보아즈 알모그, 초전도체를 "공중부양" 시키다.
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0:10 - 0:14잠시동안 관찰하신 이 현상은
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0:14 - 0:20양자 부상과 양자 고정(locking)이라고 불립니다.
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0:20 - 0:24공중부양을 하고 있는
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0:24 - 0:26이 물체는 초전도체라고 불리지요.
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0:26 - 0:32초전도 현상은 물질의 양자역학적 상태로
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0:32 - 0:36온도가 특정한 수준 이하로 낮아져야만
나타날 수 있습니다. -
0:36 - 0:39이 현상은 사실 100년전에 발견된
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0:39 - 0:40오랜동안 알려져 있던 현상입니다.
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0:40 - 0:42하지만, 겨우 근래에 들어서야
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0:42 - 0:45여러 기술의 진보에 의해
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0:45 - 0:47이렇게 여러분에게
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0:47 - 0:51양자 부상과 양자 고정을
시연해드릴 수 있게 되었습니다. -
0:51 - 0:57초전도체는 두가지의 성질들로 정의될 수 있습니다.
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0:57 - 1:01첫 성질은 전류의 흐름에 대항하는 저항이 없고,
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1:01 - 1:07둘째로 자기장을 초전도체 내부로부터
완전히 밀어내는 성질이 있습니다. -
1:07 - 1:10복잡하게 들리시죠?
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1:10 - 1:13하지만 전기 저항이 무엇인가요?
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1:13 - 1:19전류는 물체 안에서 일어나는 전자들의 흐름입니다.
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1:19 - 1:23그리고 이 전자들이 흐르는 도중
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1:23 - 1:25물체를 이루고 있는 원자들과 충돌하고, 이 충돌의 결과로
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1:25 - 1:28전자들은 일정량의 에너지를 잃게됩니다.
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1:28 - 1:33그리고 이 에너지는 열로 변환되어 외부로 소실됩니다.
이 효과는 익히 알고 계실겁니다. -
1:33 - 1:39하지만, 초전도체 내부에서는 전자의 충돌이
일어나지 않습니다. -
1:39 - 1:44그래서 에너지의 소실도 없지요.
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1:44 - 1:47생각해보면, 아주 놀라운 효과입니다.
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1:47 - 1:52고전 물리에서는, 어느 역학 과정에나 항상
마찰이 존재하고, 에너지 소실이 뒤따릅니다. -
1:52 - 1:56하지만, 우리가 보고 있는 현상은
양자 물리 효과입니다. -
1:56 - 2:05게다가, 그게 다가 아닙니다.
초전도체들은 자기장을 싫어하기 때문이죠. -
2:05 - 2:09그래서, 초전도체는 자기장을 내부로 부터
밀쳐내려 합니다, -
2:09 - 2:15그러기 위해 초전도체는 순환전류를 생성해냅니다.
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2:15 - 2:18이제, 이 두 효과 :
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2:18 - 2:24자기장을 밀어내는 성질과 전기 저항이 없는 상태의 조합이
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2:24 - 2:27초전도체를 정의합니다.
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2:27 - 2:32하지만, 이 설명이 항상 완벽하지는 않습니다.
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2:32 - 2:39종종 자기선들이 초전도체의 내부에
남아있기도 하기 때문입니다. -
2:39 - 2:43우리가 여기 마련한 것 같이, 적절한 환경에선
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2:43 - 2:48이 자기선들은 초전도체 내에 갇히게 됩니다.
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2:48 - 2:54그리고 초전도체 내부의 이 자기선들은
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2:54 - 2:57서로 떨어져 분리된 상태로 생겨납니다.
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2:57 - 3:00왜 그럴까요? 양자 역학적 현상이기 때문입니다.
양자 물리로 설명가능하죠. -
3:00 - 3:04그리고 초전도체를 관통하는 자기선들은
입자처럼 움직인다는 것이 밝혀졌습니다. -
3:04 - 3:10이 영상에서, 자기선이 개개로 관통하여
어떻게 흐르는지 볼 수 있습니다. -
3:10 - 3:14이것들은 자기선입니다. 입자들이 아닙니다.
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3:14 - 3:18하지만 입자처럼 행동하죠.
