Boaz Almog "levitates" a superconductor

بواز آلماگ" شناوری " یک ابر رسانا

Translator: Morton Bast Reviewer: Thu-Huong Ha

Translator: soheila Jafari Reviewer: Hamid Shafiezadeh

The phenomenon you saw here for a brief moment

پدیده ای را که در اینجا برای زمان کوتاهی میبینید کوانتوم شناور و یا کوانتومی قفلی نامیده می شود.

is called quantum levitation and quantum locking.

پدیده ای را که در اینجا برای زمان کوتاهی میبینید کوانتوم شناور و یا کوانتومی قفلی نامیده می شود.

And the object that was levitating here

شي که در اینجا شناوره ابر رسانا نامیده میشود.

is called a superconductor.

شي که در اینجا شناوره ابر رسانا نامیده میشود.

Superconductivity is a quantum state of matter,

ابر رسانا یک موقعیت کوانتومی از یک ماده است، و این فقط در زیر درجه حرارت بحرانی( درجه حرارتی که گاز تحت فشار به مایع تبدیل میشود،در اینصورت به ابر رسانا تبدیل میشود) است.

and it occurs only below a certain critical temperature.

ابر رسانا یک موقعیت کوانتومی از یک ماده است، و این فقط در زیر درجه حرارت بحرانی( درجه حرارتی که گاز تحت فشار به مایع تبدیل میشود،در اینصورت به ابر رسانا تبدیل میشود) است.

Now, it's quite an old phenomenon;

این پدیده نسبتا قدیمیست:

it was discovered 100 years ago.

حدود صد سال پیش کشف شد

However, only recently,

با این حال، تنها در این اواخر، با توجه به چندید پیشرفت تکنولوژیکی ، ما قادر به نشان دادن به کوانتوم شناور و یا کوانتومی قفلی هستیم..

due to several technological advancements,

با این حال، تنها در این اواخر، با توجه به چندید پیشرفت تکنولوژیکی ، ما قادر به نشان دادن به کوانتوم شناور و یا کوانتومی قفلی هستیم..

we are now able to demonstrate to you

با این حال، تنها در این اواخر، با توجه به چندین پیشرفت تکنولوژیکی ، ما قادر به نشان دادن به کوانتوم شناور و یا کوانتومی قفلی هستیم.

quantum levitation and quantum locking.

با این حال، تنها در این اواخر، با توجه به چندین پیشرفت تکنولوژیکی ، ما قادر به نشان دادن به کوانتوم شناور و یا کوانتومی قفلی هستیم.

So, a superconductor is defined by two properties.

ابر رساناها با دو مشخصه خاص تعریف میشوند.

The first is zero electrical resistance,

اولی مقاومت الکتریکی صفر، و دومی خروج از میدان مغناطیسیه از داخل ابر رساناهاست.

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

اولی مقاومت الکتریکی صفر، و دومی خروج از میدان مغناطیسیه از داخل ابر رساناهاست.

That sounds complicated, right?

به نظر پیچیده میاد. درسته؟

But what is electrical resistance?

اما مقاومت الکتریکی چیست؟

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

خُب الکتریسیته جریان الکترون ها در داخل یک ماده است.

And these electrons, while flowing,

و در حالی که این الترونها در جریانند ، آنها با اتم برخورد میکنند و با این برخورد آنها میزان معینی از انرژی را آزاد میکنند.

they collide with the atoms, and in these collisions

و در حالی که این الترونها در جریانند ، آنها با اتم برخورد میکنند و با این برخورد آنها میزان معینی از انرژی را آزاد میکنند.

they lose a certain amount of energy.

و در حالی که این الترونها در جریانند ، آنها با اتم برخورد میکنند و با این برخورد آنها میزان معینی از انرژی را آزاد میکنند.

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

و آنها این انرژی را بصورت گرما دفع میکنند، شما اثر آن را میدونید.

However, inside a superconductor there are no collisions,

ولیکن، در درون یک ابر رسانا هیچ برخوردی وجود ندارد، و هیچ انرژی اتلاف شده ای وجود ندارد .

so there is no energy dissipation.

ولیکن، در درون یک ابر رسانا هیچ برخوردی وجود ندارد، و هیچ انرژی اتلاف شده ای وجود ندارد .

It's quite remarkable. Think about it.

این بسیار فوق العاده است. در این مورد فکر کنید.

