TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
Boaz Almog prezentuje "lewitujący" nadprzewodnik
Filmed:
Readability: 4.6
2,644,569 views
W jaki sposób ultra-cienki, ośmiocentymetrowy krążek jest w stanie unieść coś 70.000 razy cięższego niż on sam? Podczas tego intrygującego, futurystycznego pokazu, Boaz Almog zademonstruje, jak zjawisko nazywane uwięzieniem kwantowym sprawia, że krążek nadprzewodzący potrafi unosić się nad torem magnetycznym przy zerowym tarciu i zerowej utracie energii.
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
Zjawisko, które przed chwilą widzieliście
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
nazywane jest lewitacją kwantową
lub uwięzieniem kwantowym.
lub uwięzieniem kwantowym.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
A ten przedmiot, który przed chwilą lewitował,
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
nazywany jest nadprzewodnikiem.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
Nadprzewodnictwo to kwantowy stan materii,
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
który występuje jedynie poniżej
pewnej temperatury krytycznej.
pewnej temperatury krytycznej.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
Zjawisko to jest znane od dawna.
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
Odkryto je 100 lat temu.
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
Ale dopiero teraz,
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
dzięki postępowi techniki,
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
możemy wam pokazać
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
lewitację kwantową i uwięzienie kwantowe.
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
Nadprzewodniki charakteryzują dwie właściwości.
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
Pierwsza to całkowity brak oporu elektrycznego.
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
Druga natomiast to wypieranie pola magnetycznego
z wnętrza nadprzewodnika.
z wnętrza nadprzewodnika.
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
Brzmi zawile?
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
Ale czym jest opór elektryczny?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
Elektryczność to przepływ elektronów
wewnątrz tworzywa.
wewnątrz tworzywa.
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
Płynąc, elektrony
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
82771
2688
zderzają się z atomami,
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
w wyniku czego tracą pewną ilość energii.
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
Jak wiecie, utracona energia ulega rozproszeniu
pod postacią ciepła.
pod postacią ciepła.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
W nadprzewodniku jednak nie dochodzi do zderzeń.
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
ani też do rozproszenia energii.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
To niewiarygodne. Zastanówcie się.
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
W fizyce klasycznej,
zawsze występuje tarcie, następuje utrata energii.
zawsze występuje tarcie, następuje utrata energii.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
Nie w tym przypadku.
Mowa tutaj o efekcie kwantowym.
Mowa tutaj o efekcie kwantowym.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
Do tego, nadprzewodniki nie przepadają
za polem magnetycznym.
za polem magnetycznym.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
Usiłują wyprzeć pole od wewnątrz,
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
co jest możliwe
dzięki wykorzystaniu prądów wirowych.
dzięki wykorzystaniu prądów wirowych.
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
Gdy wystepują oba te zjawiska,
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
czyli wypieranie pola magnetycznego
i brak oporu elektrycznego,
i brak oporu elektrycznego,
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
mamy do czynienia z nadprzewodnikiem.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
Jednak, jak wiecie, nic nie jest idealne
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
i czasem pasma pola magnetycznego zostają
w nadprzewodniku.
w nadprzewodniku.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
W odpowiednich warunkach, takich jakie mamy tutaj,
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
możemy uwięzić te pasma wewnątrz nadprzewodnika.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
Ilość pasm pola magnetycznego w nadprzewodniku
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
zawsze stanowi wartość dyskretną.
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
Dlaczego? Gdyż jest to zjawisko kwantowe.
To właśnie fizyka kwantowa.
To właśnie fizyka kwantowa.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
Okazuje się, że te pasma zachowują się
jak cząstki kwantowe.
jak cząstki kwantowe.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
Na tym filmie widać, że płyną pojedynczo.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
Są to pasma pola magnetycznego, nie cząstki.
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
A jednak zachowują się jakby były cząstkami.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
Dlatego właśnie, ten efekt nazywany jest
lewitacją kwantową i uwięzieniem kwantowym.
lewitacją kwantową i uwięzieniem kwantowym.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
Jak zachowa się nadprzewodnik,
jeśli umieścimy go wewnątrz pola magnetycznego?
jeśli umieścimy go wewnątrz pola magnetycznego?
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
Wewnątrz nadprzewodnika
wciąż są pasma pola magnetycznego
wciąż są pasma pola magnetycznego
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
i ruch tych pasm nagle zaczyna mu przeszkadzać,
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
ponieważ prowadzi do rozproszenia energii,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
co niweczy zjawisko nadprzewodnictwa.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
Więc nadprzewodnik blokuje te pasma,
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
czyli fluksony, zatrzymując je w jednym miejscu.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
W efekcie, unieruchamia sam siebie.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
A to dlatego, że najmniejszy nawet ruch nadprzewodnika
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
zmieniłby położenie i konfigurację pasm.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
W ten sposób uzyskujemy uwiezięnie kwantowe.
Pokażę wam, jak to działa.
Pokażę wam, jak to działa.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
To właśnie jest nadprzewodnik.
Zawinąłem go, żeby się nie nagrzał.
Zawinąłem go, żeby się nie nagrzał.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
Teraz umieszczę go nad zwykłym magnesem.
