בועז אלמוג: "ריחוף" של מוליך-על

איך יכול דיסק סופר-דק בקוטר שבעה וחצי סנטימטרים לרחף עם משקל שהוא פי 70,000 ממשקלו העצמי? בהדגמה העתידנית והמרתקת הזו, בועז אלמוג מראה לנו כיצד תופעה שנקראת נעילה קוואנטית מאפשרת לדיסק מוליך-על לרחף מעל מסילה מגנטית -- לגמרי ללא חיכוך וללא איבוד אנרגיה.

התופעה שראיתם כאן לרגע קצר

נקראת ריחוף ונעילה קוואנטית.

האובייקט שריחף כאן עכשיו

נקרא מוליך-על.

מוליכות על הינה מצב קוואנטי של חומר,

שקורה רק מתחת לטמפרטורה קריטית כלשהיא.

זו תופעה דיי ישנה.

גילו אותה בערך לפני מאה שנים.

למרות זאת, רק לאחרונה,

תודות למספר התקדמויות טכנולוגיות,

אנחנו יכולים להדגים לכם

ריחוף קוואנטי ונעילה קוואנטית.

אם כן, מוליך-על מוגדר על ידי שתי תכונות.

הראשונה היא אפס התנגדות חשמלית,

והשניה היא הדחיה של שדה מגנטי מתוך החלק הפנימי של מוליך-העל.

נשמע קצת מסובך, לא?

מה היא התנגדות חשמלית?

זרם חשמלי הוא זרימה של אלקטרונים בתוך חומר.

האלקטרונים הללו, תוך כדי זרימה,

מתנגשים עם האטומים, ובהתנגשויות הללו

הם מאבדים כמות מסויימת של אנרגיה.

האנרגיה הזאת מתפזרת בצורת חום, אתם מכירים את האפקט הזה.

לעומת זאת, בתוך מוליך-על אין התנגשויות,

ולכן אין איבוד ופיזור של אנרגיה.

זה דיי מרשים. תחשבו על זה.

בפיזיקה קלאסית, תמיד יש איזה שהוא חיכוך, איבוד אנרגיה כלשהוא.

אבל לא כאן, בגלל האפקט הקוואנטי הזה.

אבל זה לא הכל, כיוון שמוליכי-על לא אוהבים שדות מגנטיים.

לכן מוליך-העל ינסה להוציא ולהרחיק את השדה המגנטי מתוכו,

והוא יכול לעשות זאת על ידי זרמים מעגליים.

השילוב של שני האפקטים הללו --

ההרחקה של השדה המגנטי וההתנגדות האפסית למעבר זרם חשמלי --

היא בדיוק מוליך-על.

אבל התמונה לא תמיד מושלמת, כמו שאנחנו יודעים,

ולפעמים מספר גדילים של שדה מגנטי נשארים בתוך מוליך-העל.

תחת התנאים המתאימים, שיש לנו כאן,

הגדילים האלה של השדה המגנטי יכולים להילכד בתוך מוליך-העל.

הגדילים האלה של השדה המגנטי בתוך מוליך-העל,

באים בכמויות בדידות.

למה? בגלל שזו תופעה קוואנטית (מנתית). זו פיזיקה קוואנטית.

ומתברר שהם מתנהגים כחלקיקים קוואנטים.

בסרט הזה כאן, אתם יכולים לראות איך הם זורמים אחד אחרי השני בצורה בדידה.

זהו גדיל של שדה מגנטי. אלו אינם חלקיקים,

אולם הם מתנהגים כמו חלקיקים.

לכן, זו הסיבה שבגללה אנו קוראים לתופעה הזו "ריחוף קוואנטי ונעילה קוואטית".

אבל מה קורה למוליך-על כאשר אנו מניחים אותו בתוך שדה מגנטי?

ובכן, ישנם גדילים של השדה המגנטי שנשארים בפנים,

אבל מוליך-העל לא אוהב את הרעיון שהם מסתובבים שם,

בגלל שהתנועות שלהם גורמות לפיזור אנרגיה,

שגורם לשבירה של המצב של מוליכות-העל.

אז מה שהוא עושה, זה שהוא נועל את הגדילים הללו,

שנקראים שטפים (פלקסונים), הוא נועל אותם במקום.

ובכך שהוא עושה זאת, מה שהוא עושה בכך, זה שהוא נועל את עצמו במקום.

למה? כיוון שכל תנועה של מוליך-העל תשנה את מיקומם,

תשנה את ההיערכות שלהם.

אז אנחנו מקבלים נעילה קוואנטית. תנו לי להראות לכם כיצד זה עובד.

יש לי כאן מוליך-על, הוא עטוף על מנת שישאר קר מספיק זמן.

וכאשר אני מניח אותו מעל למגנט רגיל,

הוא נשאר נעול במקומו באוויר.

