TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
Boaz Almog: „levituoja“ superlaidininką
Filmed:
Readability: 4.6
2,644,569 views
Kaip ypatingai plonas, trijų colių diskas gali levituoti ir išlaikyti už save 70,000 kartų didesnį svorį? Žavinčioje, futuristinėje demonstracijoje Boaz Almog parodo kaip fenomenas, žinomas kvantiniu užfiksavimu, leidžia superlaidininkiniam diskui sklęsti virš magnetinių bėgių -- visiškai be trinties ir be jokio energijos praradimo.
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
Fenomenas, kurį akimirkai matėte
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
vadinamas kvantine levitacija ir kvantiniu užfiksavimu.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
Čia levituojantis objektas
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
vadinamas superlaidininku.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
Superlaidumas yra kvantinė medžiagos būsena,
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
atsirandanti esant žemiau tam tikros kritinės temperatūros.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
Tai gana senas fenomenas;
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
jis buvo atrastas prieš 100 metų.
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
Tačiau visai neseniai
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
kelių technologinių patobulinimų dėka
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
dabar mes galime jums parodyti
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
kvantinę levitaciją ir kvantinį užfiksavimą.
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
Superlaidininkas apibūdinamas dvejomis savybėmis.
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
Pirmoji - jokio pasipriešinimo elektros srovei,
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
o antra - magnetinio lauko išmetimas iš superlaidininko vidaus.
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
Skamba sudėtingai, tiesa?
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
Tačiau kas yra pasipriešinimas elektros srovei?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
Taigi, elektros srovė - elektronų judėjimas medžiagos viduje.
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
Judėdami elektronai susiduria su atomais.
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
82771
2688
Susidūrimo metu
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
elektronai praranda tam tikrą kiekį energijos.
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
Energija iššvaistoma šilumos forma, manau žinote tokį efektą.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
Tačiau superlaidininke tokių susidūrimų nėra,
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
tad nėra jokio energijos iššvaistymo.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
Tai tikrai nuostabu. Pagalvokite apie tai.
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
Klasikinėje fizikoje visada yra kažkokia trintis, kažkoks energijos praradimas.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
Tačiau ne čia, nes tai kvantinis efektas.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
Tai dar ne viskas, nes superlaidininkams nepatinka magnetinis laukas.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
Taigi superlaidininkas bandysi išmesti magnetįnį lauką iš vidaus.
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
ir jis tai atlieka cirkuliuojant sroves.
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
Šis dviejų efektų -
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
magnetinio lauko išmetimas ir jokio pasipriešinimo elektros srovei -
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
derinys ir yra superlaidininkas.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
Tačiau ne visada viskas yra tobula, visi tai žinome,
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
ir kartais magnetinio lauko bangos išlieka superlaidininko viduje.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
Taigi, tinkamomis sąlygomis, o mes jas ir turime,
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
šie magnetinio lauko sluoksniai galį būti įkalinti superlaidininko viduje.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
O superlaidininke esančios magnetinio lauko bangos
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
atsiranda diskretiškais kiekiais.
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
Kodėl? Nes tai kvantinis fenomenas. Tai kvantinė fizika.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
Ir pasirodo, kad jos elgiasi kaip kvantinės dalelės.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
Šiame vaizdo įraše galite pamatyti kaip jos pavieniui diskretiškai juda.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
Tai magnetinio lauko bangos. Tai nėra dalelės,
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
bet jos elgiasi kaip dalelės.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
Todėl mes šį efektą vadiname kvantine levitacija ir kvantiniu užfiksavimu.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
Tačiau kas atsitiks su superlaidininku kai mes jį įdėsime į magnetinį lauką?
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
Visų pirma jame yra likusių magnetinio lauko bangų,
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
bet dabar superlaidininkui nepatinka, kad jos liko,
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
nes bangos iššvaisto energiją,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
o tai sugadina superlaidininko būseną.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
Ką jis iš tikro daro, tai užfiksuoja šias bangas,
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
kurios vadinamos fluksonais ir užfiksuoja šiuos fluksonus vienoje vietoje.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
Ir jis taip darydamas iš tikro užsifiksuoja pats vienoje vietoje.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
Kodėl? Nes bet koks superlaidininko judėjimas, pakeis fluksonų vietą
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
ir išsidėstymą.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
Taigi mes gauname kvantinį užfiksavimą. Leiskite parodyti kaip tai veikia.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
Čia turiu superlaidininką, kurį laikiau azote, kad jis pakankamai ilgai išliktų šaltas.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
Ir kai jį padedu ant įprasto magneto,
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
superlaidininkas tiesiog užsifiksuoja ore.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(Plojimai)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
Tai ne tik levitacija. Tai ne tik stūma.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
Galiu pertvarkyti fluksonus ir jie bus užfiksuota šia nauja konfigūracija.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
Štai taip, arba galima pajudinti šiek tiek į kairę ar į dešinę.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
Taigi, tai kvantinis užfiksavimas - tikras užfiksavimas - superlaidininko užfiksavimas trimis matmeninimis.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
Žinoma, galiu jį ir apversti
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
ir liks taip užfiksuotas.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
Dabar kai suprantame, kad ši vadinama levitacija yra iš tikro užfiksavimas,
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
Taip, mes tai suprantame.
