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.
Hiện tượng rất ngắn bạn đang thấy ở đây được gọi là đệm lượng tử và khoá lượng tử. Và vật đang bay ở đây được gọi là chất siêu dẫn. Hiện tượng siêu dẫn là một trạng thái lượng tử của vật chất và nó chỉ xảy ra khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn. Hiện tượng này không có gì mới mẻ;
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.
được phát hiện 100 năm trước. Tuy nhiên, mãi đến gần đây, nhờ vào một vài tiến bộ trong công nghệ, chúng tôi mới có thể biểu diễn cho bạn xem thế nào là đệm lượng tử và khoá lượng tử. Chất siêu dẫn được xác định bởi hai đặc tính.
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.
Một là điện trở bằng không, và hai là từ trường bị đẩy ra khỏi chất siêu dẫn. Nghe có vẻ phức tạp quá, đúng không? Nhưng điện trở là gì? Điện là dòng dịch chuyển electron bên trong vật chất. Và electron, khi dịch chuyển, va chạm với các nguyên tử, làm thất thoát năng lượng, năng lượng mất mát tỏa ra dưới dạng nhiệt năng và các bạn đều biết hiệu ứng này. Tuy nhiên, bên trong chất siêu dẫn không có va chạm, do đó, không có sự mất mát năng lượng.
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.
Nó khá độc đáo. Nghĩ thử xem. Trong vật lý cổ điển, luôn có ma sát và mất mát năng lượng. Ở đây hoàn toàn không có những điều đó, vì nó là hiệu ứng lượng tử. Nhưng đó chưa phải tất cả, vì chất siêu dẫn không thích từ trường, nên nó sẽ cố đẩy từ trường ra khỏi nó, và nó xảy ra được là nhờ các dòng mặt (siêu dòng). Sự kết hợp của cả hai hiệu ứng -- sự đẩy từ trường ra bên ngoài và điện trở bằng không -- chính là thứ tạo thành chất siêu dẫn.
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.
Nhưng thực tế, không phải lúc nào nó xảy ra chính xác như vậy như ta biết, đôi khi, một số đường sức từ còn sót lại bên trong chất siêu dẫn. Ở điều kiện xác định, như ta có ở đây, những đường sức từ này có thể bị giam trong chất siêu dẫn. Và những đường sức từ bên trong chất siêu dẫn, tồn tại dưới dạng lượng tử (hạt). Tại sao? Vì nó là hiện tượng lượng tử, vật lý lượng tử.
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.
Và thực tế, nó hoạt động như các hạt trong vật lí lượng tử. Trong đoạn phim này, bạn có thể thấy chúng di chuyển như những hạt riêng lẻ. Đây là những đường sức từ, không phải là các hạt, nhưng nó hoạt động như các hạt.
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.
Đây là lý do ta gọi hiệu ứng này là đệm lượng tử và khoá lượng tử. Nhưng điều gì xảy ra với chất siêu dẫn khi ta đặt nó vào một từ trường? Đầu tiên, vài đường sức từ sót lại bên trong chất siêu dẫn, nhưng chất siêu dẫn không muốn chúng di chuyển lung tung, vì chuyển động của chúng gây mất mát năng lượng, làm phá vỡ trạng thái siêu dẫn. Nên chất siêu dẫn khoá các đường sức từ được gọi là fluxon này lại, và giữa chúng ở yên một chỗ. Làm như thế, nó tự cố định chính nó. Vì sao? Vì bất kì chuyển động nào của chất siêu dẫn sẽ làm thay đổi vị trí và cách sắp xếp bên trong nó.
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.
Nhờ vậy ta có hiện tượng khoá lượng tử. Để tôi chỉ cho bạn thấy cách hoạt động nó. Ở đây, tôi có một chất siêu dẫn, đã được bọc lại để giữ lạnh. Khi tôi đặt nó lên trên một nam châm thường,
(Applause)
nó được giữ cố định giữa không trung.
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.
(Vỗ tay) Không chỉ có sự nâng lên, không chỉ là lực đẩy. Tôi có thể tái phân bố các fluxon, và nó sẽ bị khóa theo một cách khác. Như thế này, hoặc đẩy nó sang trái hay sang phải một chút. Đây là khoá lượng tử -- khoá thật sự chất siêu dẫn theo cả ba chiều. Dĩ nhiên, tôi có thể lật ngược lại, và nó vẫn bị khoá như vậy.
