Боаз Альмог Боаз Альмог; левітувати; Субпровідник TED Talk та транскрипт TED
Явище, яке ви щойно побачили тут, називається квантовою левітацією та квантовим блокуванням. А об’єкт, який тут левітував, називається надпровідником. Надпровідність - квантовий стан речовини, який виникає лише нижче певної критичної температури.
Це явище досить давнє; його було відкрито 100 років тому. Однак лише нещодавно завдяки ряду технологічних досягнень ми змогли продемонструвати вам квантову левітацію та квантову блокування.
Таким чином, надпровідник визначається двома властивостями. Перший - нульовий електричний опір, а другий - виштовхування магнітного поля зсередини надпровідника. Звучить складно, так? Але що таке електричний опір? Отже, електрика - це потік електронів всередині матеріалу. Ці електрони, циркулюючи, стикаються з атомами, і під час цих зіткнень вони втрачають певну кількість енергії. Вони будуть розсіювати цю енергію як тепло, і ви знаєте ефект. Однак усередині надпровідника не відбувається зіткнення, отже, не відбувається розсіювання енергії.
Це досить чудово. Подумай над цим. У класичній фізиці завжди спостерігається деяке тертя, втрата енергії. Але не тут, бо це квантовий ефект. Але це ще не все, оскільки надпровідники не люблять магнітних полів. Надпровідник намагатиметься вигнати магнітне поле зсередини, і це можна зробити за допомогою циркулюючих струмів. Поєднання цих двох ефектів, вигнання магнітних полів та відсутність електричного опору, є саме тим, що становить надпровідник.
Але це не завжди ясно, ми всі це знаємо, і іноді нитки магнітного поля залишаються всередині надпровідника. За належних умов, передбачених тут, ці нитки магнітного поля можуть потрапити всередину надпровідника. І ці біти магнітного поля всередині надпровідника надходять у невеликій кількості. Чому? Тому що це квантове явище. Це квантова фізика. І виявляється, вони поводяться як квантові частинки.
У цьому фільмі ви можете побачити, як вони ходять один за одним. Вони являють собою нитки магнітних полів. Вони не є частинками. але вони поводяться як частинки. Ось чому ми називаємо це явище квантовою левітацією та квантовим блокуванням.
Але що відбувається із надпровідником, що потрапив всередину магнітного поля? Перш за все, всередині залишилися нитки магнітного поля, але надпровідник не хоче, щоб вони текли, оскільки їх рухи розсіюватимуть енергію, яка порушує стан надпровідності. Отже, насправді він замикає ті пасма, які називаються флюсонами, і замикаються на місці. Насправді він закріплюється на місці. Чому? Тому що будь-який рух надпровідника змінить їх місце, їх конфігурацію.
Отже, ми отримуємо квантову блокування. Я покажу вам, як це працює. У мене тут є надпровідник, який я загорнув, щоб він залишався холодним досить довго. І коли я надягаю його на звичайний магніт, він залишається зафіксованим у повітрі.
Це не просто левітація чи відштовхування. Я можу переставити флюксони, і він буде заблокований у цій новій конфігурації. Ось так, або трохи пересунувши його вправо або вліво. Отже, ось квантовий замок, справжнє блокування надпровідника у трьох вимірах. Звичайно, я можу перевернути його догори дном, і воно залишиться заблокованим.
Тепер, коли ми розуміємо, що ця так звана левітація насправді є замком, так, ми це правильно зрозуміли, ви не здивуєтесь, почувши, що якщо я візьму цей круговий магніт, магнітне поле якого навколо однакове, надпровідник мати можливість вільно обертатися навколо осі магніту. Чому? Бо поки він обертається, замок зберігається. Розумієш ? Я можу регулювати і я можу обертати надпровідник. У нас рух без тертя. Він все ще левітує, але може вільно пересуватися.
Отже, у нас є квантовий замок, і ми можемо левітувати надпровідник над цим магнітом. Але скільки флюсонів, магнітних шнурів є в одному диску, подібному цьому? Ми можемо їх обчислити, і виявляється, що їх дуже багато. 100 мільярдів ниток магнітного поля всередині цього диска розміром близько 8 сантиметрів.
Але це не найдивовижніше, адже є щось, про що я ще не сказав. Дивовижно, що надпровідник, який ви бачите тут, має товщину всього в півмікрометра. Він надзвичайно худий. І цей дуже тонкий шар здатний левітувати більш ніж у 70 000 разів більше власної ваги. Цей ефект чудовий і потужний.
Я можу розширити цей круговий магніт і змусити його йти, як завгодно. Наприклад, над цією широкою круглою рейкою тут я можу розмістити надпровідний диск, який буде вільно рухатися в ньому.
Це ще не все. Я можу регулювати його положення так, обертати його, і він вільно рухається в цьому новому положенні. І я можу навіть спробувати щось інше; давайте спробуємо вперше. Я можу взяти цей запис і покласти його сюди, і поки він там - не рухайтеся - я спробую повернути доріжку, і, сподіваюся, якщо я зроблю це правильно, він буде звисати.
Розумієте, це квантовий замок, а не левітація. Хоча я дозволяю йому ходити трохи довше, дозвольте мені розповісти трохи більше про надпровідники. (Сміється) Зараз ми знаємо, що ми можемо передавати величезну кількість струмів всередині надпровідників, тому ми можемо використовувати їх для створення сильних магнітних полів, таких як МРТ-машини, необхідні прискорювачі частинок тощо. Але ми також можемо накопичувати енергію, використовуючи надпровідники, оскільки не відбувається розсіювання.
А також ми могли б виробляти силові кабелі для передачі величезної кількості струму між електростанціями. Уявіть, що можна посилити одну установку одним надпровідним кабелем. Але яке майбутнє квантової левітації та квантового блокування? Дозвольте відповісти на це просте запитання на прикладі. Уявіть, у вас є диск, схожий на той, який у мене тут, у діаметрі близько восьми сантиметрів, лише з однією різницею. Шар надпровідника, замість того, щоб вимірювати мікрометр товщиною, тобто товщиною в два міліметри, дуже тонкий. Цей шар товщини надпровідника у два міліметри міг би витримати в моїй руці невелику машину вагою 1000 кг. Неймовірно. Дякую.