Boaz Almog “悬浮” 一个超导体
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0:10 - 0:14你们在这里看到的这个短暂的现象是
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0:14 - 0:20被称为量子悬浮和量子锁定。
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0:20 - 0:24这个悬浮在这里的物体
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0:24 - 0:26被称为超导体。
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0:26 - 0:32超导是物质的一种量子状态,
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0:32 - 0:36只在特定的关键温度下发生。
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0:36 - 0:39现在,这是一个比较老的现象了;
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0:39 - 0:40100年前被发现。
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0:40 - 0:42然而,就在最近,
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0:42 - 0:45由于若干科技进步,
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0:45 - 0:47我们现在能够向你们展示
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0:47 - 0:51量子悬浮和量子锁定。
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0:51 - 0:57那么,超导体具备两种特性。
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0:57 - 1:01第一种特性是零电阻,
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1:01 - 1:07第二种特性是从超导体的内部驱逐磁场。
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1:07 - 1:10这听起来有点复杂,是吗?
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1:10 - 1:13但什么是电阻呢?
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1:13 - 1:19那么,电就是物体内部的电子流。
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1:19 - 1:23这些电子,当他们流动时,
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1:23 - 1:25它们与原子相撞,在碰撞过程中
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1:25 - 1:28它们损失一定的能量。
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1:28 - 1:33这种能量以热的形式消耗,
你们知道这种效果的。 -
1:33 - 1:39然而,在超导体的内部,不存在这种碰撞,
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1:39 - 1:44因此也就没有能量消耗。
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1:44 - 1:47想象一下,这是非常神奇的。
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1:47 - 1:52在经典物理学中,摩擦和能量消耗是必然存在的,
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1:52 - 1:56但在这里并非如此。因为这是一种量子效应。
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1:56 - 2:05但这不是全部。因为超导体不喜欢磁场。
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2:05 - 2:09因此超导体会把磁场从内部驱逐出去,
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2:09 - 2:15通过循环电流就能做到。
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2:15 - 2:18现在,两种效应相结合--
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2:18 - 2:24驱逐磁场和零电阻--
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2:24 - 2:27就是超导体。
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2:27 - 2:32但我们都知道,情况不总是那么完美的,
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2:32 - 2:39有时候,有几束磁场会停留在超导体内部。
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2:39 - 2:43现在,在特定的条件下,就像我们现在有的,
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2:43 - 2:48这些磁场束被困在超导体内。
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2:48 - 2:54这些超导体内部的磁场束,
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2:54 - 2:57它们以分散的数量进入。
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2:57 - 3:00为什么?因为这是量子现象。
是量子物理学。 -
3:00 - 3:04结果它们的运动就像是量子粒子的运动。
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3:04 - 3:10在这部短片里,你们能够看到它们一个个分散流动。
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3:10 - 3:14这是磁场束。
不是粒子, -
3:14 - 3:18但它们的运动看起来像粒子。
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3:18 - 3:22这就是为什么我们把这种效应称为量子悬浮和量子锁定。
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3:22 - 3:28那么,当我们把超导体放入磁场内时,
它发生了什么变化呢? -
3:28 - 3:33首先呢,有几束磁场束会留在超导体里面,
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3:33 - 3:37但现在超导体不喜欢让它们在周围移动,
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3:37 - 3:40因为它们的运动会消耗能量,
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3:40 - 3:43这样会破坏超导体状态。
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3:43 - 3:48那么,它到底做什么了呢,
它锁定了这些磁场束, -
3:48 - 3:53这些磁场束被称为磁通量子,
它把这些磁通量子锁定在原地。 -
3:53 - 4:00如此一来,它就把自己给锁定在原位。
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4:00 - 4:09为什么?因为任何超导体的移动都会改变它们的位置,
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4:09 - 4:11改变它们的状态。
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4:11 - 4:16这样我们就得到了量子锁定。
让我向你们展示它是如何运作的。 -
4:16 - 4:22这里,我有一个超导体,
我把它裹起来了,这样它就能保持足够长时间冰冷。 -
4:22 - 4:26当我把它放在一个普通磁铁的顶端,
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4:26 - 4:30它就被锁定在半空中。
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4:30 - 4:34(鼓掌)
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4:34 - 4:38现在,这不仅仅是悬浮。
不仅仅是相斥。 -
4:38 - 4:43我能重置这些磁通量子,
它就能够被锁定在这个新的装置内。 -
4:43 - 4:47就像这样,或者把它往左或往右稍微移动一下。
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4:47 - 4:55那么,这就是量子锁定--货真价实的锁定--
超导体的三维锁定。 -
4:55 - 4:57当然,我也可以把它倒过来,
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4:57 - 5:00它还是会保持锁定。
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5:00 - 5:09现在,既然我们了解了这种所谓的悬浮其实是锁定,
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5:09 - 5:14是的,我们了解了这一点。
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5:14 - 5:18如果我拿出这样一个环形磁铁,
你们就不会感到惊讶, -
5:18 - 5:22在这个环形磁铁里,各处的磁场是相同的,
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5:22 - 5:28超导体能够绕着磁铁的轴线自由旋转。
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5:28 - 5:34为什么?