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

در فیزیک کلاسیک، همواره مقداری اصطکاک وجود داره، و بخش از انرژی از دست میرود.

But not here, because it is a quantum effect.

در اینجا نه، زیرا این یک اثر ونتیجه کوانتومیست.

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

اما این همه ماجرا نیست زیرا ابر رساناها میدان مغناطیسی را دوست ندارند.

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

بنابر این یک ابررسانا سعی میکند که از میدان مغناطیسی خارج شود.

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

بدین معنی که با یک جریان چرخشی انجام میشود.

Now, the combination of both effects --

ترکیب هر دو اثر-- خروج از میدان مغناطیسی و مقاومت الکتریکی صفر-- دقیقا یک ابر رسانا است.

the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --

ترکیب هر دو اثر-- خروج از میدان مغناطیسی و مقاومت الکتریکی صفر-- دقیقا یک ابر رسانا است.

is exactly a superconductor.

ترکیب هر دو اثر-- خروج از میدان مغناطیسی و مقاومت الکتریکی صفر-- دقیقا یک ابر رسانا است.

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

اما تصویر همواره بی نقص نیست ، شما این را میدونید، و گاهی اوقات رشته های مغناطیسی در ابر رسانا باقی می ماند.

and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.

اما تصویر همواره بی نقص نیست ، شما این را میدونید، و گاهی اوقات رشته های مغناطیسی در ابر رسانا باقی می ماند.

Now, under proper conditions, which we have here,

در شرایط مناسب، که ما در اینجا داریم، این رشته های میدان مغناطیسی میتوانند در درون ابر رسانا به دام بیفتند.

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

در شرایط مناسب، که ما در اینجا داریم، این رشته های میدان مغناطیسی میتوانند در درون ابر رسانا به دام بیفتند.

And these strands of magnetic field inside the superconductor,

و این رشته های میدان مغناطیسی درون این رساناها مجزا و گسسته شوند.

they come in discrete quantities.

و این رشته های میدان مغناطیسی درون این رساناها مجزا و گسسته شوند.

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

چرا؟ زیرا این یک پدیده کوانتومه. این فیزیک کوانتومیست.

And it turns out that they behave like quantum particles.

و این تبدیل به یک ذره کوانتومی میشود و مثل آن رفتار میکند.

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

در این فیلم، میتوانید جریان یک به یک این گسست را ببینید

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

و این رشته های میدان مغناطیسیست. اینها ذرات نیستند ولی مانند ذرات عمل میکنند.

but they behave like particles.

و این رشته های میدان مغناطیسیست. اینها ذرات نیستند ولی مانند ذرات عمل میکنند.

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

و به همین دلیله که ما به اینها اثر کوانتوم شناور و یا کوانتوم قفلی میگوئیم.

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

اما چه اتفاقی در این ابر رسانا میافته وقتی که ما اونها را درون یک میدان مغناطیسی میگداریم؟

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

خوب، اول اینکه رشته های میدان مغناطیسی در درون آنها باقی میماند، اما ابر رسانا دوست ندارند مه اینها در اطراف بچرخند، زیرا این حرکات انرژی آزاد میکنه.

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

خوب، اول اینکه رشته های میدان مغناطیسی در درون آنها باقی میماند، اما ابر رسانا دوست ندارند مه اینها در اطراف بچرخند، زیرا این حرکات انرژی آزاد میکنه.

because their movements dissipate energy,

خوب، اول اینکه رشته های میدان مغناطیسی در درون آنها باقی میماند، اما ابر رسانا دوست ندارند مه اینها در اطراف بچرخند، زیرا این حرکات انرژی آزاد میکنه.

which breaks the superconductivity state.

خوب، اول اینکه رشته های میدان مغناطیسی در درون آنها باقی میماند، اما ابر رسانا دوست ندارند که اینها در اطراف بچرخند، زیرا این حرکات انرژی آزاد میکنه.

So what it actually does, it locks these strands,

خُب کاری که این در وقع انجام میده، رشته ها را فقل میکنه، که بهشون فلوکیسیژن میگن و این این فلکسیژنها را در اینجا قفل میکند.

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

خُب کاری که این در وقع انجام میده، رشته ها را فقل میکنه، که بهشون فلوکیسیژن میگن و این این فلکسیژنها را در اینجا قفل میکند.

