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.
Феномен, который вы сейчас недолго наблюдали, называется квантовой левитацией и квантовым замком. А объект, который здесь левитировал, называется суперпроводником. Суперпроводимость — квантовое состояние материи (пятое состояние вещества), которое возникает только ниже определённой критической температуры.
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.
В общем-то, это достаточно известный феномен; он был открыт 100 лет назад. Но только недавно, в результате развития высоких технологий, мы можем теперь демонстрировать вам эффект квантовой левитации и квантового замка.
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.
Итак, суперпроводник определяется по двум свойствам: первое: нулевое сопротивление в электрическом поле, второе: выталкивание магнитного поля из себя (непроницаемость для магнитного поля). Сложно звучит, правда? Но что же такое электрическое сопротивление? Электричество — это поток электронов внутри материала. Эти электроны, пока движутся, сталкиваются с атомами и в результате таких коллизий, теряется определённое количество энергии. Электроны рассеивают эту энергию в виде тепла. Вы все знаете этот эффект. Тем не менее, внутри суперпроводника таких столкновений нет, поэтому нет потери энергии.
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.
Здорово, только подумайте об этом. В классической физике всегда существует трение, то есть потеря энергии. Но не в нашем случае, не при квантовом эффекте. И это ещё не всё: суперпроводники не любят магнитное поле. Следовательно, суперпроводник будет пытаться изгнать магнитное поле вон из себя, а делать это он будет путём циркуляции электрического тока. Вот и получается, слияние двух эффектов: непроницаемость для магнитного поля и нулевое сопротивление в электрическом поле — вот что такое есть суперпроводник.
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.
Но мы знаем, что идеальной картинки часто не получается, иногда линии магнитного поля остаются внутри суперпроводника. И при соответствующих условиях, которые у нас здесь есть, эти линии магнитного поля могут быть заперты внутри суперпроводника. Эти «нити» магнитного поля внутри суперпроводника дискретны (порционны). Почему? Потому что это и есть квантовый феномен. Квантовая физика. И получается, что ведут себя эти линии магнитного поля, как квантовые частицы.
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.
В клипе видно, как они движутся один за другим дискретно (порциями). Это — линии магнитного поля. Это не частицы, но ведут они себя, как частицы. Именно поэтому мы называем этот эффект квантовой левитацией и квантовым замком.
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.
Что же происходит с суперпроводником, когда мы помещаем его в магнитное поле? Ну, во-первых, силовые линии магнитного поля «сидят» внутри, а суперпроводник не хочет, чтобы они там двигались, потому что такое движение вызывает потерю энергии, а это нарушает состояние суперпроводимости. И суперпроводник блокирует эти силовые линии, которые называются флюксонами, то есть запирает (зажимает) флюксоны на месте. И делая это, он и себя фиксирует в постоянном состоянии. Почему? Потому что любое движение самого суперпроводника изменит и местоположение линий, изменит их конфигурацию.
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.
Так мы получаем квантовый замок. Позвольте покажу, как это работает. Вот у меня здесь суперпроводник, который я укутал , чтобы он оставался холодным. Когда я помещаю его над обыкновенным магнитом, он словно зависает в воздухе.
(Applause)
(Аплодисменты)
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.
И это не просто левитация. Это не просто отталкивание. Я могу поменять позицию флюксонов и снова он «замкнётся» в новом положении. Вот так, или чуть вправо, или влево... Квантовый замок — это фиксирование суперпроводника в трёхмерном пространстве. Конечно, я могу перевернуть его вверх ногами, и он останется зафиксированным.
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.
Только сейчас мы понимаем, что так называемая левитация... на самом деле является замком (сцеплением). Вы не удивитесь, узнав, что если я возьму этот круговой магнит, в котором магнитное поле одинаковое по кругу, что позволит суперпроводнику свободно вращаться по оси магнита. Почему? Потому что пока он вращается, сцепление (замок) остаётся неизменным. Видите? Я могу немного подправить его положение и снова раскрутить. У нас движение без трения. Он левитирует и свободно движется вокруг себя.
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.
Итак, у нас есть квантовый замок и левитация над данным магнитом. Но сколько там флюксонов, сколько линий магнитного поля внутри одного такого диска? Ну, можно посчитать, и получится достаточно много. Сто триллионов «нитей» магнитного поля внутри 7 сантиметрового диска .
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.
Но это ещё не самое занимательное, потому что я ещё не всё вам рассказал. А вот занимательная часть в том, что суперпроводник, который вы видите, толщиной только в полмикрона. Он очень тонкий. И эта очень тонкая пластина может выдержать нагрузку в 70 тысяч раз больше собственного веса. Это удивительный эффект. Очень он сильный.
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.
Я могу увеличить круговой магнит, и сделать из него любую конфигурацию. Например, могу сделать большую круглую железную дорогу. И когда я помещаю суперпроводник над этим рельсом, он свободно движется.
(Applause)
(Аплодисменты)
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.
И это ещё не всё. Я могу изменить его положение вот так и снова запустить по кругу, и он снова вращается и крутится в новом заданном положении. Я могу даже попробовать новую идею. Давайте попробуем. Это впервые. Я могу взять диск и подвесить его здесь, а пока он висит здесь... не двигайся... я попробую перевернуть рельсу, и, надеюсь, если я правильно все сделал, диск останется подвешенным.
(Applause)
(Аплодисменты)
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.
Видите, это квантовый замок, а не левитация. Пусть он покрутится ещё немного, а я ещё расскажу о суперпроводниках. Итак... (Смех) Мы теперь знаем, что можем закрыть огромное количество силовых линий полей внутри, это даёт нам возможность производить сильное магнитное поле, которое необходимо для магнитно-резонансной аппаратуры, для ускорителей частиц и прочее. Мы можем сохранять энергию, используя суперпроводники, потому что нет потери энергии.
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.
Может производить супер высоковольтные кабели, которые будут передавать электрический ток. Представьте, что можно обойтись одним суперпроводниковым кабелем, чтобы обеспечить работу всей электростанции. Но какое будущее у квантовой левитации и квантового замка? Позвольте мне ответить на этот вопрос примером. Представьте, что есть почти такой диск, как у меня в руке, 7 см в диаметре, но с одним отличием. Слой суперпроводимости вместо половины микрона толщиной будет два миллиметра, то есть достаточно большой. Этот двухмиллиметровый суперпроводниковый слой сможет выдержать нагрузку в тысячу кг, то есть маленькую машину, которую я смогу держать в руках. Поразительно. Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)