TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
Боаз Альмог заставляет суперпроводник левитировать
Filmed:
Readability: 4.6
2,644,569 views
Как может супертонкий диск чуть меньше 8 см в диаметре поднимать вес в 70 тысяч раз больше собственного? Боаз Альмог показывает как феномен, известный под названием квантовый замо́к, даёт суперпроводнику возможность двигаться над магнитным рельсом без трения и без потери энергии. Выступление поражает фантастичностью и захватывающими демонстрациями.
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
Феномен, который вы сейчас недолго наблюдали,
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
называется квантовой левитацией и квантовым замком.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
А объект, который здесь левитировал,
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
называется суперпроводником.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
Суперпроводимость — квантовое состояние материи (пятое состояние вещества),
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
которое возникает только ниже определённой критической температуры.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
В общем-то, это достаточно известный феномен;
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
он был открыт 100 лет назад.
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
Но только недавно,
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
в результате развития высоких технологий,
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
мы можем теперь демонстрировать вам
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
эффект квантовой левитации и квантового замка.
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
Итак, суперпроводник определяется по двум свойствам:
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
первое: нулевое сопротивление в электрическом поле,
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
второе: выталкивание магнитного поля из себя (непроницаемость для магнитного поля).
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
Сложно звучит, правда?
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
Но что же такое электрическое сопротивление?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
Электричество — это поток электронов внутри материала.
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
Эти электроны, пока движутся,
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
82771
2688
сталкиваются с атомами и в результате таких коллизий,
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
теряется определённое количество энергии.
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
Электроны рассеивают эту энергию в виде тепла. Вы все знаете этот эффект.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
Тем не менее, внутри суперпроводника таких столкновений нет,
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
поэтому нет потери энергии.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
Здорово, только подумайте об этом.
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
В классической физике всегда существует трение, то есть потеря энергии.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
Но не в нашем случае, не при квантовом эффекте.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
И это ещё не всё: суперпроводники не любят магнитное поле.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
Следовательно, суперпроводник будет пытаться изгнать магнитное поле вон из себя,
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
а делать это он будет путём циркуляции электрического тока.
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
Вот и получается, слияние двух эффектов:
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
непроницаемость для магнитного поля и нулевое сопротивление в электрическом поле —
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
вот что такое есть суперпроводник.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
Но мы знаем, что идеальной картинки часто не получается,
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
иногда линии магнитного поля остаются внутри суперпроводника.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
И при соответствующих условиях, которые у нас здесь есть,
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
эти линии магнитного поля могут быть заперты внутри суперпроводника.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
Эти «нити» магнитного поля внутри суперпроводника
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
дискретны (порционны).
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
Почему? Потому что это и есть квантовый феномен. Квантовая физика.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
И получается, что ведут себя эти линии магнитного поля, как квантовые частицы.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
В клипе видно, как они движутся один за другим дискретно (порциями).
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
Это — линии магнитного поля. Это не частицы,
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
но ведут они себя, как частицы.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
Именно поэтому мы называем этот эффект квантовой левитацией и квантовым замком.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
Что же происходит с суперпроводником, когда мы помещаем его в магнитное поле?
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
Ну, во-первых, силовые линии магнитного поля «сидят» внутри,
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
а суперпроводник не хочет, чтобы они там двигались,
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
потому что такое движение вызывает потерю энергии,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
а это нарушает состояние суперпроводимости.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
И суперпроводник блокирует эти силовые линии,
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
которые называются флюксонами, то есть запирает (зажимает) флюксоны на месте.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
И делая это, он и себя фиксирует в постоянном состоянии.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
Почему? Потому что любое движение самого суперпроводника
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
изменит и местоположение линий, изменит их конфигурацию.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
Так мы получаем квантовый замок. Позвольте покажу, как это работает.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
Вот у меня здесь суперпроводник, который я укутал , чтобы он оставался холодным.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
Когда я помещаю его над обыкновенным магнитом,
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
он словно зависает в воздухе.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(Аплодисменты)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
И это не просто левитация. Это не просто отталкивание.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
Я могу поменять позицию флюксонов и снова он «замкнётся» в новом положении.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
Вот так, или чуть вправо, или влево...
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
Квантовый замок — это фиксирование суперпроводника в трёхмерном пространстве.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
Конечно, я могу перевернуть его вверх ногами,
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
и он останется зафиксированным.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
Только сейчас мы понимаем, что так называемая левитация...
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
на самом деле является замком (сцеплением).
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
Вы не удивитесь, узнав, что если я возьму этот круговой магнит,
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
в котором магнитное поле одинаковое по кругу,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
что позволит суперпроводнику свободно вращаться по оси магнита.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
Почему? Потому что пока он вращается, сцепление (замок) остаётся неизменным.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
Видите? Я могу немного подправить его положение и снова раскрутить.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
У нас движение без трения. Он левитирует и свободно движется вокруг себя.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
Итак, у нас есть квантовый замок и левитация над данным магнитом.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
Но сколько там флюксонов, сколько линий магнитного поля внутри одного такого диска?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
Ну, можно посчитать, и получится достаточно много.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
Сто триллионов «нитей» магнитного поля внутри 7 сантиметрового диска .
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
Но это ещё не самое занимательное, потому что я ещё не всё вам рассказал.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
А вот занимательная часть в том, что суперпроводник, который вы видите,
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
толщиной только в полмикрона. Он очень тонкий.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
И эта очень тонкая пластина может выдержать нагрузку в 70 тысяч раз больше собственного веса.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
Это удивительный эффект. Очень он сильный.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
Я могу увеличить круговой магнит,
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
и сделать из него любую конфигурацию.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
Например, могу сделать большую круглую железную дорогу.
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
И когда я помещаю суперпроводник над этим рельсом,
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
он свободно движется.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(Аплодисменты)
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
И это ещё не всё. Я могу изменить его положение вот так и снова запустить по кругу,
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
и он снова вращается и крутится в новом заданном положении.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
Я могу даже попробовать новую идею. Давайте попробуем. Это впервые.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
Я могу взять диск и подвесить его здесь,
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
а пока он висит здесь... не двигайся...
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
я попробую перевернуть рельсу,
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
и, надеюсь, если я правильно все сделал,
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
диск останется подвешенным.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(Аплодисменты)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
Видите, это квантовый замок, а не левитация.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
Пусть он покрутится ещё немного,
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
а я ещё расскажу о суперпроводниках.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
Итак... (Смех)
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
Мы теперь знаем, что можем закрыть огромное количество силовых линий полей внутри,
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
это даёт нам возможность производить сильное магнитное поле,
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
которое необходимо для магнитно-резонансной аппаратуры, для ускорителей частиц и прочее.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
Мы можем сохранять энергию, используя суперпроводники,
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
потому что нет потери энергии.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
Может производить супер высоковольтные кабели, которые будут передавать электрический ток.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
Представьте, что можно обойтись одним суперпроводниковым кабелем, чтобы обеспечить работу всей электростанции.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
Но какое будущее у квантовой левитации и квантового замка?
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
Позвольте мне ответить на этот вопрос примером.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
Представьте, что есть почти такой диск, как у меня в руке,
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
7 см в диаметре, но с одним отличием.
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
Слой суперпроводимости вместо половины микрона толщиной
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
будет два миллиметра, то есть достаточно большой.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
Этот двухмиллиметровый суперпроводниковый слой сможет выдержать нагрузку в тысячу кг, то есть маленькую машину, которую я смогу держать в руках.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
Поразительно. Спасибо.
10:03
(Applause)
117
587494
15080
(Аплодисменты)
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