Boaz Almog "levitates" a superconductor

ボアズ・アルモグが超伝導体を浮遊させる

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2012-07-02 ・ TED


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ボアズ・アルモグが超伝導体を浮遊させる

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下の英語字幕をダブルクリックすると動画を再生できます。

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Translator: Morton Bast Reviewer: Thu-Huong Ha
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翻訳: Yuki Okada 校正: Akiko Hicks
00:25
The phenomenon you saw here for a brief moment
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25012
4318
ほんの一瞬 ご覧になられた現象は
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
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29330
6389
量子浮揚と量子固定と呼ばれています
00:35
And the object that was levitating here
3
35719
3889
ここに浮遊していた物体は
00:39
is called a superconductor.
4
39608
2001
超電導体と呼ばれるものです
00:41
Superconductivity is a quantum state of matter,
5
41609
5592
超電導では 物質は量子状態にあり
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
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47201
4257
特定の臨界温度以下でしか この現象は起きません
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Now, it's quite an old phenomenon;
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51458
2346
これ自体は昔から知られた現象です
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it was discovered 100 years ago.
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53804
1766
100年前に発見されました
00:55
However, only recently,
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55570
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しかし 最近の
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due to several technological advancements,
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57696
2362
いくつかの技術の進歩によって
01:00
we are now able to demonstrate to you
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60058
2672
こうやって皆さんに
01:02
quantum levitation and quantum locking.
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62730
3746
量子浮揚と量子固定について 披露できるようになりました
01:06
So, a superconductor is defined by two properties.
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66476
5845
超電導体は2つの特性によって定義されます
01:12
The first is zero electrical resistance,
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72321
3456
一つ目は電気抵抗がゼロであること
01:15
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
15
75777
6889
二つ目は超電導体の内部から 磁界を排除することです
01:22
That sounds complicated, right?
16
82666
2895
複雑に聞こえますよね
01:25
But what is electrical resistance?
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85561
2872
では 電気抵抗とは何でしょうか?
01:28
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
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88433
6249
電気とは 物質の中の電子の流れです
01:34
And these electrons, while flowing,
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94682
3349
これらの電子が流れる中で
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they collide with the atoms, and in these collisions
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98031
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原子と衝突しますが この衝突によって
01:40
they lose a certain amount of energy.
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2216
いくらかエネルギーを失います
01:42
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
22
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5601
このエネルギーはご存知のように 熱という形で消失します
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However, inside a superconductor there are no collisions,
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5919
しかし 超電導体の中では 衝突は起きないのです
01:54
so there is no energy dissipation.
24
114455
4692
従って エネルギーの消失もありません
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
25
119147
2981
驚くべきことです 考えてみてください
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
26
122128
5079
古典物理学では なんらかの摩擦に伴う エネルギーの消失があります
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
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127207
4038
しかし ここではそれはありません これは量子効果だからです
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
28
131276
8686
それだけではありません 超伝導体は磁界を好まないため
02:19
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
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139962
4317
循環電流によって
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
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144279
6123
内部から磁界を排除しようとします
02:30
Now, the combination of both effects --
31
150402
2990
このように二つの現象の組み合わせである
02:33
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
32
153392
6000
磁界の排除と 電気抵抗がゼロの状態となることによって
02:39
is exactly a superconductor.
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159392
3168
超伝導体となるのです
02:42
But the picture isn't always perfect, as we all know,
34
162560
4216
しかし ご存知のように 物事はそう簡単ではありません
02:46
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
35
166776
7385
たまに 磁界の一部である磁束が 超伝導体内に残ってしまう場合があります
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
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174161
3654
ここにあるような適切な条件化の中で
02:57
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
37
177815
5090
超伝導体の内部の磁束を 閉じ込めることができます
03:02
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
38
182905
6257
このような超伝導体内部の磁束は
03:09
they come in discrete quantities.
39
189162
2845
離散的な量で存在します
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
40
192007
3646
なぜでしょうか?量子現象だからです 量子物理学ではこうなるからです
03:15
And it turns out that they behave like quantum particles.
41
195653
3850
そしてこれらはまるで 量子粒子のように振る舞います
03:19
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
42
199503
5579
この動画では 離散的に それぞれどのように流れるか確認できます
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
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205082
3893
これが磁束です これらは粒子ではありませんが
03:28
but they behave like particles.
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208975
4295
粒子のように振る舞います
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
45
213270
4194
そのためこのような現象を 量子浮遊と量子固定と呼ぶのです
03:37
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
46
217464
6063
それでは磁界の中へ超伝導体を 入れると どうなるでしょうか?
03:43
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
47
223527
4585
内部には残った磁束がありますが
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
48
228112
4120
超伝導体は これらが動くのを嫌います
03:52
because their movements dissipate energy,
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232232
3448
磁束が動くと エネルギーが発散され
03:55
which breaks the superconductivity state.
