إن الظاهرة التي رأيتموها هنا لبرهةٍ تدعى الرفع الكمّيّ، و التثبيت الكمّيّ و المادة التي كانت تطفو في الهواء هنا تدعى الموصل الفائق. إن الموصلية الفائقة هي عبارة عن حالةٍ كمّيةٍ للمادة، و هي تحدث فقط تحت درجة حرارةٍ معينةٍ
The phenomenon you saw here for a brief moment is called quantum levitation and quantum locking. And the object that was levitating here is called a superconductor. Superconductivity is a quantum state of matter, and it occurs only below a certain critical temperature.
و هي عبارةٌ عن ظاهرةٍ قديمةٍ جداً؛ حيث تم اكتشافها منذ 100 عامٍ مضت. و لكن مؤخرا فقط و نظراً للتقدّم التقنيّ المتعدد أصبح بإمكاننا أن نوضّح لكم ظاهرة الرفع الكميّ و التثبيت الكميّ.
Now, it's quite an old phenomenon; it was discovered 100 years ago. However, only recently, due to several technological advancements, we are now able to demonstrate to you quantum levitation and quantum locking.
إذا فإن موصلاً فائقاً يُعرّف بخاصيتين. الأولى هي المقاومة الكهربائية المعدومة، و الثانية هي طرد المجال المغناطيسي من البنية الداخلية للموصل الفائق. هذا يبدو معقداً، أليس كذلك؟ ولكن ماهي المقاومة الكهربائية؟ حسنٌ، الكهرباء هي عبارةٌ عن تدفقٍ للإلكترونات داخل مادةٍ ما. و هذه الالكترونات و بينما تتدفق، تصطدم بالذرات، و في هذه التصادمات تخسر الإلكترونات كمّاً معيناً من الطاقة. حيث تقوم بتبديد هذه الطاقة على شكل حرارة، جميعكم يعلم هذا التأثير. و لكن من ناحية أخرى، فإن داخل الموصل الفائق لايوجد تصادمات، و كنتيجة لذلك فلا يوجد إصدارٌ حراريٌّ.
So, a superconductor is defined by two properties. The first is zero electrical resistance, and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor. That sounds complicated, right? But what is electrical resistance? So, electricity is the flow of electrons inside a material. And these electrons, while flowing, they collide with the atoms, and in these collisions they lose a certain amount of energy. And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect. However, inside a superconductor there are no collisions, so there is no energy dissipation.
و هذا أمر هامٌّ جداً، تمعنوا في الأمر. في الفيزياء التقليدية، يوجد دائما احتكاك، و بالنتيجة يوجد بعض الهدر الحراري. و لكن ليس في هذه الحالة، لأن هذا التأثير عبارةٌ عن تأثيرٍ كميٍّ. و لكن ذلك ليس كلّ شيءٍ، لأن الموصلات الفائقة لا تحبذ الحقول المغناطيسية. و بهذا فإن موصلاً فائقاً سيحاول قذف الحقل المغناطيسي بعيداً من داخله، و لديه القدرة على فعل ذلك عن طريق التيارات الدائرية. التوليفة ما بين كلا التأثيرين طرد الحقول المغناطيسية و المقاومة الكهربائية المعدومة تشكل ما يدعى بالموصل االفائق.
It's quite remarkable. Think about it. In classical physics, there is always some friction, some energy loss. But not here, because it is a quantum effect. But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields. So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside, and it has the means to do that by circulating currents. Now, the combination of both effects -- the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance -- is exactly a superconductor.
و لكن الصورة ليست دائماً مثاليةً، كما نعلم جميعنا، فأحياناً تبقى خطوط من الحقول المغناطيسية داخل الموصل الفائق. و في الشروط المناسبة، و التي لدينا هنا، هذه الخطوط من الحقول المغناطيسية يمكن أن تُؤسَر داخل الموصل الفائق. و هذه الخطوط من الحقول المغناطيسية تأتي على هيئة كمّاتٍ منفصلةٍ. لماذا؟ لأنها تعتبر ظاهرةً كميةً، إنها فيزياء الكمّ. و كنتيجةٍ لذلك، فإن هذه الخطوط تسلك سلوك الجزيئات الكميّة.
But the picture isn't always perfect, as we all know, and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor. Now, under proper conditions, which we have here, these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor. And these strands of magnetic field inside the superconductor, they come in discrete quantities. Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics. And it turns out that they behave like quantum particles.