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
Jūs nenustebsite išgirdę, kad jei paimsime cirkuliuojantį magnetą,
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
kuriame magnetinis laukas yra toks pat visur,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
superlaidininkas galės laisvai suktis visomis šio magneto ašimis.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
Kodėl? Nes kol jis sukasi, užfiksavimas yra išlaikomas.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
Matote? Galiu koreguoti ir sukti superlaidininką.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
Ir mes turime judėjimą be trinties. Jis vis dar levituoja, bet ir gali laisvai judėti aplink.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
Taigi, turime kvantinį užfiksavimą ir galime jį levituoti virš šio magneto.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
Tačiau kiek fluksonų, kiek magnetinių bangų yra viename tokiame diske?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
Pasirodo, mes galime apskaičiuoti, o jų yra daug.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
Šimtas milijardų magnetinio lauko bangų viename trijų colių (7,62cm) diske.
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
Tai nėra labiausiai stebinantis dalis, nes dar kai ko jums nepasakiau.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
Ir labiausiai stebinanti dalis ta, kad šis superlaidininkas yra tik
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
tik pusės mikrono storio. Labai plonas.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
Ir šis nepaprastai plonas sluoksnis gali levituoti daugiau nei 70,000 kartų didesnį už save svorį.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
Nepaprastas efektas. Jis labai stiprus.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
Galiu nutiesti cirkuliuojantį magnetą
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
ir padaryti bet kokį kelią.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
Pavyzdžiui, galiu nutiesti didelius cirkuliuojančius bėgius.
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
Ir kai padedu superlaidininko diską virš bėgių,
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
jis laisvai juda.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(Plojimai)
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
Ir tai dar ne viskas. Galių pertvarkyti jo padėti štai taip ir jį sukti,
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
ir jis laisvai juda į šią naują poziciją.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
Ir galiu pabandyti naują dalyką, pirmą kartą pabandysiu tai padaryti.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
Galiu paimti šį diską ir padėti jį čia,
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
ir kol jis čia yra -- nejudėk--
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
Pabandysiu pasuktį kelią
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
ir jei man pavyks tai padaryti teisingai,
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
jis liks kabantis.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(Plojimai)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
Matote, tai kvantinis užfiksavimas, o ne levitacija.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
Leisiu jam dar truputėlį cirkuliuoti ir tuo pačiu papasakosiu
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
šiek tiek apie superlaidininkus.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
Dabar --(Juokas)--
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
Tad dabar mes žinome, kad galime perduoti didelius srovės kiekius superlaidininko viduje
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
ir juos galime panaudoti kuriant stiprius magnetinius laukus,
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
kurių reikia MRT prietaisuose, dalelių greitintuvuose ir t.t.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
Bet mes taip pat galime kaupti energiją naudojant superlaidininkus,
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
nes energija nėra iššvaistoma.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
Mes taip pat galime gaminti maitinimo kabelius, dideliems srovėms kiekiams tarp stočių perduoti.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
Įsivaizduokite, galėtumėte palaikyti veikiančią vieną elektrinę naudodami tik vieną superlaidininkinį kabelį.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
Bet kokia kvantinės levitacijos ir kvantinio užfiksavimo ateitis?
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
Leiskite man atsakyti į šį paprastą klausimą, pateikiant jums pavyzdį.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
Įsivaizduokite, kad turėtumėte diską panašų į tokį, kurį turiu rankoje,
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
trijų colių skersmens, tik su vienu skirtumu.
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
Superlaidininko sluoksnis, vietoje buvęs pusės mikrono storio,
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
būtų dviejų milimetrų storio, gana plonas.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
Dviejų milimetrų storio superlaidininko sluoksnis galėtų mano rankoje išlaikyti 1000 kilogramų,tai yra mažas automobilis.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
Nuostabu. Ačiū.
10:03
(Applause)
117
587494
15080
(Plojimai)
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