Boaz Almog lässt einen Supraleiter "schweben"
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0:10 - 0:14Das Phänomen, das Sie hier für einen Augenblick gesehen haben,
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0:14 - 0:20heißt Quanten-Levitation und Quanten-Arretierung.
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0:20 - 0:24Und das Objekt, das hier schweben gelassen wurde,
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0:24 - 0:26ist ein Supraleiter.
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0:26 - 0:32Supraleitung ist ein Quantenzustand von Materie,
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0:32 - 0:36der nur unterhalb einer kritischen Temperatur möglich ist.
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0:36 - 0:39Es ist ein altbekanntes Phänomen, das schon
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0:39 - 0:40vor 100 Jahren entdeckt wurde.
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0:40 - 0:42Aber erst seit Kurzem können wir,
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0:42 - 0:45dank technischer Fortschritte,
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0:45 - 0:47nun die Quanten-Levitation und
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0:47 - 0:51die Quanten-Arretierung demonstrieren.
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0:51 - 0:57Ein Supraleiter wird durch zwei Eigenschaften bestimmt.
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0:57 - 1:01Erstens: er besitzt keinen elektrischen Widerstand und
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1:01 - 1:07zweitens verdrängt er Magnetfelder aus seinem Inneren.
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1:07 - 1:10Das klingt kompliziert, nicht wahr?
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1:10 - 1:13Aber was ist elektrischer Widerstand?
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1:13 - 1:19Elektrizität ist der Fluss von Elektronen innerhalb eines Materials.
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1:19 - 1:23Während sie fließen, kollidieren die Elektronen
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1:23 - 1:25mit Atomen und verlieren bei jeder der Kollisionen
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1:25 - 1:28einen Teil ihrer Energie.
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1:28 - 1:33Diese Energie verlieren sie in Form von Wärme, ein Effekt den wir alle kennen.
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1:33 - 1:39In einem Supraleiter gibt es diese Kollisionen nicht
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1:39 - 1:44und so geht auch keine Energie verloren.
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1:44 - 1:47Ziemlich beachtlich, wenn man drüber nachdenkt.
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1:47 - 1:52In der klassischen Physik gibt es immer etwas Reibung und somit auch Energieverlust.
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1:52 - 1:56Aber nicht hier, da wir von einem Quanteneffekt sprechen.
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1:56 - 2:05Aber das ist nicht alles. Supraleiter mögen keine Magnetfelder
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2:05 - 2:09und versuchen Magnetfelder aus ihrem Inneren zu verdrängen,
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2:09 - 2:15was sie mithilfe von zirkulierenden Strömen erreichen können.
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2:15 - 2:18Die Verbindung dieser beiden Eigenschaften –
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2:18 - 2:24die Verdrängung von Magnetfeldern und das Fehlen eines elektrischen Widerstandes –
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2:24 - 2:27ist genau das, was einen Supraleiter ausmacht.
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2:27 - 2:32Aber Theorie und Realität stimmen nicht immer zu 100% überein,
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2:32 - 2:39manchmal verbleiben einige Bündel von Magnetfeldlinien im Supraleiter.
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2:39 - 2:43Unter den richtigen Bedingungen, welche wir hier haben,
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2:43 - 2:48können diese Bündel von Magnetfeldlinien im Supraleiter gefangen werden.
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2:48 - 2:54Und diese Magnetfeldlinien im Inneren des Supraleiters
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2:54 - 2:57kommen in diskreten Mengen vor.
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2:57 - 3:00Warum? Weil es ein Quantenphänomen ist. Es ist Quantenphysik.
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3:00 - 3:04Und wie es sich herausstellt, verhalten sie sich wie Quantenteilchen.
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3:04 - 3:10In diesem Film hier kann man sehen, wie sie diskret fließen.
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3:10 - 3:14Es sind Bündel von Magnetfeldlinien, keine Teilchen,
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3:14 - 3:18aber sie verhalten sich wie Teilchen.
