Το φαινόμενο το οποίο είδατε εδώ για λίγο ονομάζεται κβαντική αιώρηση και κβαντικό κλείδωμα. Το αντικείμενο το οποίο αιωρούταν εδώ ονομάζεται υπεραγωγός. Η υπεραγωγιμότητα είναι μία κβαντική φάση της ύλης, και συμβαίνει μόνο κάτω από μια συγκεκριμένη κρίσιμη θερμοκρασία.
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.
Είναι αρκετά παλιό φαινόμενο, ανακαλύφθηκε πριν από 100 χρόνια. Ωστόσο, μόνο πρόσφατα, χάρη σε διάφορες τεχνολογικές εξελίξεις, είμαστε σε θέση να σας παρουσιάσουμε την κβαντική αιώρηση και το κβαντικό κλείδωμα.
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.
Ο υπεραγωγός ορίζεται από δύο ιδιότητες. Η πρώτη είναι: μηδενική ηλεκτρική αντίσταση, και η δεύτερη είναι: εξώθηση του μαγνητικού πεδίου από το εσωτερικό του υπεραγωγού. Ακούγεται περίπλοκο, σωστά; Αλλά τι είναι η ηλεκτρική αντίσταση; Ηλεκτρισμός είναι η ροή των ηλεκτρονίων μέσα σε ένα υλικό. Αυτά τα ηλεκτρόνια, ενώ κινούνται, συγκρούονται με τα άτομα και σ' αυτές τις συγκρούσεις χάνουν μία συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας. Στη συνέχεια διαχέουν αυτή την ενέργεια με τη μορφή θερμότητας, και ξέρετε το αποτέλεσμα. Ωστόσο, μέσα στον υπεραγωγό δεν πραγματοποιούνται συγκρούσεις, οπότε δεν υπάρχει διάχυση ενέργειας.
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.
Είναι πραγματικά αξιοθαύμαστο. Σκεφτείτε το. Στην κλασσική φυσική, υπάρχει πάντα κάποια τριβή, κάποια απώλεια ενέργειας. Αλλά όχι εδώ, επειδή είναι ένα κβαντικό φαινόμενο. Αλλά δεν είναι μόνο αυτό, γιατί οι υπεραγωγοί δεν αγαπούν τα μαγνητικά πεδία. Ο υπεραγωγός θα προσπαθήσει να διώξει το μαγνητικό πεδίο από το εσωτερικό του και έχει τα μέσα να το κάνει αυτό με την κυκλοφορία των ρευμάτων. Ο συνδυασμός αυτών των δύο φαινομένων -- η έξωση των μαγνητικών πεδίων και η μηδενική ηλεκτρική αντίσταση είναι ακριβώς ένας υπεραγωγός.
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.
Αλλά η εικόνα δεν είναι πάντα τέλεια, όπως όλοι γνωρίζουμε, και κάποιες φορές γραμμές μαγνητικού πεδίου παραμένουν στο εσωτερικό του υπεραγωγού. Κάτω από κατάλληλες συνθήκες, που έχουμε εδώ, αυτές οι γραμμές μαγνητικού πεδίου μπορεί να παγιδευτούν στο εσωτερικό του υπεραγωγού. Αυτές οι γραμμές μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό του υπεραγωγού, έρχονται σε διακριτές ποσότητες. Γιατί; Επειδή πρόκειται για κβαντικό φαινόμενο. Είναι κβαντική φυσική. Και αποδεικνύεται ότι συμπεριφέρονται σαν κβαντικά σωματίδια.
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.
Σε αυτή την ταινία, μπορείτε να δείτε πώς ρέουν μία-μία διακριτά. Αυτές είναι γραμμές μαγνητικού πεδίου. Δεν είναι σωματίδια, αλλά συμπεριφέρονται σαν σωματίδια. Γι΄αυτό και ονομάζουμε αυτό το φαινόμενο κβαντική αιώρηση και κβαντικό κλείδωμα.
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.
Αλλά τι συμβαίνει στον υπεραγωγό όταν τον βάζουμε μέσα σε μαγνητικό πεδίο; Πρώτον, κάποιες γραμμές μαγνητικού πεδίου έχουν παραμείνει στο εσωτερικό του αλλά τώρα ο υπεραγωγός δεν θέλει να μετακινούνται γιατί οι κινήσεις τους διαχέουν ενέργεια, η οποία καταστρέφει την υπεραγώγιμη φάση. Έτσι αυτό που κάνει είναι να κλειδώνει αυτές τις γραμμές, οι οποίες ονομάζονται φλαξόνια, και τις κλειδώνει στη θέση τους. Και κάνοντας αυτό, στην πραγματικότητα κλειδώνεται ο ίδιος στη θέση του. Γιατί; Επειδή οποιαδήποτε κίνηση του υπεραγωγού θα αλλάξει τη θέση τους, θα αλλάξει τη διάταξή τους.
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.
Έτσι δημιουργείται το κβαντικό κλείδωμα. Και τώρα μπορώ να σας δείξω πώς δουλεύει. Έχω εδώ έναν υπεραγωγό, τον οποίο έχω τυλίξει, ώστε να μένει κρύος αρκετή ώρα. Και όταν τον τοποθετώ στο πάνω μέρος ενός κανονικού μαγνήτη μένει κλειδωμένος στον αέρα.
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.
(Χειροκρότημα)
(Applause)
Τώρα, αυτό δεν είναι απλώς αιώρηση. Δεν είναι απλώς απώθηση. Μπορώ να αναδιατάξω τα φλαξόνια και θα κλειδωθούν στη νέα θέση. Έτσι, ή λίγο προς τα δεξιά ή προς τ΄αριστερά. Αυτό είναι το κβαντικό κλείδωμα --πραγματικά κλείδωμα-- το τρισδιάστατο κλείδωμα του υπεραγωγού. Φυσικά, μπορώ να τον αναποδογυρίσω, και θα παραμείνει κλειδωμένος.
