TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
Boaz Almog: Hiện tượng bay lơ lửng của chất siêu dẫn
Filmed:
Readability: 4.6
2,644,569 views
Làm thế nào một cái đĩa siêu mỏng, đường kính ba inch (7.62cm) có thể nâng một trọng lượng bằng 70000 lần trọng lượng của nó? Qua một màn trình diễn hấp dẫn, đầy hứa hẹn về tương lai, Boaz Almog chỉ ra làm thế nào hiên tượng khoá lượng tử có thể cho phép một cái đĩa siêu dẫn lơ lửng trên một đường ray nam châm -- hoàn toàn không có ma sát và không thất thoát năng lượng.
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
Hiện tượng rất ngắn bạn đang thấy ở đây
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
được gọi là đệm lượng tử và khoá lượng tử.
Và vật đang bay ở đây
được gọi là chất siêu dẫn.
được gọi là chất siêu dẫn.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
Hiện tượng siêu dẫn
là một trạng thái lượng tử của vật chất
là một trạng thái lượng tử của vật chất
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
và nó chỉ xảy ra khi
nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn.
nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
Hiện tượng này không có gì mới mẻ;
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
được phát hiện 100 năm trước.
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
Tuy nhiên, mãi đến gần đây,
nhờ vào một vài tiến bộ trong công nghệ,
nhờ vào một vài tiến bộ trong công nghệ,
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
chúng tôi mới có thể biểu diễn cho bạn xem
thế nào là đệm lượng tử và khoá lượng tử.
thế nào là đệm lượng tử và khoá lượng tử.
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
Chất siêu dẫn được xác định
bởi hai đặc tính.
bởi hai đặc tính.
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
Một là điện trở bằng không,
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
và hai là từ trường
bị đẩy ra khỏi chất siêu dẫn.
bị đẩy ra khỏi chất siêu dẫn.
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
Nghe có vẻ phức tạp quá, đúng không?
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
Nhưng điện trở là gì?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
Điện là dòng dịch chuyển electron
bên trong vật chất.
bên trong vật chất.
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
Và electron, khi dịch chuyển,
va chạm với các nguyên tử,
va chạm với các nguyên tử,
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
82771
2688
làm thất thoát năng lượng,
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
năng lượng mất mát
tỏa ra dưới dạng nhiệt năng
tỏa ra dưới dạng nhiệt năng
và các bạn đều biết hiệu ứng này.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
Tuy nhiên, bên trong chất siêu dẫn
không có va chạm,
không có va chạm,
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
do đó, không có sự mất mát năng lượng.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
Nó khá độc đáo. Nghĩ thử xem.
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
Trong vật lý cổ điển,
luôn có ma sát và mất mát năng lượng.
luôn có ma sát và mất mát năng lượng.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
Ở đây hoàn toàn không có những điều đó,
vì nó là hiệu ứng lượng tử.
vì nó là hiệu ứng lượng tử.
Nhưng đó chưa phải tất cả,
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
vì chất siêu dẫn không thích từ trường,
nên nó sẽ cố đẩy từ trường ra khỏi nó,
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
và nó xảy ra được
là nhờ các dòng mặt (siêu dòng).
là nhờ các dòng mặt (siêu dòng).
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
Sự kết hợp của cả hai hiệu ứng --
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
sự đẩy từ trường ra bên ngoài
và điện trở bằng không --
và điện trở bằng không --
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
chính là thứ tạo thành chất siêu dẫn.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
Nhưng thực tế, không phải lúc nào
nó xảy ra chính xác như vậy
nó xảy ra chính xác như vậy
như ta biết, đôi khi, một số đường sức từ
còn sót lại bên trong chất siêu dẫn.
còn sót lại bên trong chất siêu dẫn.
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
Ở điều kiện xác định, như ta có ở đây,
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
những đường sức từ này
có thể bị giam trong chất siêu dẫn.
có thể bị giam trong chất siêu dẫn.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
Và những đường sức từ
bên trong chất siêu dẫn,
bên trong chất siêu dẫn,
tồn tại dưới dạng lượng tử (hạt).
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
Tại sao?
