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.
התופעה שראיתם כאן לרגע קצר נקראת ריחוף ונעילה קוואנטית. האובייקט שריחף כאן עכשיו נקרא מוליך-על. מוליכות על הינה מצב קוואנטי של חומר, שקורה רק מתחת לטמפרטורה קריטית כלשהיא.
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.
זו תופעה דיי ישנה. גילו אותה בערך לפני מאה שנים. למרות זאת, רק לאחרונה, תודות למספר התקדמויות טכנולוגיות, אנחנו יכולים להדגים לכם ריחוף קוואנטי ונעילה קוואנטית.
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.
אם כן, מוליך-על מוגדר על ידי שתי תכונות. הראשונה היא אפס התנגדות חשמלית, והשניה היא הדחיה של שדה מגנטי מתוך החלק הפנימי של מוליך-העל. נשמע קצת מסובך, לא? מה היא התנגדות חשמלית? זרם חשמלי הוא זרימה של אלקטרונים בתוך חומר. האלקטרונים הללו, תוך כדי זרימה, מתנגשים עם האטומים, ובהתנגשויות הללו הם מאבדים כמות מסויימת של אנרגיה. האנרגיה הזאת מתפזרת בצורת חום, אתם מכירים את האפקט הזה. לעומת זאת, בתוך מוליך-על אין התנגשויות, ולכן אין איבוד ופיזור של אנרגיה.
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.
זה דיי מרשים. תחשבו על זה. בפיזיקה קלאסית, תמיד יש איזה שהוא חיכוך, איבוד אנרגיה כלשהוא. אבל לא כאן, בגלל האפקט הקוואנטי הזה. אבל זה לא הכל, כיוון שמוליכי-על לא אוהבים שדות מגנטיים. לכן מוליך-העל ינסה להוציא ולהרחיק את השדה המגנטי מתוכו, והוא יכול לעשות זאת על ידי זרמים מעגליים. השילוב של שני האפקטים הללו -- ההרחקה של השדה המגנטי וההתנגדות האפסית למעבר זרם חשמלי -- היא בדיוק מוליך-על.
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.
אבל התמונה לא תמיד מושלמת, כמו שאנחנו יודעים, ולפעמים מספר גדילים של שדה מגנטי נשארים בתוך מוליך-העל. תחת התנאים המתאימים, שיש לנו כאן, הגדילים האלה של השדה המגנטי יכולים להילכד בתוך מוליך-העל. הגדילים האלה של השדה המגנטי בתוך מוליך-העל, באים בכמויות בדידות. למה? בגלל שזו תופעה קוואנטית (מנתית). זו פיזיקה קוואנטית. ומתברר שהם מתנהגים כחלקיקים קוואנטים.
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.
בסרט הזה כאן, אתם יכולים לראות איך הם זורמים אחד אחרי השני בצורה בדידה. זהו גדיל של שדה מגנטי. אלו אינם חלקיקים, אולם הם מתנהגים כמו חלקיקים. לכן, זו הסיבה שבגללה אנו קוראים לתופעה הזו "ריחוף קוואנטי ונעילה קוואטית".
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.
אבל מה קורה למוליך-על כאשר אנו מניחים אותו בתוך שדה מגנטי? ובכן, ישנם גדילים של השדה המגנטי שנשארים בפנים, אבל מוליך-העל לא אוהב את הרעיון שהם מסתובבים שם, בגלל שהתנועות שלהם גורמות לפיזור אנרגיה, שגורם לשבירה של המצב של מוליכות-העל. אז מה שהוא עושה, זה שהוא נועל את הגדילים הללו, שנקראים שטפים (פלקסונים), הוא נועל אותם במקום. ובכך שהוא עושה זאת, מה שהוא עושה בכך, זה שהוא נועל את עצמו במקום. למה? כיוון שכל תנועה של מוליך-העל תשנה את מיקומם, תשנה את ההיערכות שלהם.
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.
אז אנחנו מקבלים נעילה קוואנטית. תנו לי להראות לכם כיצד זה עובד. יש לי כאן מוליך-על, הוא עטוף על מנת שישאר קר מספיק זמן. וכאשר אני מניח אותו מעל למגנט רגיל, הוא נשאר נעול במקומו באוויר.
(Applause)
(מחיאות כפיים)
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.