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.
Τώρα που καταλαβαίνουμε ότι αυτή η λεγόμενη αιώρηση είναι στην πραγματικότητα κλείδωμα-- ναι, το καταλαβαίνουμε αυτό. Δεν θα εκπλαγείτε να ακούσετε ότι αν πάρω αυτόν τον κυκλικό μαγνήτη, στον οποίο το μαγνητικό πεδίο είναι το ίδιο παντού, ο υπεραγωγός θα μπορεί να περιστρέφεται ελεύθερα γύρω από τον άξονα του μαγνήτη. Γιατί; Επειδή όσο περιστρέφεται, το κλείδωμα διατηρείται. Βλέπετε; Μπορώ να προσαρμόσω και να περιστρέψω τον υπεραγωγό. Έχουμε κίνηση χωρίς τριβές. Ακόμα αιωρείται, αλλά μπορεί να μετακινείται ελεύθερα παντού.
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.
Έτσι, έχουμε κβαντικό κλείδωμα και μπορούμε να το κάνουμε να αιωρείται πάνω σ' αυτό τον μαγνήτη. Αλλά πόσα φλαξόνια, πόσες μαγνητικές γραμμές υπάρχουν σε ένα μόνο δίσκο σαν κι αυτόν; Μπορούμε να τις υπολογίσουμε, και αποδεικνύεται ότι είναι πολλές. Εκατό δισεκατομμύρια γραμμές μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό αυτού του δίσκου πάχους τριών ιντσών.
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.
Αλλά αυτό δεν είναι το εκπληκτικό μέρος ακόμα, γιατί υπάρχει κάτι που δε σας έχω πει. Και, ναι, το εκπληκτικό μέρος είναι ότι αυτός ο υπεραγωγός που βλέπετε εδώ έχει πάχος μόλις μισό μικρόμετρο. Είναι εξαιρετικά λεπτός. Αυτό το εξαιρετικά λεπτό στρώμα είναι σε θέση να σηκώσει πάνω από 70.000 φορές το βάρος του. Είναι ένα αξιοθαύμαστο φαινόμενο. Πολύ ισχυρό.
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.
Τώρα, μπορώ να επιμηκύνω αυτόν τον κυκλικό μαγνήτη, και να κάνω όποια τροχιά θέλω. Για παράδειγμα, μπορώ να κάνω μια μεγάλη κυκλική γραμμή εδώ. Και όταν τοποθετήσω τον υπεραγώγιμο δίσκο πάνω σ' αυτή την γραμμή, κινείται ελεύθερα.
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.
(Χειροκρότημα)
(Applause)
Και πάλι, αυτό δεν είναι όλο. Μπορώ να προσαρμόσω τη θέση του, έτσι, και να το περιστρέψω και μετακινείται ελεύθερα σ' αυτή τη νέα θέση. Μπορώ ακόμη να προσπαθήσω κάτι καινούριο. Ας το δοκιμάσουμε για πρώτη φορά. Μπορώ να πάρω αυτό τον δίσκο και να τον βάλω εδώ και ενώ μένει εδώ --μην κουνηθείτε-- θα προσπαθήσω να μετακινήσω την τροχιά κι ελπίζουμε, αν το έκανα σωστά, να παραμένει στον αέρα.
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.
(Χειροκρότημα)
(Applause)
Βλέπετε, είναι κβαντικό κλείδωμα, όχι αιώρηση. Τώρα, ενώ το αφήνω να περιστραφεί λίγο ακόμα, επιτρέψτε μου να σας πω λίγα πράγματα για τους υπεραγωγούς. Τώρα -- (Γέλια) -- Τώρα ξέρουμε ότι είμαστε σε θέση να μεταφέρουμε τεράστιες ποσότητες ρεύματος στο εσωτερικό υπεραγωγών, και έτσι να τους χρησιμοποιήσουμε για να παράγουμε ισχυρά μαγνητικά πεδία, όπως απαιτείται σε μηχανήματα μαγνητικής τομογραφίας, επιταχυντές σωματιδίων και ούτω καθεξής. Αλλά μπορούμε επίσης να αποθηκεύσουμε ενέργεια με υπεραγωγούς, διότι δεν έχουμε καθόλου διάχυση.
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.
Θα μπορούσαμε να φτιάξουμε καλώδια τροφοδοσίας, για να μεταφέρουμε τεράστια ποσότητα ρεύματος μεταξύ σταθμών ηλεκτρικής ενέργειας. Φανταστείτε να μπορούσατε να υποστηρίξετε έναν ηλεκτρικό σταθμό με ένα μόνο υπεραγώγιμο καλώδιο. Αλλά ποιο είναι το μέλλον της κβαντικής αιώρησης και του κβαντικού κλειδώματος; Επιτρέψτε μου να απαντήσω αυτή την απλή ερώτηση, δίνοντάς σας ένα παράδειγμα. Φανταστείτε να είχατε ένα δίσκο παρόμοιο με αυτό που έχω εδώ στα χέρια μου, διαμέτρου τριών ιντσών, με μία μόνο διαφορά. Το υπεραγώγιμο στρώμα, αντί να έχει πάχος μισό μικρόμετρο, να έχει πάχος δύο χιλιοστά, αρκετά λεπτό. Αυτό το υπεραγώγιμο στρώμα πάχους δύο χιλιοστών, θα μπορούσε να κρατήσει 1.000 κιλά, ένα μικρό αυτοκίνητο, στο χέρι μου. Απίστευτο. Σας ευχαριστώ
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.
(Χειροκρότημα)
(Applause)