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
Vì nó là hiện tượng lượng tử,
vật lý lượng tử.
vật lý lượng tử.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
Và thực tế, nó hoạt động
như các hạt trong vật lí lượng tử.
như các hạt trong vật lí lượng tử.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
Trong đoạn phim này, bạn có thể thấy
chúng di chuyển như những hạt riêng lẻ.
chúng di chuyển như những hạt riêng lẻ.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
Đây là những đường sức từ,
không phải là các hạt,
không phải là các hạt,
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
nhưng nó hoạt động như các hạt.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
Đây là lý do ta gọi hiệu ứng này
là đệm lượng tử và khoá lượng tử.
là đệm lượng tử và khoá lượng tử.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
Nhưng điều gì xảy ra với chất siêu dẫn
khi ta đặt nó vào một từ trường?
khi ta đặt nó vào một từ trường?
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
Đầu tiên, vài đường sức từ
sót lại bên trong chất siêu dẫn,
sót lại bên trong chất siêu dẫn,
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
nhưng chất siêu dẫn
không muốn chúng di chuyển lung tung,
không muốn chúng di chuyển lung tung,
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
vì chuyển động của chúng
gây mất mát năng lượng,
gây mất mát năng lượng,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
làm phá vỡ trạng thái siêu dẫn.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
Nên chất siêu dẫn khoá các đường sức từ
được gọi là fluxon này lại,
được gọi là fluxon này lại,
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
và giữa chúng ở yên một chỗ.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
Làm như thế, nó tự cố định chính nó.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
Vì sao?
Vì bất kì chuyển động nào
của chất siêu dẫn
của chất siêu dẫn
sẽ làm thay đổi vị trí
và cách sắp xếp bên trong nó.
và cách sắp xếp bên trong nó.
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
Nhờ vậy ta có hiện tượng khoá lượng tử.
Để tôi chỉ cho bạn thấy cách hoạt động nó.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
Ở đây, tôi có một chất siêu dẫn,
đã được bọc lại để giữ lạnh.
đã được bọc lại để giữ lạnh.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
Khi tôi đặt nó
lên trên một nam châm thường,
lên trên một nam châm thường,
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
nó được giữ cố định giữa không trung.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(Vỗ tay)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
Không chỉ có sự nâng lên,
không chỉ là lực đẩy.
không chỉ là lực đẩy.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
Tôi có thể tái phân bố các fluxon,
và nó sẽ bị khóa theo một cách khác.
và nó sẽ bị khóa theo một cách khác.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
Như thế này, hoặc đẩy nó sang trái
hay sang phải một chút.
hay sang phải một chút.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
Đây là khoá lượng tử --
khoá thật sự chất siêu dẫn
theo cả ba chiều.
theo cả ba chiều.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
Dĩ nhiên, tôi có thể lật ngược lại,
và nó vẫn bị khoá như vậy.
và nó vẫn bị khoá như vậy.
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
Giờ ta hiểu
sự nâng lên này thực chất là sự khoá.
sự nâng lên này thực chất là sự khoá.
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
Phải, ta hiểu điều đó.
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
Bạn sẽ không ngạc nhiên khi nghe
tôi lấy nam châm tròn này,
tôi lấy nam châm tròn này,
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
từ trường bên trong nam châm
là từ trường đều,
là từ trường đều,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
chất siêu dẫn có thể xoay tự do
quanh trục nam châm.
quanh trục nam châm.
Vì sao?
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
Vì chừng nào nó còn xoay,
chừng đó sự khoá chặt vẫn được duy trì.
chừng đó sự khoá chặt vẫn được duy trì.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
Bạn thấy không?
Tôi có thể điều chỉnh vị trí của nó,
và làm nó xoay.
và làm nó xoay.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
Ta có chuyển động không ma sát.
Nó vẫn đang lơ lửng,
đồng thời chuyển động tự do trên nam châm.
đồng thời chuyển động tự do trên nam châm.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
Vậy ta có khoá lượng tử
và có thể nâng nó lơ lửng trên nam châm.
và có thể nâng nó lơ lửng trên nam châm.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
Nhưng có bao nhiêu fluxon,
bao nhiêu đường sức từ
bao nhiêu đường sức từ
trong một đĩa như thế này?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
Đây là điều ta có thể tính được,
và kết quả là rất nhiều.
và kết quả là rất nhiều.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
Một trăm tỉ đường sức từ
nằm trong chiếc đĩa ba inch (7.62cm) này.
