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.
Zjawisko, które przed chwilą widzieliście nazywane jest lewitacją kwantową lub uwięzieniem kwantowym. A ten przedmiot, który przed chwilą lewitował, nazywany jest nadprzewodnikiem. Nadprzewodnictwo to kwantowy stan materii, który występuje jedynie poniżej pewnej temperatury krytycznej.
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.
Zjawisko to jest znane od dawna. Odkryto je 100 lat temu. Ale dopiero teraz, dzięki postępowi techniki, możemy wam pokazać lewitację kwantową i uwięzienie kwantowe.
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.
Nadprzewodniki charakteryzują dwie właściwości. Pierwsza to całkowity brak oporu elektrycznego. Druga natomiast to wypieranie pola magnetycznego z wnętrza nadprzewodnika. Brzmi zawile? Ale czym jest opór elektryczny? Elektryczność to przepływ elektronów wewnątrz tworzywa. Płynąc, elektrony zderzają się z atomami, w wyniku czego tracą pewną ilość energii. Jak wiecie, utracona energia ulega rozproszeniu pod postacią ciepła. W nadprzewodniku jednak nie dochodzi do zderzeń. ani też do rozproszenia energii.
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.
To niewiarygodne. Zastanówcie się. W fizyce klasycznej, zawsze występuje tarcie, następuje utrata energii. Nie w tym przypadku. Mowa tutaj o efekcie kwantowym. Do tego, nadprzewodniki nie przepadają za polem magnetycznym. Usiłują wyprzeć pole od wewnątrz, co jest możliwe dzięki wykorzystaniu prądów wirowych. Gdy wystepują oba te zjawiska, czyli wypieranie pola magnetycznego i brak oporu elektrycznego, mamy do czynienia z nadprzewodnikiem.
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.
Jednak, jak wiecie, nic nie jest idealne i czasem pasma pola magnetycznego zostają w nadprzewodniku. W odpowiednich warunkach, takich jakie mamy tutaj, możemy uwięzić te pasma wewnątrz nadprzewodnika. Ilość pasm pola magnetycznego w nadprzewodniku zawsze stanowi wartość dyskretną. Dlaczego? Gdyż jest to zjawisko kwantowe. To właśnie fizyka kwantowa. Okazuje się, że te pasma zachowują się jak cząstki kwantowe.
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.
Na tym filmie widać, że płyną pojedynczo. Są to pasma pola magnetycznego, nie cząstki. A jednak zachowują się jakby były cząstkami. Dlatego właśnie, ten efekt nazywany jest lewitacją kwantową i uwięzieniem kwantowym.
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.
Jak zachowa się nadprzewodnik, jeśli umieścimy go wewnątrz pola magnetycznego? Wewnątrz nadprzewodnika wciąż są pasma pola magnetycznego i ruch tych pasm nagle zaczyna mu przeszkadzać, ponieważ prowadzi do rozproszenia energii, co niweczy zjawisko nadprzewodnictwa. Więc nadprzewodnik blokuje te pasma, czyli fluksony, zatrzymując je w jednym miejscu. W efekcie, unieruchamia sam siebie. A to dlatego, że najmniejszy nawet ruch nadprzewodnika zmieniłby położenie i konfigurację pasm.
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.
W ten sposób uzyskujemy uwiezięnie kwantowe. Pokażę wam, jak to działa. To właśnie jest nadprzewodnik. Zawinąłem go, żeby się nie nagrzał. Teraz umieszczę go nad zwykłym magnesem. I tak oto nadprzewodnik zawisł w powietrzu.
(Applause)
(Brawa)
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.
To nie jest po prostu lewitacja, ani też odpychanie. Jeśli zmienię ułożenie fluksonów, nadprzewodnik zablokuje się w takim np. położeniu. Możemy nim też poruszać, trochę na lewo albo na prawo. Tak właśnie wygląda uwięzienie kwantowe. Możemy uwięzić nadprzewodnik w 3 wymiarach. Mogę go oczywiście obrócić, a i tak pozostanie uwięziony.
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.
Skoro już wiecie, że ta tzw. lewitacja to tak naprawdę uwięzienie, co teraz wydaje się jasne, to nie zaskoczy was, że jeśli użyję okrągłego magnesu, w którym pole magnetyczne jest takie samo na całej powierzchni, nadprzewodnik zacznie swobodnie obracać się wokół osi magnesu. Dzieje się tak, ponieważ dopóki się obraca, doputy uwięzienie pozostaje zachowane. Jak widzicie, mogę ruszać i obracać nadprzewodnikiem, który porusza się nie wytwarzając tarcia. Wciąż lewituje, ale może swobodnie się poruszać.
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.
Więc nadprzewodnik jest w stanie uwięzienia kwantowego i może unosić się nad magnesem. Ale ile fluksonów, ile pasm magnetycznych, znajduje się w takim krążku? Jeśli to policzymy, to okaże się, że całkiem sporo. W tym 8 cm krążku mieści się 100 mld pasm pola magnetycznego.
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.
Ale nawet nie to jest najbardziej zaskakujące. Opowiem wam coś jeszcze lepszego. Najbardziej niesamowite jest, że ten nadprzewodnik ma tylko pół mikrona grubości. Jest niesamowicie cienki. Tak cienka warstewka jest w stanie unieść ciężar 70.000 razy większy od swojej wagi. To niesamowity efekt. Bardzo silny.
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.
Mogę rozciągnąć ten okrągły magnes i stworzyć taki tor, jaki tylko zechcę. Na przykład, mogę zrobić duży, okrągły tor. Jeśli umieszczę nad nim krążek nadprzewodzący, zacznie poruszać się swobodnie.
(Applause)
(Brawa)
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.
Ale to jeszcze nie koniec. Mogę zmienić jego położenie w ten sposób i obracać nim, a on będzie swobodnie się poruszał w nowym położeniu. Może nawet spróbuję czegoś całkiem nowego. Robię to po raz pierwszy. Wezmę krążek i umieszczę go tutaj. Niech tu zostanie - nie ruszaj się - a ja w tym czasie spróbuję obrócić tor. Jeśli dobrze to zrobiłem, krążek będzie dalej się unosił.
(Applause)
(Brawa)
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.
Już wiecie, że to uwięzienie kwantowe, nie lewitacja. Pozwólcie, że podczas gdy mój nadprzewodnik będzie się kręcił, opowiem wam trochę o nadprzewodnikach. Tak więc... (Śmiech) Wiemy już, że nadprzewodniki mogą przewodzić ogromne ilości prądu. A to oznacza, że można dzięki nim uzyskać silne pola magnetyczne, niezbędne np. w aparatach do rezonansu magnetycznego, w akceleratorach cząstek, itd. W nadprzewodnikach możemy też przechowywać energię, ponieważ nie ma zjawiska rozproszenia.
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.
Moglibyśmy też wyprodukować kable przewodzące ogromne ilości prądu między elektrowniami. Wyobraźmy sobie, że zasilanie awaryjne elektrowni mógłby zapewnić jeden nadprzewodzący kabel. Jak wygląda przyszłość lewitacji kwantowej i uwięzienia kwantowego? Pozwólcie, że podam przykład. Wyobraźcie sobie krążek podobny do tego, 8 cm średnicy. Ale jedna rzecz go odróżnia. Warstwa nadprzewodnika nie ma pół mikrona grubości, tylko 2 mm. Wciąż niewiele. Taka 2 mm warstwa nadprzewodnika pozwoliłaby mi unieść 1,000 kg, czyli niewielki samochód, w dłoni. Nieprawdopodobne. Dziękuję.
(Applause)
(Brawa)