Това явление, което видяхте тук за кратък момент се нарича квантова левитация и квантово заключване. И обектът, който левитираше тук се нарича свръхпроводник. Свръхпроводимостта е квантово състояние на материята, и се среща само под определена критична температура.
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.
Сега това е доста старо явление; Открито е преди 100 години. Обаче, едва наскоро, поради няколко технологични напредъка, сме способни да ви демонстрираме квантова левитация и квантово заключване.
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.
Така че свръхпроводникът се определя от две свойства. Първото е нулево електрическо съпротивление, а второто е експулсирането на магнитно поле от вътрешността на свръхпроводника. Това звучи сложно, нали? Но какво е електрическото съпротивление? И така електричеството е потока от електрони в даден материал. И тези електрони, докато се движат, те се сблъскват с атомите, и в тези сблъсквания те губят определено количество енергия. И те отделят тази енергия във формата на топлина, и вие знаете този ефект. Въпреки това в свръхпроводника няма никакви колизии, така че няма никакво разсейване на енергия.
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.
Това е доста забележително. Помислете за това. В класическата физика винаги има някакво триене, загуба на някои енергии. Но не тук, защото това е квантовия ефект. Но това не е всичко, защото свръхпроводниците не харесват магнитни полета. Така че свръхпроводникът ще се опита да изгони магнитното поле отвътре, и има средства да направи това чрез кръговрата на токове. Сега комбинацията от двата ефекта - експулсирането на магнитните полета и нулевото електрическо съпротивление е точно свръхпроводник.
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.
Но картината не е винаги перфектна, както всички знаем, и понякога части от магнитното поле остават вътре в проводника. Сега при подходящи условия, които имаме тук, тези части на магнитното поле могат да бъдат хванати вътре в проводника. И тези части на магнитното поле вътре в проводника, те идват в отделни количества. Защо? Тъй като това е квантов феномен. Това е квантова физика. И се оказва, че те се държат като квантови частици.
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.
В този филм тук можете да видите как те преминават дискретно един по един. Това са части на магнитно поле. Те не са частици, но те се държат като частици. Така че ето защо ние наричаме този ефект квантова левитация и квантово заключване.
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.
Но какво става със свръхпроводника когато го поставим вътре в магнитно поле? Ами първо част от магнитното поле е останало вътре но сега свръхпроводникът не харесва движението им, защото техните движения разсейват енергия, което прекъсва свръхпроводимото състояние. Така че това което всъщност прави, е че блокира тези части, които се наричат флуксони и той блокира тези флуксони на място. Извършвайки това, той в действителност заключва самия себе си на място. Защо? Тъй като всяко движение на свръхпроводника ще промени мястото им, ще промени конфигурацията им.
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.
Така че получаваме квантово заключване. И нека да ви покажа как става това. Имам тук такъв свръхпроводник, който опаковах, така че да остане студен достатъчно дълго. И когато го поставя върху редовен магнит, Той просто остава заключен във въздуха.
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.
(Аплодисменти)
(Applause)
Сега това не е просто левитация. Не е просто отблъскване. Мога да пренаредя флуксоните, и то ще бъде заключено в тази нова конфигурация. Като това, или го преместваме леко надясно или наляво. И така това е квантовото-действително заключване - триизмерно блокиране на свръхпроводника. Разбира се мога да го обърна с главата надолу, и ще остане заключен.
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.
Сега, като разбираме, че тази така наречена левитация действително е блокиране, да, разбираме това. Няма да бъдете изненадани да чуете, че ако взема този кръгов магнит, в който магнитното поле е същото навсякъде, свръхпроводникът ще може свободно да се върти около оста на магнита. Защо? Тъй като, докато той се върти, заключването се поддържа. Виждате ли? Мога да коригирам и мога да въртя свръхпроводника. Имаме движение без търкане. Той все още левитира, но може да се мести свободно наоколо.
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.
Така че имаме квантово заключване и можем да го левитираме над този магнит. Но колко флуксони, колко магнитни нишки са в един диск като този? Ами можме да изчислим, и се оказва, доста. Сто милиарда частици на магнитното поле в този диск от три инча.
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.
Но това не е страхотната част още, защото все още не съм ви казал нещо. И да, невероятната част е, че този свръхпроводник, който виждате тук е само половин микрон дебел. Това е изключително тънко. И този изключително тънък слой може да левитира повече от 70 000 пъти теглото си. Това е забележителен ефект. Това е много силно.
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.
Сега мога да разширя този кръгов магнит, и да създам каквото поле си поискам. Например мога да направя голяма кръгова релса тук. Когато поставя свръхпроводящия диск върху тази релса, той се движи свободно.
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.
(Аплодисменти)
(Applause)
И отново, това не е всичко. Мога да коригирам позицията му така, както и да го завъртя, и той свободно се премества в това ново положение. И дори мога да опитам ново нещо; нека да го опитаме за първи път. Мога да взема този диск и да го поставя тук, и докато той остава тук - не се премества - ще се опитам да завъртя коловоза, и да се надяваме, ако го направих правилно, той ще остане във въздуха.
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.
(Аплодисменти)
(Applause)
Вие виждате, това е квантово заключване, не левитация. Сега, докато го оставя да се върти още малко, Нека да ви разкажа малко повече за свръхпроводниците. Сега - (смях) - Ссега знаем, че сме в състояние да прехвърлим огромно количество енергия в свръхпроводниците, така че да можем да ги използваме, за да се получат силни магнитни полета, като необходимите за ЯМР машините, ускорителите на частици и т. н. Но ние също можем да съхраняваме енергия, използвайки свръхпроводниците, защото нямаме разсейване.
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.
И ние също можем да произвеждаме силови кабели, да прехвърляме огромни количества енергия между електроцентрали. Представете си, да можете да архивирате единична електроцентрала с един свръхпроводящ кабел. Но какво е бъдещето на квантовата левитация и квантовото заключване? Ами нека да отговоря на този прост въпрос с пример. Представете си, че имате диск, подобен на този, който имам тук в ръката си, три инча в диаметър, с една разлика. Свръхпроводящият слой, вместо да е половин микрон тънък, е два милиметра тънък, доста тънък. Този два милиметъра тънък свръхпроводящ слой може да държи 1000 килограма, малък автомобил, в ръката ми. Невероятно. Благодаря ви.
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.
(Аплодисменти)
(Applause)