Boaz Almog "levituje" supravodič

Ako môže supertenký, trojpalcový disk zdvihnúť niečo 70 000-násobne ťažšie, ako je jeho hmotnosť? V strhujúcej, futuristickej ukážke Boaz Almog predvádza, ako jav, známy ako kvantové uzamykanie, umožňuje supravodivému disku vznášať sa ponad magnetickú trať – úplne bez trenia a s nulovou stratou energie.

Úkaz, ktorý ste tu na krátku chvíľu videli,

sa nazýva kvantová levitácia a kvantové uzamknutie.

A objekt, ktorý tu levitoval,

sa nazýva supravodič.

Supravodivosť je kvantový stav hmoty

a objavuje sa iba pod určitou kritickou teplotou.

Je to celkom starý úkaz;

bol objavený pred 100 rokmi.

Avšak, iba posledne,

zásluhou niekoľkých technologických pokrokov,

sme teraz schopní ukázať vám

kvantovú levitáciu a kvantové uzamknutie.

Takže, supravodič je definovaný dvoma vlastnosťami.

Prvým
je nulový elektrický odpor

a druhým
je vypudzovanie magnetického poľa z vnútra supravodiča.

Znie to komplikovane, že?

Ale čo je elektrický odpor?

Elektrina je prúdenie elektrónov v materiáli.

A ako tieto elektróny prúdia,

kolidujú s atómami a pri týchto kolíziách

stratia určité množstvo energie.

A túto energiu uvoľnia vo forme tepla, ten efekt poznáte.

Avšak v supravodiči nie sú kolízie,

takže niet uvoľňovania energie.

Je to celkom pozoruhodné. Zamyslite sa nad tým.

V klasickej fyzike vždy existuje nejaké trenie, nejaká strata energie.

Ale tu nie, pretože je to kvantový efekt.

Ale to nie je všetko, pretože supravodiče nemajú radi magnetické polia.

Takže supravodič sa pokúsi vylúčiť magnetické pole z vnútra

a má možnosť to urobiť cirkulujúcimi prúdmi.

Kombináciou oboch efektov –

vylúčenie magnentických polí a nulový elektrický odpor –

je práve supravodič.

Ale táto predstava nie je vždy perfektná, ako všetci vieme,

a niekedy vlákna magnetického poľa ostávajú v supravodiči.

Za náležitých podmienok, ktoré tu máme,

tieto vlákna magnetického poľa môžu byť uväznené v supravodiči.

A tieto vlákna magnetického poľa v supravodiči

sa nachádzajú v oddelených množstvách.

Prečo? Lebo je to kvantový jav. Je to kvantová fyzika.

A ukazuje sa, že sa správajú ako kvantové častice.

Tu, v tomto filme, môžete vidieť, ako prúdia oddelene jeden po druhom.

Toto sú vlákna magnetického poľa. Nie sú to častice,

ale chovajú sa ako častice.

Takže preto nazývame tento efekt kvantovou levitáciou a kvantových uzamykaním.

Ale čo sa stane so supravodičom, keď ho dáme do magnetického poľa?

Najprv tam ostanú vlákna magnetického poľa,

ale supravodiču sa nepáči, keď sa pohybujú navôkol,

pretože ich pohyb spotrebúva energiu,

čo prerušuje stav supravodivosti.

Takže v skutočnosti uzamkne tieto vlákna,

ktoré sa nazývajú fluxóny a zamkne tieto fluxóny na mieste.

A tým sa vlastne sám uzamkne na mieste.

Prečo? Lebo každý pohyb supravodiča zmení ich miesto,

zmení ich konfiguráciu.

Takže dostávame kvantové uzamykanie. A ukážem vám, ako to funguje.

Mám tu supravodič, ktorý je tak obalený, takže ostane chladný dostatočne dlho.

A keď ho umiestnim na bežný magnet,

zostane uzamknutý vo vzduchu.

