Boaz Almog "levitates" a superconductor

Translator: Morton Bast Reviewer: Thu-Huong Ha

المترجم: Fady Alshaar المدقّق: Anwar Dafa-Alla

The phenomenon you saw here for a brief moment

إن الظاهرة التي رأيتموها هنا لبرهةٍ

is called quantum levitation and quantum locking.

تدعى الرفع الكمّيّ، و التثبيت الكمّيّ

And the object that was levitating here

و المادة التي كانت تطفو في الهواء هنا

is called a superconductor.

تدعى الموصل الفائق.

Superconductivity is a quantum state of matter,

إن الموصلية الفائقة هي عبارة عن حالةٍ كمّيةٍ للمادة،

and it occurs only below a certain critical temperature.

و هي تحدث فقط تحت درجة حرارةٍ معينةٍ

Now, it's quite an old phenomenon;

و هي عبارةٌ عن ظاهرةٍ قديمةٍ جداً؛

it was discovered 100 years ago.

حيث تم اكتشافها منذ 100 عامٍ مضت.

However, only recently,

و لكن مؤخرا فقط

due to several technological advancements,

و نظراً للتقدّم التقنيّ المتعدد

we are now able to demonstrate to you

أصبح بإمكاننا أن نوضّح لكم

quantum levitation and quantum locking.

ظاهرة الرفع الكميّ و التثبيت الكميّ.

So, a superconductor is defined by two properties.

إذا فإن موصلاً فائقاً يُعرّف بخاصيتين.

The first is zero electrical resistance,

الأولى هي المقاومة الكهربائية المعدومة،

and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.

و الثانية هي طرد المجال المغناطيسي من البنية الداخلية للموصل الفائق.

That sounds complicated, right?

هذا يبدو معقداً، أليس كذلك؟

But what is electrical resistance?

ولكن ماهي المقاومة الكهربائية؟

So, electricity is the flow of electrons inside a material.

حسنٌ، الكهرباء هي عبارةٌ عن تدفقٍ للإلكترونات داخل مادةٍ ما.

And these electrons, while flowing,

و هذه الالكترونات و بينما تتدفق،

they collide with the atoms, and in these collisions

تصطدم بالذرات، و في هذه التصادمات

they lose a certain amount of energy.

تخسر الإلكترونات كمّاً معيناً من الطاقة.

And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.

حيث تقوم بتبديد هذه الطاقة على شكل حرارة، جميعكم يعلم هذا التأثير.

However, inside a superconductor there are no collisions,

و لكن من ناحية أخرى، فإن داخل الموصل الفائق لايوجد تصادمات،

so there is no energy dissipation.

و كنتيجة لذلك فلا يوجد إصدارٌ حراريٌّ.

It's quite remarkable. Think about it.

و هذا أمر هامٌّ جداً، تمعنوا في الأمر.

In classical physics, there is always some friction, some energy loss.

في الفيزياء التقليدية، يوجد دائما احتكاك، و بالنتيجة يوجد بعض الهدر الحراري.

But not here, because it is a quantum effect.

و لكن ليس في هذه الحالة، لأن هذا التأثير عبارةٌ عن تأثيرٍ كميٍّ.

But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.

و لكن ذلك ليس كلّ شيءٍ، لأن الموصلات الفائقة لا تحبذ الحقول المغناطيسية.

So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,

و بهذا فإن موصلاً فائقاً سيحاول قذف الحقل المغناطيسي بعيداً من داخله،

and it has the means to do that by circulating currents.

و لديه القدرة على فعل ذلك عن طريق التيارات الدائرية.

Now, the combination of both effects --

التوليفة ما بين كلا التأثيرين

the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --

طرد الحقول المغناطيسية و المقاومة الكهربائية المعدومة

is exactly a superconductor.

تشكل ما يدعى بالموصل االفائق.

But the picture isn't always perfect, as we all know,

و لكن الصورة ليست دائماً مثاليةً، كما نعلم جميعنا،

and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.

فأحياناً تبقى خطوط من الحقول المغناطيسية داخل الموصل الفائق.

Now, under proper conditions, which we have here,

و في الشروط المناسبة، و التي لدينا هنا،

these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.

هذه الخطوط من الحقول المغناطيسية يمكن أن تُؤسَر داخل الموصل الفائق.

And these strands of magnetic field inside the superconductor,

و هذه الخطوط من الحقول المغناطيسية

they come in discrete quantities.

تأتي على هيئة كمّاتٍ منفصلةٍ.

Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.

لماذا؟ لأنها تعتبر ظاهرةً كميةً، إنها فيزياء الكمّ.

And it turns out that they behave like quantum particles.

