Lebdeči superprevodnik

Kako lahko super-tanki disk, premera dobrih sedem centimetrov, v lebdenju nosi svojo 70.000-kratno težo? Boaz Almog nadvse zanimivo in futuristično prikaže pojav, poznan kot kvantna vklenjenost, ki superprevodnemu disku omogoča, da pluje nad magnetno tirnico -- popolnoma brez trenja in brez izgube energije.

Pojav, ki ste ga tu na kratko videli,

se imenuje kvantno lebdenje
in kvantna vklenjenost.

Predmet, ki je tu lebdel,

pa se imenuje superprevodnik.

Superprevodnost je kvantno stanje snovi,

ki se pojavi le izpod določene
kritične temperature.

Gre za precej star pojav,

ki so ga odkrili pred 100 leti.

Ampak šele v zadnjem času,

po zaslugi tehnološkega napredka,

vam lahko pokažemo

kvantno lebdenje in kvantno vklenjenost.

Superprevodnik označujeta dve lastnosti.

Prva: električna upornost je enaka nič,

in druga: magnetno polje je izrinjeno
iz notranjosti superprevodnika.

Sliši se zapleteno, kajne?

Torej, kaj je električna upornost.

No, elektrika je tok elektronov v snovi.

Ti elektroni med svojim tokom

trkajo z atomi in ob teh trkih

izgubijo nekaj energije.

To energijo razsipajo v obliki
toplote, saj poznate ta efekt.

Znotraj superprevodnika pa ni trkov

in zato se tudi energija ne razsipa.

To je nekaj posebnega, kar pomislite.

V klasični fiziki je vedno nekaj
trenja, nekaj izgube energije.

Tukaj pa ne, ker gre za kvantni efekt.

A to še ni vse, saj superprevodniki
ne marajo magnetnega polja.

Tako bo superprevodnik poskušal
izriniti magnetno polje iz notranjosti

in sicer s pomočjo krožnih tokov.

No, kombinacija obeh efektov --

izrinjeno magnetno polje in
električna upornost enaka nič --

pa je točno superprevodnik.

Vendar vemo, da stvari
niso vedno tako popolne

in včasih silnice magnetnega polja
ostanejo v notranjosti superprevodnika.

No, pod določenimi pogoji,
kot jih imamo tukaj,

so te silnice magnetnega polja
lahko ujete znotraj superprevodnika.

Te silnice magnetnega polja
znotraj superprevodnika

se pojavljajo kot diskretne količine.

Zakaj? Zato, ker gre za kvantni pojav.
To je kvantna fizika.

Izkaže se, da se vedejo kot kvantni delci.

V tem filmčku lahko vidite,
kako tečejo diskretno, ena po ena.

To so silnice magnetnega polja.
To niso delci,

vendar se vedejo kot delci.

No, zato ta efekt imenujemo
kvantno lebdenje in kvantna vklenjenost.

A, kaj se zgodi s superprevodnikom,
če ga postavimo v magnetno polje?

Kot prvo, nekaj silnic
magnetnega polja je ostalo znotraj,

vendar superprevodnik ne mara,
da bi se pomikale naokoli,

saj njihovi premiki razsipajo energijo,

to pa prekine stanje superprevodnosti.

Dejansko vklene te silnice,

ki se imenujejo fluksoni, in
jih drži vklenjene na mestu.

S tem pa pravzaprav sebe
vklene v določen položaj.

Zakaj? Ker bi katerikoli premik
superprevodnika spremenil njihov položaj,

oziroma spremenil njihovo razporeditev.

Na ta način dobimo kvantno vklenjenost.
Naj vam pokažem, kako to deluje.

Tukaj imam superprevodnik, ki sem ga
zavil, da bi dovolj dolgo ostal hladen.

Ko ga postavim na navaden magnet,

kar ostane vklenjen v zraku.

(Aplavz)

To ni le lebdenje. To ni le odboj.

Fluksone lahko prerazporedim in potem
ostane vklenjen v novi razporeditvi.

Takole. Ali pa ga pomaknem desno ali levo.

To je torej kvantna vklenjenost
- dejansko vklenjenost -

tridimenzionalna vklenjenost
superprevodnika.

Seveda ga lahko obrnem na glavo

in bo spet vklenjen.

No, sedaj razumemo, da ja to t. i.
lebdenje dejansko vklenjenost.

Ja, to razumemo.

Ne bo vas presenetilo, da ko
bomo vzeli ta krožni magnet,

po katerem je magnetno polje povsod enako,

se bo superprevodnik lahko
prosto vrtel okrog osi magneta.

Zakaj? Dokler se vrti,
se vklenjenost vzdržuje.

Vidite? Superprevodnik lahko
premaknem in lahko ga vrtim.

Imamo gibanje brez trenja. Še vedno
lebdi, vendar lahko prosto potuje okrog.

Torej imamo kvantno vklenjenost in
lahko dosežemo, da lebdi nad magnetom.

Koliko fluksonov, koliko magnetnih silnic
pa je v posameznem disku, kot je ta?

No, to lahko izračunamo in
izkaže se, da jih je kar precej.

Sto milijard magnetnih silnic
je v tem disku premera 7,5 cm.

Ampak to še ni tisti osupljivi del,
nečesa vam namreč še nisem povedal.

Osupljivo je, da je superprevodnik pred vami

debel le pol mikrona. Zelo tanek je.

Ta izredno tanka plast je sposobna v lebdenju
nositi več kot svojo 70.000-kratno težo.

To je izreden učinek. Velika moč.

Ta krožni magnet lahko razširim

in naredim kakršnokoli progo.

Na primer, lahko naredim
veliko krožno progo tukaj.

In ko superprevodni disk
položim na to progo,

se prosto giblje.

(Aplavz)

In to še ni vse. Njegov položaj
lahko spremenim, takole, in ga zavrtim

in se prosto giblje v tem položaju.

In lahko poskusim še nekaj novega -
pa poskusimo to, prvič.

Ta disk lahko postavim sem

in medtem ko je tu -- miruj --

bom poskusil obrniti progo

in upam da bo, če sem vse naredil prav,

obvisel v zraku.

(Aplavz)

Vidite, gre za kvantno vklenjenost,
ne za lebdenje.

Medtem naj še malo kroži,

jaz pa vam povem še
nekaj o superprevodnikih.

No -- (Smeh) ---

Vemo že, da znamo prenašati velikanske
količine tokov znotraj superprevodnikov

in zato z njimi lahko naredimo
močna magnetna polja,

takšna, kot jih potrebujejo MRI-naprave,
pospeševalniki delcev itd.

Ampak s pomočjo superprevodnikov
lahko tudi shranjujemo energijo,

saj ni izgub.

Lahko bi izdelali električne kable za
prenos velikanskih tokov med elektrarnami.

Predstavljajte si, da bi
posamezno elektrarno ob izpadu

lahko nadomestili prek enega
samega superprevodnega kabla.

A, kaj je prihodnost kvantnega lebdenja
in kvantne vklenjenosti?

Naj na to preprosto vprašanje
odgovorim s primerom.

Predstavljajte si, da imate podoben
disk, kot je ta v moji roki,

premera 7,5 cm, a z eno razliko.

Superprevodna plast bi bila
namesto pol mikrona debela

dva milimetra, kar je še vedno tanko.

Ta dvo-milimetrska superprevodna
plast bi lahko nosila

1.000 kilogramov, majhen avto, v moji roki.

Osupljivo. Hvala.

(Aplavz)