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3:18 - 3:22이것이 바로 우리가 이 효과를 "양자" 부상과
"양자" 고정이라고 부르는 이유입니다. -
3:22 - 3:28만약 초전도체를 자기장 속에 넣으면
어떤 일이 벌어질까요? -
3:28 - 3:33우선, 내부에 남아있는 자기선들이 있죠.
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3:33 - 3:37하지만, 초전도체는 이 자기선들이
돌아다니는 것을 싫어하죠. -
3:37 - 3:40이 자기선들의 움직임이 에너지 소실을 일으키고,
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3:40 - 3:43그 결과 초전도 상태가 깨질 수 있기 때문입니다.
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3:43 - 3:48그래서, 초전도체는 자기선속양자(fluxon)
라고 불리는 -
3:48 - 3:53자기선들을 그 자리에 고정시킵니다,
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3:53 - 4:00그 결과, 초전도체 자체가 한 자리에 고정됩니다.
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4:00 - 4:09왜 그럴까요? 초전도체를 조금만 움직여도
자기장에 대한 자신의 위치를 바꿀 것이고, -
4:09 - 4:11그리고, 자기선의 배열을 바꿀 것이기 때문입니다.
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4:11 - 4:16이로써, 양자 고정 현상이 생깁니다.
이것들이 어떻게 일어나는지 시범을 보여드리겠습니다. -
4:16 - 4:22우선 여기, 낮은 온도를 충분히 유지하기 위해
포장한 초전도체가 잇습니다. -
4:22 - 4:26이 초전도체를 일반 자석 위에 올려놓으면
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4:26 - 4:30공중에 고정되어 가만히 있습니다.
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4:30 - 4:34(박수)
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4:34 - 4:38하지만, 이것은 단지 공중부양이 아닙니다.
단지 반발작용인 것이 아닙니다. -
4:38 - 4:43자기선속양자들을 재배열하면,
초전도체는 그 배열을 유지하려 합니다. -
4:43 - 4:47이렇게, 아니면 오른쪽, 왼쪽으로
조금 움직여 놓을 수 있습니다. -
4:47 - 4:55그래서, 이 현상을 양자 고정이라 부릅니다.
말그대로, 초전도체의 3차원적 위치를
고정시킬수 있습니다. -
4:55 - 4:57물론, 뒤집어 놓을 수도 있습니다,
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4:57 - 5:00그러면 초전도체는 고정된 체 그대로 있죠.
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5:00 - 5:09이제, 우리는 흔히 공중부양이라고 부르는 이것이
사실은 고정 현상이라는 것을 보았습니다. -
5:09 - 5:14예, 우리는 이 현상을 이해하고 있습니다.
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5:14 - 5:18이제 여러분은, 제가 균등한 자기장을 갖는
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5:18 - 5:22이 원형 자석위에 초전도체를 올려놓으면
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5:22 - 5:28자석의 축을 중심으로 자유롭게
회전할 것이라는 것에 놀라지 않을 것입니다. -
5:28 - 5:34왜 그럴까요? 회전하는 동안,
자기선속양자의 배열이 유지되기 때문입니다. -
5:34 - 5:40보이시나요? 이렇게 초전도체를
약간 조정할수도 있고 회전시킬 수도 있습니다. -
5:40 - 5:47이 움직임은 마찰이 없습니다. 공중부양중에도
자유롭게 움직일 수 있습니다. -
5:47 - 5:56이처럼, 우리는 양자 고정 현상을 관찰할 수 있습니다.
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5:56 - 6:02그렇다면, 몇 개의 자기선속양자가, 몇 개의 자기선들이,
이 하나의 원반을 관통하고 있을까요? -
6:02 - 6:05물론, 우리는 이론적으로 계산을 할 수 있습니다.
그리고, 엄청나게 많은 수라는 사실이 드러났죠. -
6:05 - 6:13천억개의 자기선들이 이 3인치(4.8cm) 짜리
원반을 통과합니다. -
6:13 - 6:17하지만 그게 놀라운 부분은 아닙니다.
제가 말씀드리지 않은 것이 있거든요. -
6:17 - 6:22예, 놀라운 사실은
여기 보고 계시는 초전도체는 -
6:22 - 6:30겨우 0.5 마이크론 (백만분의 1 미터)의 두께를
가지고 있습니다. 이것은 극도로 얇습니다. -
6:30 - 6:39그리고 이 극도록 얇은 원반은 자체의 무게보다
7 만배 더 무거운 물체를 부상시킬수 있습니다. -
6:39 - 6:45정말 놀라운 효과이죠. 엄청나게 강력합니다.