و كنتيجةٍ لذلك، فإن هذه الخطوط تسلك سلوك الجزيئات الكميّة.

In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.

في هذا العرض البصري، يمكنكم رؤية كيفية تدفق خطوط الحقول المغناطيسية واحدةً تلو الأخرى بشكلٍ منفصلٍ.

This is strands of magnetic field. These are not particles,

هذه عبارة عن خطوط الحقول المغناطيسية، إنها ليست جزيئات.

but they behave like particles.

و لكنها تسلك سلوك الجزيئات.

So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.

لهذا السبب نطلق على هذا التأثير اسم الرفع الكمّيّ، و التثبيت الكمّيّ.

But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?

و لكن ما الذي يحدث للموصل الفائق عندما نضعه في حقلٍ مغناطيسيٍّ؟

Well, first there are strands of magnetic field left inside,

حسنٌ، بدايةً توجد خطوطٌ للحقل المغناطيسي بقيت في الداخل،

but now the superconductor doesn't like them moving around,

و لكن الموصل الفائق لا يحبذ فكرة حركتها في داخله،

because their movements dissipate energy,

لأن حركة الخطوط تلك تنشر طاقةً،

which breaks the superconductivity state.

الأمر الذي يوقف حالة الموصلية الفائقة.

So what it actually does, it locks these strands,

و ما يقوم به الموصل حقاً، هو أسرُ هذه الخطوط،

which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.

و التي تدعى الفلاكسنات، حيث يقوم الموصل بأسر هذه الفلاكسونات في موضعها.

And by doing that, what it actually does is locking itself in place.

و بالقيام بهذا العمل، يقوم الموصل أيضاً بتثبيت نفسه في موضعه.

Why? Because any movement of the superconductor will change their place,

لماذا؟ لأن أيّ حركةٍ من الموصل الفائق سيؤدي لتغيير موضع تلك الخطوط،

will change their configuration.

مؤدياً لتغيير شكلها أيضاً.

So we get quantum locking. And let me show you how this works.

و بهذا نحصل على ظاهرة التثبيت الكمّيّ، و دعوني أوضح لكم كيف تعمل.

I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.

لدي هنا موصلٌ فائقٌ، قمت بلفه ليبقى بارداً لزمنٍ طويلٍ.

And when I place it on top of a regular magnet,

و عندما أضعه فوق مغناطيسٍ عاديٍّ،

it just stays locked in midair.

يبقى معلقاً في الهواء.

(Applause)

(تصفيق)

Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.

هذه فقط ظاهرة الرفع الكمّيّ، و هو ليس عبارةٌ عن تنافرٍ.

I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.

أستطيع إعادة ترتيب الفلاكسونات، حيث سيتم تثبيت الموصل في هذا الشكل الجديد.

Like this, or move it slightly to the right or to the left.

على هذا النحو، أو بتحريكه قليلا إلى اليمين أو اليسار.

So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.

إذا هذه هي ظاهرة التثبيت الكميّ، تثبيتٌ فعليٌّ، بأبعاده الثلاثة للموصل الفائق.

Of course, I can turn it upside down,

بالطبع، يمكنني أن أقلبه رأساً على عقب،

and it will remain locked.

و سيبقى مثبتاً.

Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,

الآن، الآن استوعبنا ما هو الرفع الكميّ و ما هو التثبيت الكميّ،

Yeah, we understand that.

نعم، لقد استوعبنا ذلك.

You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,

و لن تكونوا على درجة من الدهشة إذا علمتم أني إذا أخذت هذا المغناطيس الدائري،

in which the magnetic field is the same all around,

و الذي يولد حقلاً مغناطيسياً متساوياً في جميع الاتجاهات،

the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.

فإن الموصل الفائق سيكون بمقدوره الدوران بحريةٍ حول محور المغناطيس.

Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.

لماذا؟ لأنه طالما استمر بالدوران، فإن التثبيت يبقى محافظاً على قيمته.

You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.

هل ترون؟ بإمكاني تعديل و تدوير الموصل الفائق.

We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.

لدينا هنا حركةٌ دونما احتكاك، و يبقى محلقاً، و لكن يمكنه التحرك بحريةٍ في كلّ مكانٍ.

So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.

لدينا تثبيتٌ كمّيٌّ و بإمكاننا رفعه فوق هذا المغناطيس.

But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?

و لكن كم من الفلاكسونات، كم من خطوط الحقل المغناطيسي يوجد في قرص واحد كهذا القرص؟

Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.

حسنٌ، يمكننا احتسابها، معطيةً رقماً كبيراً جداً.

One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.