في هذا العرض البصري، يمكنكم رؤية كيفية تدفق خطوط الحقول المغناطيسية واحدةً تلو الأخرى بشكلٍ منفصلٍ. هذه عبارة عن خطوط الحقول المغناطيسية، إنها ليست جزيئات. و لكنها تسلك سلوك الجزيئات. لهذا السبب نطلق على هذا التأثير اسم الرفع الكمّيّ، و التثبيت الكمّيّ.
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely. This is strands of magnetic field. These are not particles, but they behave like particles. So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
و لكن ما الذي يحدث للموصل الفائق عندما نضعه في حقلٍ مغناطيسيٍّ؟ حسنٌ، بدايةً توجد خطوطٌ للحقل المغناطيسي بقيت في الداخل، و لكن الموصل الفائق لا يحبذ فكرة حركتها في داخله، لأن حركة الخطوط تلك تنشر طاقةً، الأمر الذي يوقف حالة الموصلية الفائقة. و ما يقوم به الموصل حقاً، هو أسرُ هذه الخطوط، و التي تدعى الفلاكسنات، حيث يقوم الموصل بأسر هذه الفلاكسونات في موضعها. و بالقيام بهذا العمل، يقوم الموصل أيضاً بتثبيت نفسه في موضعه. لماذا؟ لأن أيّ حركةٍ من الموصل الفائق سيؤدي لتغيير موضع تلك الخطوط، مؤدياً لتغيير شكلها أيضاً.
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field? Well, first there are strands of magnetic field left inside, but now the superconductor doesn't like them moving around, because their movements dissipate energy, which breaks the superconductivity state. So what it actually does, it locks these strands, which are called fluxons, and it locks these fluxons in place. And by doing that, what it actually does is locking itself in place. Why? Because any movement of the superconductor will change their place, will change their configuration.
و بهذا نحصل على ظاهرة التثبيت الكمّيّ، و دعوني أوضح لكم كيف تعمل. لدي هنا موصلٌ فائقٌ، قمت بلفه ليبقى بارداً لزمنٍ طويلٍ. و عندما أضعه فوق مغناطيسٍ عاديٍّ، يبقى معلقاً في الهواء.
So we get quantum locking. And let me show you how this works. I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough. And when I place it on top of a regular magnet, it just stays locked in midair.
(تصفيق)
(Applause)
هذه فقط ظاهرة الرفع الكمّيّ، و هو ليس عبارةٌ عن تنافرٍ. أستطيع إعادة ترتيب الفلاكسونات، حيث سيتم تثبيت الموصل في هذا الشكل الجديد. على هذا النحو، أو بتحريكه قليلا إلى اليمين أو اليسار. إذا هذه هي ظاهرة التثبيت الكميّ، تثبيتٌ فعليٌّ، بأبعاده الثلاثة للموصل الفائق. بالطبع، يمكنني أن أقلبه رأساً على عقب، و سيبقى مثبتاً.
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion. I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration. Like this, or move it slightly to the right or to the left. So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor. Of course, I can turn it upside down, and it will remain locked.
الآن، الآن استوعبنا ما هو الرفع الكميّ و ما هو التثبيت الكميّ، نعم، لقد استوعبنا ذلك. و لن تكونوا على درجة من الدهشة إذا علمتم أني إذا أخذت هذا المغناطيس الدائري، و الذي يولد حقلاً مغناطيسياً متساوياً في جميع الاتجاهات، فإن الموصل الفائق سيكون بمقدوره الدوران بحريةٍ حول محور المغناطيس. لماذا؟ لأنه طالما استمر بالدوران، فإن التثبيت يبقى محافظاً على قيمته. هل ترون؟ بإمكاني تعديل و تدوير الموصل الفائق. لدينا هنا حركةٌ دونما احتكاك، و يبقى محلقاً، و لكن يمكنه التحرك بحريةٍ في كلّ مكانٍ.
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking, Yeah, we understand that. You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet, in which the magnetic field is the same all around, the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet. Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained. You see? I can adjust and I can rotate the superconductor. We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
لدينا تثبيتٌ كمّيٌّ و بإمكاننا رفعه فوق هذا المغناطيس. و لكن كم من الفلاكسونات، كم من خطوط الحقل المغناطيسي يوجد في قرص واحد كهذا القرص؟ حسنٌ، يمكننا احتسابها، معطيةً رقماً كبيراً جداً. مائة مليار خطّ حقلٍ مغناطيسيٍّ في هذا القرص ذو قطر الثلاثة إنشات.