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3:18 - 3:22Darum nennen wir diesen Effekt Quanten-Levitation und Quanten-Arretierung.
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3:22 - 3:28Was passiert nun mit dem Supraleiter, wenn wir ihn in ein Magnetfeld legen?
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3:28 - 3:33Zuerst sind einige Bündel von Magnetfeldlinien im Inneren gefangen,
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3:33 - 3:37aber der Supraleiter mag es nicht, wenn sie sich bewegen,
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3:37 - 3:40da ihre Bewegungen Energie verbrauchen,
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3:40 - 3:43und so die Supraleitung stören.
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3:43 - 3:48Der Supraleiter arretiert diese Bündel,
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3:48 - 3:53welche auch als Fluxonen bezeichnet werden, und hält sie so an ihrem Platz.
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3:53 - 4:00Hierdurch arretiert sich der Supraleiter selbst an einem Ort.
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4:00 - 4:09Warum? Weil eine Bewegung des Supraleiters auch eine Bewegung der Fluxonen bedeuten
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4:09 - 4:11und ihre Konfiguration ändern würde.
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4:11 - 4:16Wir erhalten also eine Quanten-Arretierung. Lassen Sie mich zeigen, wie das funktioniert.
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4:16 - 4:22Hier habe ich einen isolierten Supraleiter.
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4:22 - 4:26Wenn ich den jetzt auf einem normalen Magneten platziere,
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4:26 - 4:30ist er einfach in der Luft verriegelt.
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4:30 - 4:34(Applaus)
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4:34 - 4:38Es ist nicht einfach Levitation. Es ist nicht einfach Abstoßung.
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4:38 - 4:43Ich kann die Fluxonen neu anordnen und alles ist in der neuen Konfiguration arretiert.
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4:43 - 4:47z.B. so, oder etwas weiter zur Rechten oder Linken.
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4:47 - 4:55Das ist also Quanten-Arretierung – echtes Arretieren – in drei Dimensionen wird der Supraleiter arretiert.
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4:55 - 4:57Natürlich kann ich es auch auf den Kopf drehen
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4:57 - 5:00und es bleibt arretiert.
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5:00 - 5:09Jetzt verstehen wir dass die "Levitation" eigentlich eine Arretierung ist.
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5:09 - 5:14Ja, wir verstehen das.
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5:14 - 5:18Sie dürften jetzt nicht überrascht sein, wenn ich diesen runden Magneten nehme,
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5:18 - 5:22in dem das Magnetfeld rund herum genau gleich ist,
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5:22 - 5:28dass der Supraleiter sich um die Achse des Magneten frei bewegen kann.
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5:28 - 5:34Warum? Solange er rotiert, bleibt die Arretierung bestehen.
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5:34 - 5:40Sehen Sie? Ich kann den Supraleiter neu anordnen und rotieren lassen.
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5:40 - 5:47Wir haben reibungslose Bewegung. Der Supraleiter schwebt noch, kann sich aber frei bewegen.
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5:47 - 5:56Wir haben also Quanten-Verriegelung und wir können ihn auf dem Magneten schweben lassen.
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5:56 - 6:02Aber wie viele Fluxonen – Bündel von Magnetfeldlinien – sind in einer einzigen Scheibe wie dieser?
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6:02 - 6:05Nun, wir können es berechnen und es sind viele.
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6:05 - 6:13Einhundert Milliarden Magnetfeldlinien auf dieser 7,5 cm großen Scheibe.
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6:13 - 6:17Aber das ist noch nicht das Erstaunliche, ich habe eines noch verschwiegen.
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6:17 - 6:22Das Erstaunliche ist, dass der Supraleiter, den Sie hier sehen,
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6:22 - 6:30nur einen halben Mikrometer dick ist. Extrem dünn also.
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6:30 - 6:39Und diese unglaublich dünne Scheibe kann mehr als das 70.000-fache seines eigenen Gewichts tragen.