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
I tak oto nadprzewodnik zawisł w powietrzu.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(Brawa)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
To nie jest po prostu lewitacja, ani też odpychanie.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
Jeśli zmienię ułożenie fluksonów,
nadprzewodnik zablokuje się w takim np. położeniu.
nadprzewodnik zablokuje się w takim np. położeniu.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
Możemy nim też poruszać,
trochę na lewo albo na prawo.
trochę na lewo albo na prawo.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
Tak właśnie wygląda uwięzienie kwantowe.
Możemy uwięzić nadprzewodnik w 3 wymiarach.
Możemy uwięzić nadprzewodnik w 3 wymiarach.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
Mogę go oczywiście obrócić,
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
a i tak pozostanie uwięziony.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
Skoro już wiecie, że ta tzw. lewitacja
to tak naprawdę uwięzienie,
to tak naprawdę uwięzienie,
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
co teraz wydaje się jasne,
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
to nie zaskoczy was,
że jeśli użyję okrągłego magnesu,
że jeśli użyję okrągłego magnesu,
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
w którym pole magnetyczne jest takie samo na całej powierzchni,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
nadprzewodnik zacznie swobodnie obracać się
wokół osi magnesu.
wokół osi magnesu.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
Dzieje się tak, ponieważ dopóki się obraca,
doputy uwięzienie pozostaje zachowane.
doputy uwięzienie pozostaje zachowane.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
Jak widzicie, mogę ruszać i obracać nadprzewodnikiem,
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
który porusza się nie wytwarzając tarcia.
Wciąż lewituje, ale może swobodnie się poruszać.
Wciąż lewituje, ale może swobodnie się poruszać.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
Więc nadprzewodnik jest w stanie uwięzienia kwantowego
i może unosić się nad magnesem.
i może unosić się nad magnesem.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
Ale ile fluksonów,
ile pasm magnetycznych, znajduje się w takim krążku?
ile pasm magnetycznych, znajduje się w takim krążku?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
Jeśli to policzymy, to okaże się, że całkiem sporo.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
W tym 8 cm krążku mieści się
100 mld pasm pola magnetycznego.
100 mld pasm pola magnetycznego.
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
Ale nawet nie to jest najbardziej zaskakujące.
Opowiem wam coś jeszcze lepszego.
Opowiem wam coś jeszcze lepszego.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
Najbardziej niesamowite jest, że ten nadprzewodnik
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
ma tylko pół mikrona grubości.
Jest niesamowicie cienki.
Jest niesamowicie cienki.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
Tak cienka warstewka jest w stanie
unieść ciężar 70.000 razy większy od swojej wagi.
unieść ciężar 70.000 razy większy od swojej wagi.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
To niesamowity efekt. Bardzo silny.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
Mogę rozciągnąć ten okrągły magnes
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
i stworzyć taki tor, jaki tylko zechcę.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
Na przykład, mogę zrobić duży, okrągły tor.
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
Jeśli umieszczę nad nim krążek nadprzewodzący,
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
zacznie poruszać się swobodnie.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(Brawa)
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
Ale to jeszcze nie koniec.
Mogę zmienić jego położenie w ten sposób i obracać nim,
Mogę zmienić jego położenie w ten sposób i obracać nim,
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
a on będzie swobodnie się poruszał
w nowym położeniu.
w nowym położeniu.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
Może nawet spróbuję czegoś całkiem nowego.
Robię to po raz pierwszy.
Robię to po raz pierwszy.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
Wezmę krążek i umieszczę go tutaj.
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
Niech tu zostanie - nie ruszaj się -
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
a ja w tym czasie spróbuję obrócić tor.
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
Jeśli dobrze to zrobiłem,
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
krążek będzie dalej się unosił.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(Brawa)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
Już wiecie, że to uwięzienie kwantowe, nie lewitacja.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
Pozwólcie, że podczas gdy mój nadprzewodnik
będzie się kręcił,
będzie się kręcił,
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
opowiem wam trochę o nadprzewodnikach.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
Tak więc...
(Śmiech)
(Śmiech)
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
Wiemy już, że nadprzewodniki
mogą przewodzić ogromne ilości prądu.
mogą przewodzić ogromne ilości prądu.
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
A to oznacza,
że można dzięki nim uzyskać silne pola magnetyczne,
że można dzięki nim uzyskać silne pola magnetyczne,
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
niezbędne np. w aparatach do rezonansu magnetycznego,
w akceleratorach cząstek, itd.
w akceleratorach cząstek, itd.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
W nadprzewodnikach możemy też
przechowywać energię,
przechowywać energię,
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
ponieważ nie ma zjawiska rozproszenia.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
Moglibyśmy też wyprodukować kable przewodzące ogromne ilości prądu między elektrowniami.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
Wyobraźmy sobie, że zasilanie awaryjne elektrowni mógłby zapewnić jeden nadprzewodzący kabel.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
Jak wygląda przyszłość lewitacji kwantowej
i uwięzienia kwantowego?
i uwięzienia kwantowego?
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
Pozwólcie, że podam przykład.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
Wyobraźcie sobie krążek podobny do tego,
8 cm średnicy.
8 cm średnicy.
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
Ale jedna rzecz go odróżnia.
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
Warstwa nadprzewodnika
nie ma pół mikrona grubości, tylko 2 mm.
nie ma pół mikrona grubości, tylko 2 mm.
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
Wciąż niewiele.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
Taka 2 mm warstwa nadprzewodnika pozwoliłaby mi unieść 1,000 kg, czyli niewielki samochód, w dłoni.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
Nieprawdopodobne. Dziękuję.
10:03
(Applause)
117
587494
15080
(Brawa)
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