는 그 배열을 유지하려 합니다.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
이렇게, 아니면 오른쪽, 왼쪽으로
조금 움직여 놓을 수 있습니다.
조금 움직여 놓을 수 있습니다.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
그래서, 이 현상을 양자 고정이라 부릅니다.
말그대로, 초전도체의 3차원적 위치를
고정시킬수 있습니다.
말그대로, 초전도체의 3차원적 위치를
고정시킬수 있습니다.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
물론, 뒤집어 놓을 수도 있습니다,
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
그러면 초전도체는 고정된 체 그대로 있죠.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
이제, 우리는 흔히 공중부양이라고 부르는 이것이
사실은 고정 현상이라는 것을 보았습니다.
사실은 고정 현상이라는 것을 보았습니다.
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
예, 우리는 이 현상을 이해하고 있습니다.
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
이제 여러분은, 제가 균등한 자기장을 갖는
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
이 원형 자석위에 초전도체를 올려놓으면
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
자석의 축을 중심으로 자유롭게
회전할 것이라는 것에 놀라지 않을 것입니다.
회전할 것이라는 것에 놀라지 않을 것입니다.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
왜 그럴까요? 회전하는 동안,
자기선속양자의 배열이 유지되기 때문입니다.
자기선속양자의 배열이 유지되기 때문입니다.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
보이시나요? 이렇게 초전도체를
약간 조정할수도 있고 회전시킬 수도 있습니다.
약간 조정할수도 있고 회전시킬 수도 있습니다.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
이 움직임은 마찰이 없습니다. 공중부양중에도
자유롭게 움직일 수 있습니다.
자유롭게 움직일 수 있습니다.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
이처럼, 우리는 양자 고정 현상을 관찰할 수 있습니다.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
그렇다면, 몇 개의 자기선속양자가, 몇 개의 자기선들이,
이 하나의 원반을 관통하고 있을까요?
이 하나의 원반을 관통하고 있을까요?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
물론, 우리는 이론적으로 계산을 할 수 있습니다.
그리고, 엄청나게 많은 수라는 사실이 드러났죠.
그리고, 엄청나게 많은 수라는 사실이 드러났죠.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
천억개의 자기선들이 이 3인치(4.8cm) 짜리
원반을 통과합니다.
원반을 통과합니다.
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
하지만 그게 놀라운 부분은 아닙니다.
제가 말씀드리지 않은 것이 있거든요.
제가 말씀드리지 않은 것이 있거든요.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
예, 놀라운 사실은
여기 보고 계시는 초전도체는
여기 보고 계시는 초전도체는
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
겨우 0.5 마이크론 (백만분의 1 미터)의 두께를
가지고 있습니다. 이것은 극도로 얇습니다.
가지고 있습니다. 이것은 극도로 얇습니다.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
그리고 이 극도록 얇은 원반은 자체의 무게보다
7 만배 더 무거운 물체를 부상시킬수 있습니다.
7 만배 더 무거운 물체를 부상시킬수 있습니다.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
정말 놀라운 효과이죠. 엄청나게 강력합니다.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
이제, 우리는 이 원형 자석의 크기를
늘릴 수 있습니다.
늘릴 수 있습니다.
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
그리고 우리가 원하는 형태의
트랙을 만들 수 있죠.
트랙을 만들 수 있죠.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
예를 들어, 우리는 이 커다란 원형 선로를
만들 수 있습니다.
만들 수 있습니다.
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
그리고, 이 선로위에 초전도체 원반을 올려 놓으면
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
자유롭게 움직입니다.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(박수)
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
그리고, 여전히, 이게 다가 아닙니다.
위치를 이렇게 조정해서 회전시킬 수도 있습니다.
위치를 이렇게 조정해서 회전시킬 수도 있습니다.
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
그러면 초전도체는 이 새로운 위치에서
자유롭게 움직입니다.
자유롭게 움직입니다.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
이제 새로운 것도 시도할 수 있습니다;
이건 처음으로 시도해 보려는 겁니다.
이건 처음으로 시도해 보려는 겁니다.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
원반을 집어서, 여기에 놓고,
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
이렇게 남겨져있는 동안 -- 움직이지마--
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
제가 이렇게 트랙을 뒤집어 놓을 수도 있습니다.
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
그리고 바라건데, 제가 옳게 했다면,
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
초전도체는 매달린 체 남아있습니다.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(박수)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
보시다시피, 이것은 공중부양이 아닌 양자 고정입니다.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
이제, 잠시 돌고 있도록 두고,
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
초전도체에 대해 조금 말씀드리고자 합니다.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
이제 -- (웃음) --
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
우리는 엄청난 양의 전류를 초전도체 내부에
순환시킬 수 있다는 것을 알고 있습니다.
순환시킬 수 있다는 것을 알고 있습니다.
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
그래서 이를 통해 강력한 자기장을
생성해 낼 수 있습니다.
생성해 낼 수 있습니다.
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
이 강력한 자기장은 MRI 에도 필요하고,
입자가속기 등등에도 필요합니다.
입자가속기 등등에도 필요합니다.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
무엇보다도, 우리는 초전도체에
에너지를 저장해 놓을 수도 있습니다.
에너지를 저장해 놓을 수도 있습니다.
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
에너지 소실이 일어나지 않기 때문이죠.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
우리는 전력 케이블을 초전도체로 만들어, 막대한 양의
전류를 발전소 간 전송에 이용 할 수도 있습니다.
전류를 발전소 간 전송에 이용 할 수도 있습니다.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
우리는 한 발전소가 생산하는 전기량을
단 하나의 초전도 케이블에 저장하는 것을 상상할 수도 있습니다.
단 하나의 초전도 케이블에 저장하는 것을 상상할 수도 있습니다.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
그렇다면, 양자 부상과 양자 고정의 미래는 어떨까요?
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
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자, 이 간단한 질문을 예를 통해 대답해 드리겠습니다.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
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제가 손에 들고 있는 지름 3인치(약5cm) 원반과 비슷한
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
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하지만 한 가지 차이점이 있는 원반을 생각해보세요.
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
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0.5 마이크론의 초전도체층 대신,
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
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2 밀리미터의 초전도체층을 갖고 있다 한다면,
굉장히 얇죠,
굉장히 얇죠,
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
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이 2 밀리미터 두께의 초전도체는 천 킬로그렘의 물체,
작은 차를 제 손 위에 부상시킬 수 있습니다.
작은 차를 제 손 위에 부상시킬 수 있습니다.
10:00
Amazing. Thank you.
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엄청나죠. 감사합니다.
10:03
(Applause)
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(박수)
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