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
Nhưng đó chưa phải là điều tuyệt vời nhất,
vì còn một điều tôi vẫn chưa nói với bạn.
vì còn một điều tôi vẫn chưa nói với bạn.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
Và, phải, điều tuyệt vời là
chất siêu dẫn bạn thấy ở đây
chất siêu dẫn bạn thấy ở đây
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
chỉ dày nửa micrômét
(0.5x10^(-6)mét).
(0.5x10^(-6)mét).
Nó vô cùng mỏng.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
Và lớp màng mỏng này
có khả năng nâng một vật có trọng lượng
hơn 70.000 lần trọng lượng của nó.
hơn 70.000 lần trọng lượng của nó.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
Một hiệu ứng rất đặc biệt.
Rất mạnh.
Rất mạnh.
Tôi có thể thay nam châm tròn này
thành bất kì loại đường ray nào tôi muốn.
thành bất kì loại đường ray nào tôi muốn.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
Ví dụ, ở đây, tôi có thể tạo ra
một đường ray tròn lớn.
một đường ray tròn lớn.
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
Và khi tôi đặt đĩa siêu dẫn
lên trên đường ray này,
lên trên đường ray này,
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
nó chuyển động tự do.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(Vỗ tay)
Và, một lần nữa,
đó chưa phải là tất cả.
đó chưa phải là tất cả.
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
Tôi có thể điều chỉnh
vị trí của nó như thế này, và xoay nó,
vị trí của nó như thế này, và xoay nó,
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
và nó chuyển động tự do
ở vị trí mới này.
ở vị trí mới này.
Và tôi thậm chí có thể thử vài điều mới;
cùng thử làm điều này lần đầu nhé.
cùng thử làm điều này lần đầu nhé.
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
Tôi có thể lấy cái đĩa này
và đặt nó ở đây,
và đặt nó ở đây,
và khi nó đang ở đây, chưa di chuyển,
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
tôi sẽ cố xoay đường ray,
và mong rằng nếu tôi làm đúng,
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
nó vẫn được giữ tại đó.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(Vỗ tay)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
Bạn thấy đấy, nó là khoá lượng tử,
không phải sự nâng lên.
không phải sự nâng lên.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
Giờ khi tôi cho nó xoay thêm một chút nữa,
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
để tôi cho bạn biết thêm
một vài điều về chất siêu dẫn.
một vài điều về chất siêu dẫn.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
Bây giờ -- (Tiếng cười).
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
Ta biết rằng có thể truyền tải
dòng điện rất lớn bằng chất siêu dẫn.
dòng điện rất lớn bằng chất siêu dẫn.
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
Và dùng chúng để tạo ra từ trường mạnh,
cần trong máy chụp cộng hưởng từ,
máy gia tốc hạt, vân vân.
máy gia tốc hạt, vân vân.
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
Ta cũng có thể dùng chất siêu dẫn
để lưu trữ năng lượng,
để lưu trữ năng lượng,
vì không có
sự thất thoát năng lượng ở đây.
sự thất thoát năng lượng ở đây.
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
Và ta cũng có thể sản xuất cáp siêu dẫn
truyền tải lượng lớn điện năng
giữa các trạm điện.
giữa các trạm điện.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
Thử tưởng tượng bạn có thể
truyền tải điện năng của một trạm điện
truyền tải điện năng của một trạm điện
chỉ với một sợi cáp siêu dẫn.
Nhưng đâu mới là tương lai
của đệm lượng tử và khoá lượng tử?
của đệm lượng tử và khoá lượng tử?
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
Tôi sẽ trả lời câu hỏi đơn giản này
bằng cách đưa ra một ví dụ.
bằng cách đưa ra một ví dụ.
Hãy tưởng tượng bạn có một đĩa
giống như cái đĩa trong tay tôi.
giống như cái đĩa trong tay tôi.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
có đường kính ba inch (7.62cm),
nhưng có một điểm khác biệt.
nhưng có một điểm khác biệt.
Lớp màng siêu dẫn này,
thay vì dày nửa micrômét (0.5x10^(-6) m).
thay vì dày nửa micrômét (0.5x10^(-6) m).
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
thì lại dày hai milimet, cũng khá mỏng.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
Lớp màng siêu dẫn dày hai milimet này
có thể nâng 1000 kilogram,
có thể nâng 1000 kilogram,
bằng trọng lượng của một chiếc xe hơi nhỏ,
đang nằm trong tay tôi.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
Thật tuyệt vời.
Cảm ơn các bạn.
10:03
(Applause)
117
587494
15080
(Vỗ tay)
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