Boaz Almog "levitates" a superconductor

Translator: Morton Bast Reviewer: Thu-Huong Ha

מתרגם: Orr Schlesinger מבקר: Ido Dekkers

The phenomenon you saw here for a brief moment

התופעה שראיתם כאן לרגע קצר

is called quantum levitation and quantum locking.

נקראת ריחוף ונעילה קוואנטית.

And the object that was levitating here

האובייקט שריחף כאן עכשיו

is called a superconductor.

נקרא מוליך-על.

Superconductivity is a quantum state of matter,

מוליכות על הינה מצב קוואנטי של חומר,

and it occurs only below a certain critical temperature.

שקורה רק מתחת לטמפרטורה קריטית כלשהיא.

Now, it's quite an old phenomenon;

זו תופעה דיי ישנה.

it was discovered 100 years ago.

גילו אותה בערך לפני מאה שנים.

However, only recently,

למרות זאת, רק לאחרונה,

due to several technological advancements,

תודות למספר התקדמויות טכנולוגיות,

we are now able to demonstrate to you

אנחנו יכולים להדגים לכם

quantum levitation and quantum locking.

ריחוף קוואנטי ונעילה קוואנטית.

So, a superconductor is defined by two properties.

אם כן, מוליך-על מוגדר על ידי שתי תכונות.

The first is zero electrical resistance,

הראשונה היא אפס התנגדות חשמלית,

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

והשניה היא הדחיה של שדה מגנטי מתוך החלק הפנימי של מוליך-העל.

That sounds complicated, right?

נשמע קצת מסובך, לא?

But what is electrical resistance?

מה היא התנגדות חשמלית?

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

זרם חשמלי הוא זרימה של אלקטרונים בתוך חומר.

And these electrons, while flowing,

האלקטרונים הללו, תוך כדי זרימה,

they collide with the atoms, and in these collisions

מתנגשים עם האטומים, ובהתנגשויות הללו

they lose a certain amount of energy.

הם מאבדים כמות מסויימת של אנרגיה.

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

האנרגיה הזאת מתפזרת בצורת חום, אתם מכירים את האפקט הזה.

However, inside a superconductor there are no collisions,

לעומת זאת, בתוך מוליך-על אין התנגשויות,

so there is no energy dissipation.

ולכן אין איבוד ופיזור של אנרגיה.

It's quite remarkable. Think about it.

זה דיי מרשים. תחשבו על זה.

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

בפיזיקה קלאסית, תמיד יש איזה שהוא חיכוך, איבוד אנרגיה כלשהוא.

But not here, because it is a quantum effect.

אבל לא כאן, בגלל האפקט הקוואנטי הזה.

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

אבל זה לא הכל, כיוון שמוליכי-על לא אוהבים שדות מגנטיים.

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

לכן מוליך-העל ינסה להוציא ולהרחיק את השדה המגנטי מתוכו,

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

והוא יכול לעשות זאת על ידי זרמים מעגליים.

Now, the combination of both effects --

השילוב של שני האפקטים הללו --

the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --

ההרחקה של השדה המגנטי וההתנגדות האפסית למעבר זרם חשמלי --

is exactly a superconductor.

היא בדיוק מוליך-על.

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

אבל התמונה לא תמיד מושלמת, כמו שאנחנו יודעים,

and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.

ולפעמים מספר גדילים של שדה מגנטי נשארים בתוך מוליך-העל.

Now, under proper conditions, which we have here,

תחת התנאים המתאימים, שיש לנו כאן,

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

הגדילים האלה של השדה המגנטי יכולים להילכד בתוך מוליך-העל.

And these strands of magnetic field inside the superconductor,

הגדילים האלה של השדה המגנטי בתוך מוליך-העל,

they come in discrete quantities.

באים בכמויות בדידות.

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

למה? בגלל שזו תופעה קוואנטית (מנתית). זו פיזיקה קוואנטית.

And it turns out that they behave like quantum particles.

ומתברר שהם מתנהגים כחלקיקים קוואנטים.

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

בסרט הזה כאן, אתם יכולים לראות איך הם זורמים אחד אחרי השני בצורה בדידה.

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

זהו גדיל של שדה מגנטי. אלו אינם חלקיקים,

but they behave like particles.

אולם הם מתנהגים כמו חלקיקים.

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

לכן, זו הסיבה שבגללה אנו קוראים לתופעה הזו "ריחוף קוואנטי ונעילה קוואטית".

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

אבל מה קורה למוליך-על כאשר אנו מניחים אותו בתוך שדה מגנטי?

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

ובכן, ישנם גדילים של השדה המגנטי שנשארים בפנים,

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

אבל מוליך-העל לא אוהב את הרעיון שהם מסתובבים שם,

because their movements dissipate energy,

בגלל שהתנועות שלהם גורמות לפיזור אנרגיה,

which breaks the superconductivity state.

שגורם לשבירה של המצב של מוליכות-העל.

So what it actually does, it locks these strands,

אז מה שהוא עושה, זה שהוא נועל את הגדילים הללו,

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

שנקראים שטפים (פלקסונים), הוא נועל אותם במקום.

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

ובכך שהוא עושה זאת, מה שהוא עושה בכך, זה שהוא נועל את עצמו במקום.

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

למה? כיוון שכל תנועה של מוליך-העל תשנה את מיקומם,

will change their configuration.

תשנה את ההיערכות שלהם.

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

אז אנחנו מקבלים נעילה קוואנטית. תנו לי להראות לכם כיצד זה עובד.

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

יש לי כאן מוליך-על, הוא עטוף על מנת שישאר קר מספיק זמן.

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

וכאשר אני מניח אותו מעל למגנט רגיל,

it just stays locked in midair.