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

با انجام اینکار، کاری که در واقع انجام میده خودش را در این مکان قفل میکنه.

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

چرا؟ چونکه هر حرکتی از ابر رساناها مکان آنها را تغییر میدهد، پیکربندی و ترکیب آنها را عوض میکند.

will change their configuration.

چرا؟ چونکه هر حرکتی از ابر رساناها مکان آنها را تغییر میدهد، پیکربندی و ترکیب آنها را عوض میکند.

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

خُب ما کانتوم قفل شده را دیدیم اجازه بدید بهتان نشان بدهم که این چگونه کار میکنه.

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

من در اینجا یک ابر رسانا دارم ، که خوب بسته بندی شده و برای مدت کافی سرد باقی میمونه.

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

هنگامی که آن را روی ُهنربای معمولی قرار میدهم، این در هوا میمونه.

it just stays locked in midair.

هنگامی که آن را روی ُهنربای معمولی قرار میدهم، این در هوا میمونه.

(Applause)

( تشویق تماشا گران)

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

این فقط یک شناور و جدایی بین دو جسم نیست.

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

من میتونم فکلوژن را مجددا تنطیم کنم، و این میتوونه در موقعیت جدید فقل بشه.

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

مثل این، و یا کمی بطرف چپ و راست حرکت بدهم.

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

خُب این کوانتوم قفلی است-- در واقع در سه بعد ابر رسانا قفل میشود .

Of course, I can turn it upside down,

البته، میتونم این را وارونه کنم، و این قفل شده باقی میمونه.

and it will remain locked.

البته، میتونم این را وارونه کنم، و این قفل شده باقی میمونه.

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

حال ما متوجه شدیم که چیزی که شناور نامیده شده بود در واقع قفل شده است.

Yeah, we understand that.

بله، ما این را فهمیدم

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

متعجب نشوید از اینکه بشنوید اگر من این آهن ربا گرد را بردارم ، در این میدان مغناطیسی که گرد مانند است

in which the magnetic field is the same all around,

متعجب نشوید از اینکه بشنوید اگر من این آهن ربا گرد را بردارم ، در این میدان مغناطیسی که گرد مانند است

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

این ابر رسانا قادر خواهد بود که آزادانه در پیرامون محورهای آهن ربا بچرخه.

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

چرا؟ چونکه تا زمانی که این بچرخه، قفل باقی می مونه.

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

آیا میبینید؟ من میتونم این را ابر رسانا را تنظیم و بچرخونم.

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

اصطکاکی نداریم . و هنوز هم شناور است و آزادانه میتواند حرکت کند.

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

خُب، ما کوانتوم قفلی داریم و میتونیم اون را بر بالای این آهنربا شناور کنیم.

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

اما در یک دیسکی شبیه به این چند تا رشته مغناطیسی و چند تا فلوکیسیژن وجود داره؟

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

خوب، ما می میتونیم این رامحاسبه کنیم، و معلوم میشه خیلی زیادند.

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

یک صد میلیارد رشته از میدان مغناطیسی در یک دیسک سه اینچی وجود داره.

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

اما، این هنوز بخش فوق العاده اون نیست زیرا چیز دیگری در این هست که هنوز به شما نگفتم.

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

بله، بخش فوق العاده اون اینه که این ابر رسانا که در اینجا اونا میبینید فقط نیم میکرون ضخامت دارد. این بسیار بسیار نازکه.

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

بله، بخش فوق العاده اون اینه که این ابر رسانا که در اینجا اونا میبینید فقط نیم میکرون ضخامت دارد. این بسیار بسیار نازکه.

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

این لایه نیم میکرونی قادره که وزنی بیش از ۷۰ِ۰۰۰ مرتبه از خودش بیشتر را شناور نگه داره.

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

و این اثر بسیار بسیار قابل توجهیست. این بسیار قویست.

Now, I can extend this circular magnet,

حال میتونم این آهن ربا گرد را و به هر اندازه ای که میخواهم، گسترش دهم.

and make whatever track I want.

حال میتونم این آهن ربا گرد را و به هر اندازه ای که میخواهم، گسترش دهم.

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

برای مثال، میتونم یک ریل بزرگ گرد اینجا بسازم.

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

وقتی که این ابر رسانا را در بالا این ریل قرار دهم، این آزادانه حرکت میکند.

it moves freely.

