Возводство на Boaz Almog Leviticus за суперпроводник TED Talk и ТЕД препис
Феноменот што го видовте овде за секунда се нарекува квантна левитација, или квантна фиксација. Објектот што левитира тука се нарекува суперпроводник. Суперспроводливоста е квантна состојба на материјата и се јавува само под одредена критична температура.
Тоа е феномен познат подолго време; е откриен пред 100 години. Сепак, само неодамна, благодарение на неодамнешните технолошки откритија, можеме да демонстрираме квантна левитација и квантна фиксација.
Суперпроводникот е дефиниран со две својства. Првиот е нула електричен отпор, а вториот е исфрлање на магнетното поле одвнатре од него. Дали звучи комплицирано? Но, што е електричен отпор? Електричната енергија е проток на електрони внатре во материјата. Електроните се судираат со атомите за време на движењето, и како резултат на судирите губат дел од својата енергија. И ја расфрла оваа енергија во форма на топлина, го знаете феноменот. Но, нема судири во суперпроводникот, така што нема загуба на енергија.
Извонредно е. Размисли. Во класичната физика секогаш има триење, губење на енергија. Но, не тука, бидејќи тоа е квантен феномен. Тоа не е сè, суперпроводниците не го сакаат магнетното поле. Суперпроводник ќе се обиде да го исфрли магнетното поле одвнатре и е во состојба да го стори тоа со циркулирачки струи. Комбинацијата на двата ефекти: одбивање на магнетни полиња и нула електричен отпор, е токму суперпроводник.
Но, условите не се секогаш совршени, како што знаеме, и понекогаш линиите на магнетното поле остануваат во суперпроводникот. Под идеални услови што ги имаме тука, овие магнетни линии можат да бидат заробени во суперпроводникот. И овие линии на магнетното поле во внатрешноста на суперпроводникот се многу малку интензивни. Зошто? Затоа што тоа е квантен феномен. Тоа е квантна физика. И тие се однесуваат како квантни честички.
На овој клип гледате како тие течат еден по друг дисконтинуирано. Ова се ленти со магнетно поле. Тие не се честички, но се однесуваат како честички. Затоа овој ефект го нарекуваме квантна левитација и квантна фиксација.
Но, што се случува со суперпроводникот кога ќе го поставиме во магнетно поле? Како прво, во него остануваат ленти од магнетно поле, но суперпроводникот не сака да се менуваат бидејќи нивното движење дисипира енергија, а тоа ја дестабилизира состојбата на суперспроводливост. Затоа, ги имобилизира овие ленти, наречени флуксони, кои ги држи на место. Реагирајќи на овој начин, тој успева соодветно да се заклучи во вселената. Зошто? Бидејќи секое движење на суперпроводникот ќе го смени нивното место, тоа ќе ја смени нивната конфигурација.
Така, предизвикуваме квантна фиксација. Дозволете ми да ви покажам како работи. Имам суперпроводник што го завиткав за да го оладам доволно долго. Кога ќе го ставам на врвот на обичен магнет, тој останува имобилизиран во воздухот.
Ова не е само левитација. Не е само одбивање. Може да ги преуредувам флуксоните и тие ќе бидат заклучени и во оваа нова конфигурација, или ќе ги навалам малку надесно или лево. Ова е тродимензионална квантна фиксација на суперпроводникот. Секако, можам да го превртам и ќе заглави.
Да се разбере дека она што го нарекуваме левитација е всушност фиксација. Да, ние разбираме. Нема да бидете изненадени ако го земам овој кружен магнет, во кој магнетното поле е насекаде исто, суперпроводникот ќе ротира по оската на магнетот. Зошто? Бидејќи сè додека ротира, фиксацијата се одржува. Види? Можам да го прилагодам и ротирам суперпроводникот. Имаме движење без триење. Левитира, но може слободно да ротира.
Значи, имаме квантна фиксација и можеме да ја левитираме над овој магнет. Колку флукси, колку линии на магнетното поле има во ваков диск? Можеме да пресметаме и се чини доста. Сто милијарди линии на магнетно поле во внатрешноста на овој диск од осум см.
Но, тоа не е неверојатниот дел, има нешто што сè уште не ти го кажав. Неверојатниот дел е што овој суперпроводник е дебел само еден микрон. Исклучително е слаб. Овој исклучително тенок слој може да левитира 70.000 пати повеќе од сопствената тежина. Тоа е извонреден ефект. Тоа е многу силно.
Можев да го продолжам овој кружен магнет и да направам што сакам рута. На пример, можам да направам голема кружна рута. Кога го ставам суперспроводливиот диск над шината, тој се движи слободно.
Тоа не е сè. Можам да ја прилагодам нејзината позиција, да ја ротирам и слободно да се движам во оваа нова позиција. Може да пробам нешто ново. Ајде да пробаме нешто за прв пат: можам да го земам дискот и да го ставам тука, и додека тој седи тука, не мрдај, ќе се обидам да ја превртам шината, и се надевам, ако го направев тоа правилно, тој ќе остане суспендиран.
Тоа е квантна фиксација, а не левитација. Додека го оставив да циркулира уште малку, дозволете ми да ви кажам нешто за суперпроводниците. (Смеа) Сега знаеме дека можеме да пренесеме огромни количини на струја користејќи суперпроводници, за да можеме да ги искористиме за да произведеме силни магнетни полиња, како што се оние потребни во NMR, забрзувачи на честички и многу повеќе. Но, ние исто така можеме да складираме енергија користејќи суперпроводници, бидејќи немаме загуби.
Можеме да произведеме кабли за напојување за да пренесеме огромна количина електрична енергија помеѓу електраните. Замислете дека можете да поддржите единствена суперспроводлива електрана. Која е иднината на квантната левитација и имобилизација? Thisе одговорам на ова едноставно прашање со еден пример. Замислете диск сличен на оној што го имам тука во мојата рака, со дијаметар од осум см, со една разлика. Супер спроводливиот слој, наместо да биде половина микрон, би бил два милиметри, прилично тенок. Овој суперспроводлив двомилиметарски слој може да издржи 1.000 кг, мал автомобил. Неверојатно! Ви благодарам!