(מחיאות כפיים)

זה לא רק ריחוף, זו לא רק דחייה.

אני יכול לסדר מחדש את הפלקסונים, והוא יהיה נעול במצב אחר.

ככה, או שאני אזיז אותו מעט לימין או לשמאל.

זאת נעילה קוואנטית -- זו למעשה נעילה -- נעילה תלת מימדית של המיקום של מוליך-העל.

כמובן, אני יכול להפוך אותו,

והוא ישאר נעול במקומו.

עכשיו כשאנחנו מבינים שהריחוך הזה הוא בעצם נעילה,

כן.. אנחנו מבינים את זה.

לא תהיו מופתעים לשמוע שאם אני אקח את המגנט המעגלי הזה,

שבו השדה המגנטי הוא אחיד מסביב,

מוליך-העל יהיה חופשי להסתובב סביב הציר של המגנט.

למה? כיוון שכל עוד הוא מסתובב, הנעילה נשארת אותו דבר.

אתם רואים? אני יכול לכוון ולסובב את מוליך-העל.

אנחנו מקבלים תנועה ללא חיכוך. הוא עדיין מרחף אבל הוא יכול לנוע בחופשיות מסביב.

אז יש לנו נעילה קוואנטית ואנחנו יכולים לגרום לו לרחף מעל המגנט הזה.

אבל כמה פלקסונים, כמה גדילים מגנטיים יש בתוך דיסק אחד כזה?

ובכן, אנחנו יכולים לחשב את זה, ומסתבר, שיש דיי הרבה.

מאה מליארד גדילים של שדה מגנטי נמצאים בתוך הדיסק הזה בקוטר שבעה וחצי סנטימטר.

אבל זה עדיין לא הקטע המדהים, כיוון שיש משהו שעוד לא סיפרתי לכם.

הקטע המדהים הוא שמוליך-העל הזה שאתם רואים כאן

הוא בעובי של חצי מיקרון בסך הכל. זה דק מאוד.

והשכבה הדקה הזאת יכולה לרחף עם משקל שהוא פי 70,000 מהמשקל העצמי שלה.

זהו אפקט בלתי רגיל. זה מאוד חזק.

עכשיו, אני יכול להרחיב את המגנט המעגלי הזה,

ולהפוך אותו לאיזה מסילה שאני רוצה.

למשל, אני יכול לבנות מסילה מעגלית גדולה.

וכאשר אני מניח את מוליך-העל על המסילה,

הוא יכול לנוע בחופשיות.

(מחיאות כפיים)

ושוב, זה לא הכל, אני יכול לשנות את המצב שלו, ולסובב,

והוא ינוע בחופשיות במצבו החדש.

אני אפילו יכול לעשות משהו חדש. בואו ננסה את זה בפעם הראשונה.

אני יכול לקחת את הדיסק הזה ולשים אותו כאן,

וכאשר הוא נשאר במקומו -- אל תזוז --

אני אנסה להפוך את המסילה,

ובתקווה, אם אני עושה את זה נכון,

הוא נשאר תלוי.

(מחיאות כפיים)

אתם רואים, זאת נעילה קוואנטית, לא ריחוף.

בזמן שאני אתן לו להסתובב עוד קצת,

אני רוצה לספר לכם עוד קצת על מוליכי-על.

עכשיו -- (צחוק) --

עכשיו אנו יודעים שאנחנו יכולים להעביר כמויות אדירות של זרם בתוך מוליכי-על,

אז אנחנו יכולים להשתמש בהם על מנת ליצור שדות מגנטיים חזקים,

כמו אלה שבהם משתמשים במכשירי MRI, מאיצי חלקיקים וכן הלאה.

אבל אנחנו גם יכולים לאגור אנרגיה בעזרת מוליכי-על,

כיוון שאין לנו פיזור של האנרגיה.

ואנחנו יכולים לייצר כבלי חשמל, שיעבירו זרמים אדירים של חשמל בין תחנות כח.

תארו לעצמכם שיכולתם לגבות תחנת כח בעזרת כבל יחיד של מוליך-על.

אך מהו העתיד של ריחוף קוואנטי ונעילה קוואנטית?

ובכן, תנו לי לענות לשאלה הזו על ידי דוגמה.

דמיינו שיהיה לכם דיסק דומה למה שיש לי כאן ביד,

בקוטר שבעה וחצי סנטימטר, עם הבדל אחד.

שכבת מוליך-העל, במקום להיות בעובי של חצי מיקרון,

תהיה בעובי שני מילימטרים, די דק.

השכבה הזו, בעובי שני מילימטרים של מוליך-על, תוכל להרים 1,000 קילוגרמים, מכונית קטנה, ביד שלי.

מדהים. תודה רבה.

(מחיאות כפיים)