זה לא רק ריחוף, זו לא רק דחייה. אני יכול לסדר מחדש את הפלקסונים, והוא יהיה נעול במצב אחר. ככה, או שאני אזיז אותו מעט לימין או לשמאל. זאת נעילה קוואנטית -- זו למעשה נעילה -- נעילה תלת מימדית של המיקום של מוליך-העל. כמובן, אני יכול להפוך אותו, והוא ישאר נעול במקומו.
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.
עכשיו כשאנחנו מבינים שהריחוך הזה הוא בעצם נעילה, כן.. אנחנו מבינים את זה. לא תהיו מופתעים לשמוע שאם אני אקח את המגנט המעגלי הזה, שבו השדה המגנטי הוא אחיד מסביב, מוליך-העל יהיה חופשי להסתובב סביב הציר של המגנט. למה? כיוון שכל עוד הוא מסתובב, הנעילה נשארת אותו דבר. אתם רואים? אני יכול לכוון ולסובב את מוליך-העל. אנחנו מקבלים תנועה ללא חיכוך. הוא עדיין מרחף אבל הוא יכול לנוע בחופשיות מסביב.
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.
אז יש לנו נעילה קוואנטית ואנחנו יכולים לגרום לו לרחף מעל המגנט הזה. אבל כמה פלקסונים, כמה גדילים מגנטיים יש בתוך דיסק אחד כזה? ובכן, אנחנו יכולים לחשב את זה, ומסתבר, שיש דיי הרבה. מאה מליארד גדילים של שדה מגנטי נמצאים בתוך הדיסק הזה בקוטר שבעה וחצי סנטימטר.
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.
אבל זה עדיין לא הקטע המדהים, כיוון שיש משהו שעוד לא סיפרתי לכם. הקטע המדהים הוא שמוליך-העל הזה שאתם רואים כאן הוא בעובי של חצי מיקרון בסך הכל. זה דק מאוד. והשכבה הדקה הזאת יכולה לרחף עם משקל שהוא פי 70,000 מהמשקל העצמי שלה. זהו אפקט בלתי רגיל. זה מאוד חזק.
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.
עכשיו, אני יכול להרחיב את המגנט המעגלי הזה, ולהפוך אותו לאיזה מסילה שאני רוצה. למשל, אני יכול לבנות מסילה מעגלית גדולה. וכאשר אני מניח את מוליך-העל על המסילה, הוא יכול לנוע בחופשיות.
(Applause)
(מחיאות כפיים)
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.
ושוב, זה לא הכל, אני יכול לשנות את המצב שלו, ולסובב, והוא ינוע בחופשיות במצבו החדש. אני אפילו יכול לעשות משהו חדש. בואו ננסה את זה בפעם הראשונה. אני יכול לקחת את הדיסק הזה ולשים אותו כאן, וכאשר הוא נשאר במקומו -- אל תזוז -- אני אנסה להפוך את המסילה, ובתקווה, אם אני עושה את זה נכון, הוא נשאר תלוי.
(Applause)
(מחיאות כפיים)
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.
אתם רואים, זאת נעילה קוואנטית, לא ריחוף. בזמן שאני אתן לו להסתובב עוד קצת, אני רוצה לספר לכם עוד קצת על מוליכי-על. עכשיו -- (צחוק) -- עכשיו אנו יודעים שאנחנו יכולים להעביר כמויות אדירות של זרם בתוך מוליכי-על, אז אנחנו יכולים להשתמש בהם על מנת ליצור שדות מגנטיים חזקים, כמו אלה שבהם משתמשים במכשירי MRI, מאיצי חלקיקים וכן הלאה. אבל אנחנו גם יכולים לאגור אנרגיה בעזרת מוליכי-על, כיוון שאין לנו פיזור של האנרגיה.
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.
ואנחנו יכולים לייצר כבלי חשמל, שיעבירו זרמים אדירים של חשמל בין תחנות כח. תארו לעצמכם שיכולתם לגבות תחנת כח בעזרת כבל יחיד של מוליך-על. אך מהו העתיד של ריחוף קוואנטי ונעילה קוואנטית? ובכן, תנו לי לענות לשאלה הזו על ידי דוגמה. דמיינו שיהיה לכם דיסק דומה למה שיש לי כאן ביד, בקוטר שבעה וחצי סנטימטר, עם הבדל אחד. שכבת מוליך-העל, במקום להיות בעובי של חצי מיקרון, תהיה בעובי שני מילימטרים, די דק. השכבה הזו, בעובי שני מילימטרים של מוליך-על, תוכל להרים 1,000 קילוגרמים, מכונית קטנה, ביד שלי. מדהים. תודה רבה.
(Applause)
(מחיאות כפיים)