وقتی که این ابر رسانا را در بالا این ریل قرار دهم، این آزادانه حرکت میکند.

(Applause)

( تشویق تماشاگران)

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

و دوباره، این همه اون نیست.من میتونم محل قرار گرفتن این راتنظیم کنم و این بچرخه

and it freely moves in this new position.

و این ازادانه در این موقعیت هم بچرخه.

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

حتی میتونم چیز جدید را امتحان کنم؛ اجازه بدید که این را برای اولین بار امتحان کنم.

I can take this disk and put it here,

من میتونم این دیسک را بردارم و اینجا بگذارم، در حالی که این در همین محل باقی میمونه.-- حرکت نکن--

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

من میتونم این دیسک را بردارم و اینجا بگذارم، در حالی که این در همین محل باقی میمونه.-- حرکت نکن--

I will try to rotate the track,

سعی میکنم که مسیر چرخش را عوض کنم، و خوشبختانه ، اگر این را من به درستی انجام داده باشم، در معلق باقی می مونه.

and hopefully, if I did it correctly,

سعی میکنم که مسیر چرخش را عوض کنم، و خوشبختانه ، اگر این را من به درستی انجام داده باشم، در معلق باقی می مونه.

it stays suspended.

سعی میکنم که مسیر چرخش را عوض کنم، و خوشبختانه ، اگر این را من به درستی انجام داده باشم، در معلق باقی می مونه.

(Applause)

( تشویق تماشاگران)

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

میبینید که این کوانتوم قفلی است نه شناور.

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

در حالی من میذارم که این کمی بیشتر بچرخه اجازه بدید که کمی درباره ابر رساناها بگویم.

let me tell you a little bit about superconductors.

در حالی من میذارم که این کمی بیشتر بچرخه اجازه بدید که کمی درباره ابر رساناها بگویم.

Now -- (Laughter) --

حالا-- ( خنده تماشاگران)--

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

خُب حالا ما می دونیم که ما قادریم که مقدار عظیمی از جریان داخل ابر رساناها را انتقال دهیم.

so we can use them to produce strong magnetic fields,

خُب ما میتونیم از این برای ساخت میدان مغناطیسی قوی استفاده کنیم، مثل نیاز به دستگاه MRI( تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی)، شتاب دهنده ذرات و چیزهایی مشابه این.

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

خُب ما میتونیم از این برای ساخت میدان مغناطیسی قوی استفاده کنیم، مثل نیاز به دستگاه MRI( تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی)، شتاب دهنده ذرات و چیزهایی مشابه این.

But we can also store energy using superconductors,

اما ما میتونیم انرژی ذخیره برای ابررساناها استفاده کنیم زیرا ما هیچ اصطکاکی نداریم.

because we have no dissipation.

اما ما میتونیم انرژی ذخیره برای ابررساناها استفاده کنیم زیرا ما هیچ اصطکاکی نداریم.

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

ما میتونیم کابل های قدرت نیز برای انتقال مقدار عظیم جریان الکتریسیته از نیروگاه ها تولید کنیم.

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

تصور کنید که شما بتونید که یک نیروگاه برق را با فقط یک ابررسانا پشتیبانی کنید.

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

اما آینده کوانتوم شناور و کوانتوم قفلی چیست؟

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

خوب اجازه دهید تا این سوال ساده را با یک مثال به شما جواب دهم.

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

تصور کنید که شما یک دیسک شبیه به دیسکی که در دست دارم داشته باشید، به قطر سه اینچ، با یک تفاوت.

three-inch diameter, with a single difference.

تصور کنید که شما یک دیسک شبیه به دیسکی که در دست دارم داشته باشید، به قطر سه اینچ، با یک تفاوت.

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

لایه ابر رسانا، به جای اینکه به نازکی نیم میکرونی باشد به نازکی دو میلیمتر ضخامت باشد باز هم بسیار نازکه.

being two millimeters thin, quite thin.

لایه ابر رسانا، به جای اینکه به نازکی نیم میکرونی باشد به نازکی دو میلیمتر ضخامت باشد باز هم بسیار نازکه.

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

این لایه به ضخامت دو میلیمتری میتونه ۱ِ۰۰۰ کیلو گرم را، یک اتومبیل کوچک را، در دستم نگه دارد.

Amazing. Thank you.

این فوق العاده است. متشکرم

(Applause)

( تشویق تماشاگران)