(potlesk)

Toto nie je jednoducho levitácia. Nie je to odpudivosť.

Môžem preskupiť fluxóny a bude to uzamknuté v tejto novej konfigurácii.

Takto, alebo pohnúť ho mierne doprava, alebo doľava.

Takže toto je kvantové uzamykanie – skutočné uzamykanie – trojdimenzionálne uzamykanie supravodiča.

Samozrejme, môžem ho otočiť hore nohami

a ostane uzamknutý.

Teraz, keď chápeme, že táto takzvaná levitácia je vlastne uzamykanie,

áno, chápeme to,

nebudete prekvapení, keď poviem, že ak vezmem tento kruhový magnet,

v ktorom je magnetické pole všade rovnaké,

supravodič bude schopný voľne rotovať po osi magnetu.

Prečo? Pretože pokiaľ rotuje, uzamknutie je zachované.

Vidíte? Môžem supravodič upraviť a môžem ho rotovať.

Máme pohyb bez trenia. Stále levituje, ale môže sa pohybovať všade voľne.

Takže máme kvantové uzamykanie a môžeme ho levitovať na tomto magnete.

Ale koľko fluxónov, koľko magnetických vlákien existuje v jedinom disku, ako je tento?

Môžeme to spočítať a ukazuje sa, že je to dosť veľa.

Sto miliárd vlákien magnetického poľa v tomto trojpalcovom disku (7,62cm).

Ale to ešte nie je tá úžasná časť, pretože som vám ešte čosi nepovedal.

A, áno, úžasná časť je, že tento supravodič, ktorý tu vidíte,

je iba pol mikrónu hrubý. Je extrémne tenký.

A táto extrémne tenká vrstva je schopná zdvihnúť viac ako 70 000-násobok vlastnej váhy.

Je to pozoruhodný efekt. Je veľmi silný.

Ďalej, môžem predĺžiť tento magnet

a urobiť akúkoľvek trať, akú chcem.

Napríklad, môžem urobiť túto veľkú kruhovú trať.

A keď umiestnim supravodivý disk na túto trať,

pohybuje sa voľne.

(potlesk)

A znova, to nie je všetko. Môžem upraviť jeho pozíciu, takto, a rotovať

a on sa voľne pohybuje v tejto novej pozícii.

A môžem tiež vyskúšať novú vec; vyskúšajme to po prvý krát.

Môžem vziať tento disk a dať ho sem

a kým tu ostáva – nehýb sa –

pokúsim sa otočiť trať

a snáď, ak som to urobil správne,

ostane zavesený.

(potlesk)

Vidíte, je to kvantové uzamykanie, nie levitácia.

Kým to nechám ešte trochu obiehať,

poviem vám niečo o supravodičoch.

(smiech)

Teraz vieme, že sme v supravodičoch schopní prenášať enormné veľkosti prúdov,

takže ich môžeme použiť na vytvorenie silných magnetických polí,

ktoré sú potrebné v prístrojoch na mag. rezonanciu, v časticových urýchľovačoch a tak ďalej.

Ale tiež môžeme skladovať energiu použitím supravodičov,

pretože nemáme žiadnu uvoľňovanie.

A tiež by sme mohli vyrobiť káble na prenos obrovských prúdov medzi elektrickými stanicami.

Predstavte si, že by ste mohli zálohovať jednu elektrickú stanicu s jediným supravodivým káblom.

Ale aká je budúcnosť kvantovej levitácie a kvantového uzamykania?

Odpoviem na túto jednoduchú otázku tým, že vám dám príklad.

Predstavte si, že by ste mali disk podobný tomu, ktorý mám tu v ruke,

s priemerom tri palce, s jediným rozdielom.

Vrstva supravodiča by bola hrubá namiesto pol mikrónu

dva milimetre, celkom tenká.

Táto dvojmilimetrová vrstva supravodiča by mohla udržať 1000 kilogramov, malé auto, v mojej ruke.

Úžasné. Ďakujem.

(potlesk)