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.
Giờ ta hiểu sự nâng lên này thực chất là sự khoá. Phải, ta hiểu điều đó. Bạn sẽ không ngạc nhiên khi nghe tôi lấy nam châm tròn này, từ trường bên trong nam châm là từ trường đều, chất siêu dẫn có thể xoay tự do quanh trục nam châm. Vì sao? Vì chừng nào nó còn xoay, chừng đó sự khoá chặt vẫn được duy trì. Bạn thấy không? Tôi có thể điều chỉnh vị trí của nó, và làm nó xoay. Ta có chuyển động không ma sát.
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.
Nó vẫn đang lơ lửng, đồng thời chuyển động tự do trên nam châm. Vậy ta có khoá lượng tử và có thể nâng nó lơ lửng trên nam châm. Nhưng có bao nhiêu fluxon, bao nhiêu đường sức từ trong một đĩa như thế này? Đây là điều ta có thể tính được, và kết quả là rất nhiều. Một trăm tỉ đường sức từ
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.
nằm trong chiếc đĩa ba inch (7.62cm) này. Nhưng đó chưa phải là điều tuyệt vời nhất, vì còn một điều tôi vẫn chưa nói với bạn. Và, phải, điều tuyệt vời là chất siêu dẫn bạn thấy ở đây chỉ dày nửa micrômét (0.5x10^(-6)mét). Nó vô cùng mỏng. Và lớp màng mỏng này có khả năng nâng một vật có trọng lượng hơn 70.000 lần trọng lượng của nó. Một hiệu ứng rất đặc biệt. Rất mạnh.
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.
Tôi có thể thay nam châm tròn này thành bất kì loại đường ray nào tôi muốn. Ví dụ, ở đây, tôi có thể tạo ra một đường ray tròn lớn. Và khi tôi đặt đĩa siêu dẫn lên trên đường ray này, nó chuyển động tự do.
(Applause)
(Vỗ tay)
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.
Và, một lần nữa, đó chưa phải là tất cả. Tôi có thể điều chỉnh vị trí của nó như thế này, và xoay nó, và nó chuyển động tự do ở vị trí mới này. Và tôi thậm chí có thể thử vài điều mới; cùng thử làm điều này lần đầu nhé. Tôi có thể lấy cái đĩa này và đặt nó ở đây, và khi nó đang ở đây, chưa di chuyển, tôi sẽ cố xoay đường ray, và mong rằng nếu tôi làm đúng, nó vẫn được giữ tại đó.
(Applause)
(Vỗ tay)
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.
Bạn thấy đấy, nó là khoá lượng tử, không phải sự nâng lên. Giờ khi tôi cho nó xoay thêm một chút nữa, để tôi cho bạn biết thêm một vài điều về chất siêu dẫn. Bây giờ -- (Tiếng cười). Ta biết rằng có thể truyền tải dòng điện rất lớn bằng chất siêu dẫn. Và dùng chúng để tạo ra từ trường mạnh, cần trong máy chụp cộng hưởng từ, máy gia tốc hạt, vân vân. Ta cũng có thể dùng chất siêu dẫn để lưu trữ năng lượng, vì không có sự thất thoát năng lượng ở đây.
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.
Và ta cũng có thể sản xuất cáp siêu dẫn truyền tải lượng lớn điện năng giữa các trạm điện. Thử tưởng tượng bạn có thể truyền tải điện năng của một trạm điện chỉ với một sợi cáp siêu dẫn. Nhưng đâu mới là tương lai của đệm lượng tử và khoá lượng tử? Tôi sẽ trả lời câu hỏi đơn giản này bằng cách đưa ra một ví dụ. Hãy tưởng tượng bạn có một đĩa giống như cái đĩa trong tay tôi. có đường kính ba inch (7.62cm), nhưng có một điểm khác biệt. Lớp màng siêu dẫn này, thay vì dày nửa micrômét (0.5x10^(-6) m). thì lại dày hai milimet, cũng khá mỏng. Lớp màng siêu dẫn dày hai milimet này có thể nâng 1000 kilogram, bằng trọng lượng của một chiếc xe hơi nhỏ, đang nằm trong tay tôi. Thật tuyệt vời.
(Applause)
Cảm ơn các bạn.