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6:45 - 6:49이제, 우리는 이 원형 자석의 크기를
늘릴 수 있습니다. -
6:49 - 6:54그리고 우리가 원하는 형태의
트랙을 만들 수 있죠. -
6:54 - 6:58예를 들어, 우리는 이 커다란 원형 선로를
만들 수 있습니다. -
6:58 - 7:05그리고, 이 선로위에 초전도체 원반을 올려 놓으면
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7:05 - 7:09자유롭게 움직입니다.
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7:09 - 7:18(박수)
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7:18 - 7:23그리고, 여전히, 이게 다가 아닙니다.
위치를 이렇게 조정해서 회전시킬 수도 있습니다. -
7:23 - 7:29그러면 초전도체는 이 새로운 위치에서
자유롭게 움직입니다. -
7:29 - 7:34이제 새로운 것도 시도할 수 있습니다;
이건 처음으로 시도해 보려는 겁니다. -
7:34 - 7:40원반을 집어서, 여기에 놓고,
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7:40 - 7:43이렇게 남겨져있는 동안 -- 움직이지마--
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7:43 - 7:49제가 이렇게 트랙을 뒤집어 놓을 수도 있습니다.
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7:49 - 7:51그리고 바라건데, 제가 옳게 했다면,
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7:51 - 7:54초전도체는 매달린 체 남아있습니다.
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7:54 - 8:03(박수)
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8:03 - 8:10보시다시피, 이것은 공중부양이 아닌 양자 고정입니다.
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8:10 - 8:14이제, 잠시 돌고 있도록 두고,
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8:14 - 8:18초전도체에 대해 조금 말씀드리고자 합니다.
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8:18 - 8:23이제 -- (웃음) --
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8:23 - 8:30우리는 엄청난 양의 전류를 초전도체 내부에
순환시킬 수 있다는 것을 알고 있습니다. -
8:30 - 8:35그래서 이를 통해 강력한 자기장을
생성해 낼 수 있습니다. -
8:35 - 8:41이 강력한 자기장은 MRI 에도 필요하고,
입자가속기 등등에도 필요합니다. -
8:41 - 8:45무엇보다도, 우리는 초전도체에
에너지를 저장해 놓을 수도 있습니다. -
8:45 - 8:47에너지 소실이 일어나지 않기 때문이죠.
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8:47 - 8:54우리는 전력 케이블을 초전도체로 만들어, 막대한 양의
전류를 발전소 간 전송에 이용 할 수도 있습니다. -
8:54 - 9:03우리는 한 발전소가 생산하는 전기량을
단 하나의 초전도 케이블에 저장하는 것을 상상할 수도 있습니다. -
9:03 - 9:08그렇다면, 양자 부상과 양자 고정의 미래는 어떨까요?
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9:08 - 9:15자, 이 간단한 질문을 예를 통해 대답해 드리겠습니다.
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9:15 - 9:21제가 손에 들고 있는 지름 3인치(약5cm) 원반과 비슷한
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9:21 - 9:25하지만 한 가지 차이점이 있는 원반을 생각해보세요.
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9:25 - 9:300.5 마이크론의 초전도체층 대신,
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9:30 - 9:332 밀리미터의 초전도체층을 갖고 있다 한다면,
굉장히 얇죠, -
9:33 - 9:44이 2 밀리미터 두께의 초전도체는 천 킬로그렘의 물체,
작은 차를 제 손 위에 부상시킬 수 있습니다. -
9:44 - 9:47엄청나죠. 감사합니다.
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9:47 - 10:03(박수)
- Title:
- 보아즈 알모그, 초전도체를 "공중부양" 시키다.
- Speaker:
- Boaz Almog
- Description:
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3 인치의 극도로 앏은 원반이 자체의 무게보다 7 만배의 물체를 공중부양 시킬 수 있을까? 이 눈을 땔 수 없는, 미래적인 시연에서, 보아즈 알모그는 초전도체 원반을 에너지의 소실없이 자기 부상시키는 "양자 고정" 현상을 보여준다.
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- English
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- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 10:25
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