مائة مليار خطّ حقلٍ مغناطيسيٍّ في هذا القرص ذو قطر الثلاثة إنشات.

But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.

و لكن هذا ليس هو الأمر المذهل حتى الآن، لأن ثمة أمراً لم أخبركم به بعد.

And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here

نعم الأمر الأكثر إدهاشاً أن هذا الموصل الفائق الذي ترونه هنا

is only half a micron thick. It's extremely thin.

يبلغ من السماكة نصف مايكرون فقط، إنه رقيق إلى حدّ كبيرٍ.

And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.

و هذه الطبقة الشديدة الرقة قادرةٌ على رفع أكثر من 70،000 من مثل وزنها.

It's a remarkable effect. It's very strong.

وهذا تأثيرٌ غايةٌ في الروعة، فهو شديد القوة.

Now, I can extend this circular magnet,

الآن أستطيع تمديد هذا المغناطيس الدائري،

and make whatever track I want.

و صنع أي مسارٍ أرغبه،

For example, I can make a large circular rail here.

على سبيل المثال، يمكنني صنع سكةٍ دائريةٍ كبيرةٍ هنا،

And when I place the superconducting disk on top of this rail,

و عندما أضع القرص الفائق الموصلية فوق هذه السكة،

it moves freely.

فإنها تتحرك بحريةٍ.

(Applause)

(تصفيق)

And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,

و مرة أخرى، هذا ليس كلّ شيءٍ، أستطيع تعديل موقعه على هذا النحو، و تدويره،

and it freely moves in this new position.

و بحريةٍ سوف يتحرك في هذا الاتجاه.

And I can even try a new thing; let's try it for the first time.

و بإمكاني أن أجرّب أمراً جديداً؛ فلنجربه للمرة الأولى.

I can take this disk and put it here,

يمكنني أن آخذ هذا القرص و أضعه هنا،

and while it stays here -- don't move --

و بينما يبقى هنا--لا تتحرك--

I will try to rotate the track,

سأحاول تدوير المسار،

and hopefully, if I did it correctly,

على أمل أني قد فعلتها بشكلٍ صحيحٍ،

it stays suspended.

لا يزال مثبتاً.

(Applause)

(تصفيق)

You see, it's quantum locking, not levitation.

ترون، هذا هو التثبيت الكمّيّ، و ليس الرفع.

Now, while I'll let it circulate for a little more,

الآن، بينما أدعه يدور لبرهة،

let me tell you a little bit about superconductors.

دعوني أخبركم قليلاً عن الموصلات الفائقة.

Now -- (Laughter) --

الآن -- (ضحك) --

So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,

نعلم الآن أنه بمقدورنا أن ننقل كميةً هائلةً من التيار داخل الموصل الفائق،

so we can use them to produce strong magnetic fields,

و بهذا نستطيع أن نستخدمها لإنتاج حقولٍ مغناطيسيةٍ قويةٍ،

such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.

كتلك التي تحتاجها أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي، أو مسرعات الجزيئات و ما إلى ذلك من هذا القبيل.

But we can also store energy using superconductors,

و لكن يمكننا أيضاً تخزين الطاقة باستخدام الموصلات الفائقة،

because we have no dissipation.

لأن التشتت الحراري معدوم.

And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.

و بإمكاننا أيضاً إنتاج أسلاك طاقةٍ، لنقل كميّاتٍ هائلةٍ من التيار بين محطات الطاقة،

Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.

تصوروا أنه يمكنكم أن تدعموا محطة طاقةٍ واحدةٍ بسلك مفردٍ فائق الموصلية.

But what is the future of quantum levitation and quantum locking?

و لكن ما هو مستقبل الرفع الكمّيّ، و التثبيت الكمّيّ؟

Well, let me answer this simple question by giving you an example.

حسنٌ، دعوني أجيب عن هذا السؤال البسيط بمثالٍ أُدرِجه لكم.

Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,

تصوروا أن لديكم قرصاً شبيهاً بهذا الموجود في يدي،

three-inch diameter, with a single difference.

بقطر ثلاثة إنشات، مع فارقٍ واحدٍ.

The superconducting layer, instead of being half a micron thin,

طبقة الموصل الفائق بدلاً من أن تكون بسماكة نصف مايكرون،

being two millimeters thin, quite thin.

فلتكن بسماكة ميليمترين، ما يعتبر ثخيناً جداً.

This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.

هذه الطبقة فائقة الموصلية ذات الميليمترين سماكة يمكنها أن تحمل 1,000 كيلوغرام ما يمثل سيارةً صغيرةً، بيدي.

Amazing. Thank you.

أمرٌ مذهلٌ، شكراً لكم.

(Applause)

(تصفيق)