因为只要它在旋转,锁定就能够被保持下去。 -
5:34 - 5:40看到了吗?我能调整
我能旋转这个超导体。 -
5:40 - 5:47我们有了无摩擦运动。
它仍然在悬浮,但能够自由移动。 -
5:47 - 5:56因此,我们有了量子锁定
并且我们能把它悬浮在磁铁上方。 -
5:56 - 6:02但在这样一个简单的磁片中,有多少磁通量子,有多少磁力束呢?
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6:02 - 6:05好吧,我们可以计算出来,
结果显示,数量还是很多的。 -
6:05 - 6:13在这个三英寸厚的磁片中有一千亿的磁场束。
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6:13 - 6:17但这还不是最惊人的部分,
因为还有一些东西我没告诉你们。 -
6:17 - 6:22是的,最惊人的部分在于
这个你们所见到超导体 -
6:22 - 6:30仅仅是半微米厚。非常薄。
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6:30 - 6:39这片极薄的磁片能够悬浮它自重70000倍的物体。
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6:39 - 6:45这是十分惊人的反应。非常强大。
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6:45 - 6:49现在,我可以延伸这个环形磁铁,
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6:49 - 6:54做出任何我想要的轨迹。
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6:54 - 6:58比如,我可以做出一个巨大的环形轨道。
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6:58 - 7:05当我把超导磁片放在轨道上方时,
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7:05 - 7:09它做自由运动。
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7:09 - 7:18(掌声)
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7:18 - 7:23这还不是全部哦。
我可以像这样调整它的位置,翻转, -
7:23 - 7:29它在新的位置上做自由运动。
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7:29 - 7:34我甚至可以尝试一件新的事情;
我们来首次尝试一下。 -
7:34 - 7:40我能把这个磁片放在这里,
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7:40 - 7:43当它停留在这里--不要移动--
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7:43 - 7:49我会尝试将轨道翻转,
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7:49 - 7:51希望,如果我做对了,
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7:51 - 7:54它会保持悬挂在半空。
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7:54 - 8:03(掌声)
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8:03 - 8:10你们看,这是量子锁定,而非悬浮。
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8:10 - 8:14现在,我会让它循环更多一些,
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8:14 - 8:18让我告诉大家一些关于超导体的知识。
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8:18 - 8:23现在--(笑声)--
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8:23 - 8:30好的,现在我们都了解了
我们能够传输超导体内部的大量电流, -
8:30 - 8:35那么我们能够利用它们制造强大的磁场,
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8:35 - 8:41诸如在核磁共振成像仪,粒子加速器等机器中所需要的。
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8:41 - 8:45但我们也能够用超导体存储能量,
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8:45 - 8:47因为超导体没有能量损耗。
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8:47 - 8:54我们还能制造电缆,在电站之间传输大量电流。
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8:54 - 9:03想象一下,你们能够只用一根超导电缆支撑一个发电站。
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9:03 - 9:08但量子悬浮和锁定的未来将何去何从呢?
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9:08 - 9:15好吧,我就给你们举个例子来回答这个简单的问题。
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9:15 - 9:21想象一下你有一个和我手中差不多的磁片,
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9:21 - 9:253英尺直径,唯一的区别是
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9:25 - 9:30超导层,不是半微米厚,
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9:30 - 9:33而是2毫米薄,相当薄。
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9:33 - 9:44我手中这2毫米厚的超导层能够控制住一辆小轿车。
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9:44 - 9:47太神奇了。
谢谢。 -
9:47 - 10:03(掌声)
- Title:
- Boaz Almog “悬浮” 一个超导体
- Speaker:
- Boaz Almog
- Description:
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一个超薄的3英尺磁片如何使它自重7万倍的物体悬浮?在这个引人入胜且具有未来感的演示中,Boaz Almog 展示了量子锁定效应如何使一片超导体磁片在磁力轨道上漂浮--完全无摩擦,且无能量损耗。
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 10:25
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