הוא נשאר נעול במקומו באוויר.

(Applause)

(מחיאות כפיים)

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

זה לא רק ריחוף, זו לא רק דחייה.

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

אני יכול לסדר מחדש את הפלקסונים, והוא יהיה נעול במצב אחר.

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

ככה, או שאני אזיז אותו מעט לימין או לשמאל.

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

זאת נעילה קוואנטית -- זו למעשה נעילה -- נעילה תלת מימדית של המיקום של מוליך-העל.

Of course, I can turn it upside down,

כמובן, אני יכול להפוך אותו,

and it will remain locked.

והוא ישאר נעול במקומו.

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

עכשיו כשאנחנו מבינים שהריחוך הזה הוא בעצם נעילה,

Yeah, we understand that.

כן.. אנחנו מבינים את זה.

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

לא תהיו מופתעים לשמוע שאם אני אקח את המגנט המעגלי הזה,

in which the magnetic field is the same all around,

שבו השדה המגנטי הוא אחיד מסביב,

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

מוליך-העל יהיה חופשי להסתובב סביב הציר של המגנט.

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

למה? כיוון שכל עוד הוא מסתובב, הנעילה נשארת אותו דבר.

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

אתם רואים? אני יכול לכוון ולסובב את מוליך-העל.

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

אנחנו מקבלים תנועה ללא חיכוך. הוא עדיין מרחף אבל הוא יכול לנוע בחופשיות מסביב.

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

אז יש לנו נעילה קוואנטית ואנחנו יכולים לגרום לו לרחף מעל המגנט הזה.

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

אבל כמה פלקסונים, כמה גדילים מגנטיים יש בתוך דיסק אחד כזה?

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

ובכן, אנחנו יכולים לחשב את זה, ומסתבר, שיש דיי הרבה.

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

מאה מליארד גדילים של שדה מגנטי נמצאים בתוך הדיסק הזה בקוטר שבעה וחצי סנטימטר.

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

אבל זה עדיין לא הקטע המדהים, כיוון שיש משהו שעוד לא סיפרתי לכם.

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

הקטע המדהים הוא שמוליך-העל הזה שאתם רואים כאן

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

הוא בעובי של חצי מיקרון בסך הכל. זה דק מאוד.

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

והשכבה הדקה הזאת יכולה לרחף עם משקל שהוא פי 70,000 מהמשקל העצמי שלה.

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

זהו אפקט בלתי רגיל. זה מאוד חזק.

Now, I can extend this circular magnet,

עכשיו, אני יכול להרחיב את המגנט המעגלי הזה,

and make whatever track I want.

ולהפוך אותו לאיזה מסילה שאני רוצה.

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

למשל, אני יכול לבנות מסילה מעגלית גדולה.

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

וכאשר אני מניח את מוליך-העל על המסילה,

it moves freely.

הוא יכול לנוע בחופשיות.

(Applause)

(מחיאות כפיים)

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

ושוב, זה לא הכל, אני יכול לשנות את המצב שלו, ולסובב,

and it freely moves in this new position.

והוא ינוע בחופשיות במצבו החדש.

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

אני אפילו יכול לעשות משהו חדש. בואו ננסה את זה בפעם הראשונה.

I can take this disk and put it here,

אני יכול לקחת את הדיסק הזה ולשים אותו כאן,

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

וכאשר הוא נשאר במקומו -- אל תזוז --

I will try to rotate the track,

אני אנסה להפוך את המסילה,

and hopefully, if I did it correctly,

ובתקווה, אם אני עושה את זה נכון,

it stays suspended.

הוא נשאר תלוי.

(Applause)

(מחיאות כפיים)

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

אתם רואים, זאת נעילה קוואנטית, לא ריחוף.

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

בזמן שאני אתן לו להסתובב עוד קצת,

let me tell you a little bit about superconductors.

אני רוצה לספר לכם עוד קצת על מוליכי-על.

Now -- (Laughter) --

עכשיו -- (צחוק) --

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

עכשיו אנו יודעים שאנחנו יכולים להעביר כמויות אדירות של זרם בתוך מוליכי-על,

so we can use them to produce strong magnetic fields,

אז אנחנו יכולים להשתמש בהם על מנת ליצור שדות מגנטיים חזקים,

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

כמו אלה שבהם משתמשים במכשירי MRI, מאיצי חלקיקים וכן הלאה.

But we can also store energy using superconductors,

אבל אנחנו גם יכולים לאגור אנרגיה בעזרת מוליכי-על,

because we have no dissipation.

כיוון שאין לנו פיזור של האנרגיה.

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

ואנחנו יכולים לייצר כבלי חשמל, שיעבירו זרמים אדירים של חשמל בין תחנות כח.

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

תארו לעצמכם שיכולתם לגבות תחנת כח בעזרת כבל יחיד של מוליך-על.

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

אך מהו העתיד של ריחוף קוואנטי ונעילה קוואנטית?

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

ובכן, תנו לי לענות לשאלה הזו על ידי דוגמה.

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

דמיינו שיהיה לכם דיסק דומה למה שיש לי כאן ביד,

three-inch diameter, with a single difference.

בקוטר שבעה וחצי סנטימטר, עם הבדל אחד.

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

שכבת מוליך-העל, במקום להיות בעובי של חצי מיקרון,

being two millimeters thin, quite thin.

תהיה בעובי שני מילימטרים, די דק.

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

השכבה הזו, בעובי שני מילימטרים של מוליך-על, תוכל להרים 1,000 קילוגרמים, מכונית קטנה, ביד שלי.

Amazing. Thank you.

מדהים. תודה רבה.

(Applause)

(מחיאות כפיים)