Boaz Almog Leviticus Суперпроводник TED Talk Субтитри и TED транскрипция
Явлението, което сте виждали тук за секунда, се нарича квантова левитация или квантова фиксация. Обектът, който левитира тук, се нарича свръхпроводник. Свръхпроводимостта е квантово състояние на материята и се появява само под определена критична температура.
Това е явление, известно отдавна; е открит преди 100 години. Въпреки това, наскоро, благодарение на последните технологични открития, ние сме в състояние да демонстрираме квантова левитация и квантова фиксация.
Свръхпроводникът се дефинира от две свойства. Първото е нулево електрическо съпротивление, а второто е изтласкването на магнитното поле отвътре. Звучи ли сложно? Но какво е електрическото съпротивление? Електричеството е потокът на електрони вътре в материята. Електроните се сблъскват с атомите по време на движението и в резултат на сблъсъците те губят част от енергията си. И тя разсейва тази енергия под формата на топлина, знаете явлението. Но в свръхпроводника няма сблъсъци, така че няма загуба на енергия.
Забележително е. Мисля. В класическата физика винаги има триене, загуба на енергия. Но не и тук, защото това е квантово явление. Това не е всичко, свръхпроводниците не обичат магнитното поле. Свръхпроводникът ще се опита да изхвърли магнитното поле отвътре и е в състояние да го направи чрез циркулиращи токове. Комбинацията от двата ефекта: отхвърлянето на магнитни полета и нулевото електрическо съпротивление е точно свръхпроводник.
Но условията не винаги са перфектни, както знаем, и понякога линиите на магнитно поле остават вътре в свръхпроводника. При идеалните условия, които имаме тук, тези магнитни линии могат да бъдат затворени вътре в свръхпроводника. И тези линии на магнитното поле вътре в свръхпроводника са много малко интензивни. Защо? Защото това е квантово явление. Това е квантова физика. И те се държат като квантови частици.
В този клип виждате как текат непрекъснато един след друг. Това са ленти с магнитно поле. Те не са частици, но се държат като частици. Ето защо ние наричаме този ефект квантова левитация и квантова фиксация.
Но какво се случва със свръхпроводника, когато го поставим в магнитно поле? На първо място, вътре са останали ленти от магнитно поле, но свръхпроводникът не обича те да се променят, тъй като движението им разсейва енергията и това дестабилизира състоянието на свръхпроводимостта. Следователно той обездвижва тези ленти, наречени флуксони, които задържа на място. Реагирайки по този начин, той успява да се заключи в пространството съответно. Защо? Тъй като всяко движение на свръхпроводника ще промени неговото място, ще промени конфигурацията им.
Така индуцираме квантова фиксация. Нека ви покажа как работи. Имам свръхпроводник, който увих, за да го охладя достатъчно дълго. Когато го поставя върху обикновен магнит, той остава обездвижен във въздуха.
Това не е само левитация. Не е само отхвърляне. Мога да пренаредя флуксоните и той ще бъде заключен и в тази нова конфигурация, или леко го накланям надясно или наляво. Това е тримерната квантова фиксация на свръхпроводника. Разбира се, мога да го отхвърля и ще се забие.
За да разберем, че това, което наричаме левитация, всъщност е фиксиране. Да, разбираме. Няма да се изненадате, ако взема този кръгъл магнит, в който магнитното поле е еднакво навсякъде, свръхпроводникът ще се върти по оста на магнита. Защо? Защото докато се върти, фиксацията се запазва. Виждате ли? Мога да регулирам и завъртя свръхпроводника. Имаме движение без триене. Левитира, но може да се върти свободно.
Така че имаме квантова фиксация и можем да я левитираме над този магнит. Колко потоци, колко линии на магнитно поле има в диск като този? Можем да изчислим и изглежда доста. Сто милиарда линии на магнитно поле вътре в този осем сантиметров диск.
Но това не е удивителната част, има нещо, което все още не съм ви казал. Удивителната част е, че този свръхпроводник е с дебелина само един микрон. Изключително тънък е. Този изключително тънък слой може да левитира 70 000 пъти над собственото си тегло. Това е забележителен ефект. Много е силно.
Бих могъл да удължа този кръгъл магнит и да направя какъвто пожелая път. Например мога да направя голям кръгов маршрут. Когато поставя свръхпроводящия диск над релсата, той се движи свободно.
Това не е всичко. Мога да регулирам положението му, да го въртя и да се движа свободно в това ново положение. Мога да опитам нещо ново. Нека опитаме нещо за първи път: мога да взема диска и да го сложа тук и докато той седи тук, не мърдайте, аз ще се опитам да преобърна релсата и дано, ако го направя както трябва, той ще остане спрян.
Това е квантово фиксиране, а не левитация. Докато го оставям да циркулира малко по-дълго, нека ви разкажа нещо за свръхпроводниците. (Смях) Сега знаем, че можем да прехвърляме огромни количества ток с помощта на свръхпроводници, така че можем да ги използваме за създаване на силни магнитни полета, като тези, необходими в ЯМР, ускорители на частици и др. Но можем да съхраняваме енергия и с помощта на свръхпроводници, защото нямаме загуби.
Бихме могли да произвеждаме захранващи кабели за пренос на огромни количества електричество между електроцентралите. Представете си, че можете да поддържате инсталация с един свръхпроводящ кабел. Какво е бъдещето на квантовата левитация и обездвижване? Ще отговоря на този прост въпрос с пример. Представете си диск, подобен на този, който имам тук в ръката си, с диаметър осем см, с една разлика. Свръхпроводящият слой, вместо половин микрон, би бил два милиметра, доста тънък. Този двумилиметров свръхпроводящ слой може да поддържа 1000 кг, малка кола. Удивително! Благодаря ти!