Jev, který jste teď na malý moment zahlédli, se nazývá kvantová levitace a kvantové uzamykání. A objektu, který zde levitoval, se říká supravodič. Supravodivost je kvantový stav látky, který nastává pouze pod určitou - kritickou - teplotou.
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.
Tento jev je znám poměrně dlouho, byl objeven před 100 lety. Nicméně až teprve nedávno, díky několika technologickým posunům, jsme vám teď schopni demonstrovat kvantovou levitaci a kvantové uzamykání
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.
Takže, supravodič je definován dvěma vlastnostmi. První je nulový elektrický odpor, a ten druhý odpuzování magnetického pole zevnitř supravodiče. Zní to komplikovaně, že? ale co vlastně je elektrický odpor? Elektrický proud je proud elektronů uvnitř nějakého materiálu. A tyto elektrony během svého průchodu naráží na atomy a kvůli těmto srážkám ztrácí určité množství energie. Tato energie je rozptýlena ve formě tepla, což znáte. Nicméně uvnitř supravodiče k žádným srážkám nedochází, a tedy zde není ani rozptyl energie.
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.
To je docela pozoruhodné. Zamyslete se nad tím. V klasické fyzice vždy dochází k nějakému tření, ke ztrátě energie. Ale tady ne, protože to je kvantový efekt. Ale to není vše, protože supravodiče nemají rády magnetická pole. Supravodič se bude snažit magnetické pole zevnitř vypudit a to má co do činění s vířivými proudy. A teď -- kombinace obou efektů -- tedy odpuzování magnetických polí a nulový el. odpor -- to je přesně supravodič.
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.
Ale ne vždy je to tak dokonalé, jak všichni víme, a občas svazky magnetických siločar zůstanou uvnitř supravodiče. Za určitých podmínek, které tu zrovna máme, mohou být tyto svazky uvězněny uvnitř supravodiče. a tyto svazky uvnitř supravodiče, se vyskytují v nespojitých hodnotách. Proč? Protože to je kvantový jev. To je kvantová fyzika. A ukazuje se, že se chovají jako kvantové částice.
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.
V tomto videu vidíte, jak proudí odděleně jeden po druhém. Jsou to svazky magnetických siločar. Nejsou to částice, ale jako částice se chovají. Z tohoto důvodu tento efekt nazýváme kvantovou levitací a kvantovým uzamykáním.
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.
Co se ale stane se supravodičem, pokud ho umístíme dovnitř magnetického pole? Prvně, uvnitř zůstávají svazky magnetických siločar ale teď se supravodiči nelíbí, když se pohybují kolem, protože jejich pohyb plýtvá energií, což narušuje stav supravodivosti. takže vlastně dělá to, že uzamkne svazky, zvané fluxony, na místě a tím vlastně ukotví na místě i sám sebe. Proč? Jakýkoliv pohyb supravodiče změní jejich umístění a konfiguraci.
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.
To máme kvantové uzamykání. A teď vám ukážu jak to funguje. Mám tady supravodič, který jsem obalil, takže vydrží dostatečně dlouho studený. A když ho umístím na povrch pravidelného magnetu, zůstane viset ve vzduchu.
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.
(Potlesk)
(Applause)
Není to jenom levitace, není to jen odpuzování. Mohu přemístit fluxony a uzamkne se to i v této nové konfiguraci. Třeba takto, nebo to můžu posunout lehce doprava nebo doleva. Tak tohle je kvantové uzamykání -- třírozměrné uzamykání supravodiče. Samozřejmě jej mohu obrátit a zůstane ukotven.
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.
Teď už chápeme, že takzvané levitování je ve skutečnosti uzamykání. Jo, rozumíme tomu. Nebudete překvapeni, když vezmu kruhový magnet, ve kterém je magnetické pole rovnoměrné po celé jeho délce, a supravodič bude schopen volně rotovat kolem osy magnetu. Proč? Protože dokud rotuje, tak uzamčení je udržováno. Vidíte? Mohu supravodič poupravit a roztočit. Vidíme bezodporový pohyb. Pořád levituje, ale může se volně pohybovat kolem dokola.
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.
Takže, máme tu kvantové uzamčení a levitaci na povrchu magnetu. Ale kolik fluxonů, kolik svazků mag. pole je v disku jako je tento? Můžeme si to spočítat, a ukazuje se, že docela hodně. Sto miliard svazků magnetického pole uvnitř tohoto 3palcového disku (7,5 cm).
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.
Ale to ještě není ta skvělá věc, protože je tady něco, co jsem vám zatím neřekl. Ano, ta úžasná věc je, že tento supravodič je široký pouze 0,5 mikrometru. Je extrémně tenký. A tato extrémně tenká vrstva je schopná nadnášet více než 70.000násobek své vlastní váhy. To je pozoruhodný efekt. Velmi silný.
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.
Mohu rozšířit tento kruhový magnet a vytvořit jakoukoliv dráhu chci. Například můžu zde vytvořit velkou kruhovou dráhu a když na ni umístím supravodivý disk, volně se pohybuje.
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.
(Potlesk)
(Applause)
A znovu -- to není vše. Můžu takto změnit jeho pozici, rotovat, a on se volně v této nové pozici pohybuje. Dokonce bych mohl zkusit něco nového; Vyzkoušejme si to úplně poprvé. Vezmu disk a položím ho tady, a zatímco je tady -- nehýbej se -- zkusím otočit s dráhou a doufejme, pokud to udělám správně, tak zůstane viset.
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.
(Potlesk)
(Applause)
Vidíte, je to kvantové uzamčení, ne levitace. Mezitím co ho nechám jezdit o trochu déle, řeknu vám něco málo o supravodičích. Teď -- (Smích) -- Teď už víme, že jsme schopni supravodičem přenášet obrovské množství proudu, tudíž je můžeme použít k vyvolání silných magnetických polí, která jsou potřeba pro MRI přístroje (magnetická rezonance), částicové urychlovače apod., ale můžeme je také použít pro uskladnění energie, protože zde nedochází k žádným ztrátám.
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.
Také bychom mohli vyrábět kabely k přenosu obrovského množství energie mezi elektrárnami. Představte si, že byste mohli zálohovat elektrárnu jediným supravodivým kabelem. Co je však budoucností kvantové levitace a kvantového uzamykání? Odpovím vám příkladem. Představte si, že máte disk podobný tomu, který mám v dlani 3 palce v průměru (7,5 cm), s jedinou změnou. Supravodivá vrstva by byla místo 0,5 mikronu tenká 2 milimetry. Docela tenká. Tato dvoumilimetrová vrstvička by udržela až 1000 kg, malé auto, v mé ruce. Úžasné. Děkuji.
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.
(Potlesk)
(Applause)