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet. But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this? Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot. One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
و لكن هذا ليس هو الأمر المذهل حتى الآن، لأن ثمة أمراً لم أخبركم به بعد. نعم الأمر الأكثر إدهاشاً أن هذا الموصل الفائق الذي ترونه هنا يبلغ من السماكة نصف مايكرون فقط، إنه رقيق إلى حدّ كبيرٍ. و هذه الطبقة الشديدة الرقة قادرةٌ على رفع أكثر من 70،000 من مثل وزنها. وهذا تأثيرٌ غايةٌ في الروعة، فهو شديد القوة.
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet. And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here is only half a micron thick. It's extremely thin. And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight. It's a remarkable effect. It's very strong.
الآن أستطيع تمديد هذا المغناطيس الدائري، و صنع أي مسارٍ أرغبه، على سبيل المثال، يمكنني صنع سكةٍ دائريةٍ كبيرةٍ هنا، و عندما أضع القرص الفائق الموصلية فوق هذه السكة، فإنها تتحرك بحريةٍ.
Now, I can extend this circular magnet, and make whatever track I want. For example, I can make a large circular rail here. And when I place the superconducting disk on top of this rail, it moves freely.
(تصفيق)
(Applause)
و مرة أخرى، هذا ليس كلّ شيءٍ، أستطيع تعديل موقعه على هذا النحو، و تدويره، و بحريةٍ سوف يتحرك في هذا الاتجاه. و بإمكاني أن أجرّب أمراً جديداً؛ فلنجربه للمرة الأولى. يمكنني أن آخذ هذا القرص و أضعه هنا، و بينما يبقى هنا--لا تتحرك-- سأحاول تدوير المسار، على أمل أني قد فعلتها بشكلٍ صحيحٍ، لا يزال مثبتاً.
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate, and it freely moves in this new position. And I can even try a new thing; let's try it for the first time. I can take this disk and put it here, and while it stays here -- don't move -- I will try to rotate the track, and hopefully, if I did it correctly, it stays suspended.
(تصفيق)
(Applause)
ترون، هذا هو التثبيت الكمّيّ، و ليس الرفع. الآن، بينما أدعه يدور لبرهة، دعوني أخبركم قليلاً عن الموصلات الفائقة. الآن -- (ضحك) -- نعلم الآن أنه بمقدورنا أن ننقل كميةً هائلةً من التيار داخل الموصل الفائق، و بهذا نستطيع أن نستخدمها لإنتاج حقولٍ مغناطيسيةٍ قويةٍ، كتلك التي تحتاجها أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي، أو مسرعات الجزيئات و ما إلى ذلك من هذا القبيل. و لكن يمكننا أيضاً تخزين الطاقة باستخدام الموصلات الفائقة، لأن التشتت الحراري معدوم.
You see, it's quantum locking, not levitation. Now, while I'll let it circulate for a little more, let me tell you a little bit about superconductors. Now -- (Laughter) -- So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors, so we can use them to produce strong magnetic fields, such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on. But we can also store energy using superconductors, because we have no dissipation.
و بإمكاننا أيضاً إنتاج أسلاك طاقةٍ، لنقل كميّاتٍ هائلةٍ من التيار بين محطات الطاقة، تصوروا أنه يمكنكم أن تدعموا محطة طاقةٍ واحدةٍ بسلك مفردٍ فائق الموصلية. و لكن ما هو مستقبل الرفع الكمّيّ، و التثبيت الكمّيّ؟ حسنٌ، دعوني أجيب عن هذا السؤال البسيط بمثالٍ أُدرِجه لكم. تصوروا أن لديكم قرصاً شبيهاً بهذا الموجود في يدي، بقطر ثلاثة إنشات، مع فارقٍ واحدٍ. طبقة الموصل الفائق بدلاً من أن تكون بسماكة نصف مايكرون، فلتكن بسماكة ميليمترين، ما يعتبر ثخيناً جداً. هذه الطبقة فائقة الموصلية ذات الميليمترين سماكة يمكنها أن تحمل 1,000 كيلوغرام ما يمثل سيارةً صغيرةً، بيدي. أمرٌ مذهلٌ، شكراً لكم.
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations. Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable. But what is the future of quantum levitation and quantum locking? Well, let me answer this simple question by giving you an example. Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand, three-inch diameter, with a single difference. The superconducting layer, instead of being half a micron thin, being two millimeters thin, quite thin. This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand. Amazing. Thank you.
(تصفيق)
(Applause)