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6:39 - 6:45Ein unglaublicher starker Effekt.
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6:45 - 6:49Diesen runden Magneten kann ich natürlich auch erweitern,
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6:49 - 6:54um ein beliebiges Gleis zu formen.
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6:54 - 6:58z.B. ein großes rundes Gleis wie dieses hier.
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6:58 - 7:05Und wenn ich den Supraleiter auf dieses Gleis lege,
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7:05 - 7:09kann es sich frei bewegen.
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7:09 - 7:18(Applaus)
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7:18 - 7:23Und wieder ist das nicht alles. Ich kann die Position des Supraleiters ändern und ihn rotieren lassen.
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7:23 - 7:29Er bewegt sich frei in seiner neuen Position.
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7:29 - 7:34Und ich kann noch etwas neues ausprobieren; versuchen wir es hier zum ersten Mal.
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7:34 - 7:40Ich kann diese Scheibe hier platzieren
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7:40 - 7:43und während sie hier bleibt – nicht bewegen –
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7:43 - 7:49werde ich versuchen, das Gleis auf den Kopf zu drehen
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7:49 - 7:51und hoffentlich, wenn ich es richtig gemacht habe,
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7:51 - 7:54bleibt die Scheibe in der Luft.
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7:54 - 8:03(Applaus)
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8:03 - 8:10Sie können sehen, es ist Quanten-Arretierung, kein Schweben.
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8:10 - 8:14Lassen wir die Scheibe noch ein bisschen mehr kreisen,
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8:14 - 8:18während ich Ihnen etwas über Supraleiter erzähle.
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8:18 - 8:23Ähm – (Gelächter) –
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8:23 - 8:30Wir wissen also, dass wir enorme Ströme in einem Supraleiter fließen lassen können.
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8:30 - 8:35Wir können sie auch nutzen, um starke elektromagnetische Felder zu erstellen.
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8:35 - 8:41Solche die wir z.B. in MRTs oder Teilchenbeschleunigern benötigen.
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8:41 - 8:45Da wir keinen Energieverlust in Supraleitern haben, können wir mit ihrer Hilfe
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8:45 - 8:47auch Energie speichern.
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8:47 - 8:54Und wir könnten Stromleitungen produzieren, mit denen wir enorme Strommengen zwischen Kraftwerken bewegen können.
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8:54 - 9:03Stellen Sie sich vor, wir könnten ein einzelnes Kraftwerk mittels eines supraleitenden Kabels absichern.
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9:03 - 9:08Aber was ist die Zukunft von Quanten-Levitation und Quanten-Arretierung?
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9:08 - 9:15Lassen Sie mich die Frage mit einem Beispiel beantworten.
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9:15 - 9:21Stellen Sie sich vor, Sie hätten eine Scheibe, ähnlich der in meiner Hand,
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9:21 - 9:25mit 7,5 cm Durchmesser, aber einem entscheidenden Unterschied.
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9:25 - 9:30Die supraleitende Scheibe ist, anstatt einem halben Mikrometer,
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9:30 - 9:33zwei Millimeter dick, recht dick also.
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9:33 - 9:44Diese zwei Millimeter dicke, supraleitende Scheibe könnte 1.000 Kilogramm halten, ein kleines Auto, in meiner Hand.
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9:44 - 9:47Erstaunlich. Vielen Dank.
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9:47 - 10:03(Applaus)
- Title:
- Boaz Almog lässt einen Supraleiter "schweben"
- Speaker:
- Boaz Almog
- Description:
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Wie kann eine superdünne, 7,5 cm große Scheibe das 70.000-fache ihres eigenen Gewichtes tragen? Mit seiner fesselnden und futuristischen Demonstration zeigt Boaz Almog, wie das Phänomen der Quanten-Arretierung eine supraleitende Scheibe über einem magnetischen Gleis schweben lassen kann – ganz ohne Reibung und ohne Energieverlust.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 10:25
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