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235680
2946
超伝導性が失われてしまうからです
03:58
So what it actually does, it locks these strands,
51
238626
4358
実際には フラクソンと呼ばれる
04:02
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
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242984
5752
これらの鎖が固定化されるのです
04:08
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
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248736
6288
それによって 超伝導体自体が その場所に固定されます
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
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255024
9216
なぜでしょう? 超伝導体が動くとフラクソンの
04:24
will change their configuration.
55
264240
1807
配置を変化させることになるからです
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
56
266047
5297
これによって量子固定が発生します ではこの様子をご紹介します
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
57
271344
5760
ここに 低温状態を保つために 包んだ超伝導体があります
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
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277104
4464
通常の磁石の上に乗せると
04:41
it just stays locked in midair.
59
281568
3872
このように空中に留まるのです
04:45
(Applause)
60
285440
4065
(拍手)
04:49
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
61
289505
4046
これはただの浮遊でも 反発でもありません
04:53
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
62
293551
5121
フラクソンの位置を変えることで 新しい位置に固定することができます
04:58
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
63
298672
4024
このように 右や左に ずらすこともできます
05:02
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
64
302696
7751
これが量子固定です 超伝導体を実際に3次元で固定しているのです
05:10
Of course, I can turn it upside down,
65
310447
2160
もちろん上下逆に することも可能です
05:12
and it will remain locked.
66
312607
2906
そして そのまま固定されます
05:15
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
67
315513
9222
この浮遊現象が 実は 固定現象であることだと理解いただけたので
05:24
Yeah, we understand that.
68
324735
4314
ええ 理解しましたよね
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
69
329049
4262
磁界が均一な状態にある
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
70
333311
3968
このリング状の磁石に対して
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
71
337279
5936
超伝導体はこの磁石の軸を元に 自由に回転することが可能だと聞いても 驚きはないでしょう
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
72
343215
6024
なぜでしょうか? なぜなら 回転している間は 固定化が維持されるからです
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
73
349239
6026
この様に超伝導体を ちょっと動かし 回転させることもできます
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
74
355265
6662
摩擦の全くない運動です 浮遊していますが くるくる動き回ることができます
06:01
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
75
361927
9280
これが量子固定で この磁石の上を浮遊させることができます
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
76
371207
6496
それではこの一枚のディスクにどれほどの フラクソン つまり磁束が存在しているのでしょうか?
06:17
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
77
377703
2881
これは計算可能で かなり多く 存在していることがわかります
06:20
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
78
380584
7368
この7.5センチ程のディスク内に 千億もの磁束が存在しているのです
06:27
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
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387952
4104
実はまだ皆さんにご紹介していない 驚くべきことがあります
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
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392056
5616
驚くべきことに ご覧になっている超伝導体の
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is only half a micron thick. It's extremely thin.
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397672
7525
厚さはとても薄く たったの0.5ミクロンしかありません
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
82
405197
9562
この非常に薄い層が 自らの重さの7万倍以上の重量を 浮遊させることができるのです
06:54
It's a remarkable effect. It's very strong.
83
414759
5833
驚異的な現象であり 大変強力です
07:00
Now, I can extend this circular magnet,
84
420592
3577
この円状の磁石を大きくして
07:04
and make whatever track I want.
85
424169
4781
自由な線路を作る事が可能です
07:08
For example, I can make a large circular rail here.
86
428950
3929
例えば このような大きな円状の線路を 作ることができます
07:12
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
87
432879
6883
この上に超伝導体を乗せると
07:19
it moves freely.
88
439762
4109
このようの自由に動きます
07:23
(Applause)
89
443871
9381
(拍手)
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
90
453252
4741
これだけではありません 位置を調節して回すことで
07:37
and it freely moves in this new position.
91
457993
6441
新しい位置を保って動きまわります
07:44
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
92
464434
4438
ここで今までやったことがない 新しいことを行ってみましょう
07:48
I can take this disk and put it here,
93
468872
5944
このディスクをここに乗せて
07:54
and while it stays here -- don't move --
94
474816
2984
ここに留まっている間に ー 動かないで ー
07:57
I will try to rotate the track,
95
477800
6558
線路をひっくり返してみます
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
96
484358
2299
うまくいけば
08:06
it stays suspended.
97
486657
2143
ぶら下がった状態を保つでしょう
08:08
(Applause)
98
488800
9449
(拍手)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
99
498249
6841
これが量子固定です 浮遊ではありません
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
100
505090
4135
しばらくグルグルと回っている間に
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
101
509225
3703
超伝導体についてもう少し説明しましょう
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Now -- (Laughter) --
102
512928
5546
それでは ー(笑)ー
08:38
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
103
518474
7023
このように 超伝導体の内部にとてつもない量の 電流を送り込むことができることが分かっています
08:45
so we can use them to produce strong magnetic fields,
104
525497
5223
これらを使ってMRIや量子加速装置のための
08:50
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
105
530720
5186
強力な磁界を発生させたりすることができます
08:55
But we can also store energy using superconductors,
106
535906
4560
また 超伝導体を使えば エネルギーを損失させずに
09:00
because we have no dissipation.
107
540466
1889
貯蔵することもできます
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
108
542355
7182
更に 発電所間で膨大な量のエネルギーを 送る送電線を作る事もできるでしょう
09:09
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
109
549537
9006
発電所一個分の電力をたった一本の 超伝導体製の送電線でバックアップできることを 想像してみてください
09:18
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
110
558543
4476
量子浮遊や量子固定の未来は どうなるでしょうか?
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
111
563019
7139
この単純な質問に対して 一つ例を出しましょう
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
112
570158
6413
ここにあるディスクと同じようなものがあるとします
09:36
three-inch diameter, with a single difference.
113
576571
3879
直径7.5センチ程のものですが 一つ違う点があります
09:40
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
114
580450
5185
超伝導体における層の厚みは 0.5ミクロンの薄さである代わりに
09:45
being two millimeters thin, quite thin.
115
585635
3088
2ミリの薄さだとします それでもかなり薄いです
09:48
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
116
588723
10735
この2ミリの超伝導体の層は 1000キロ分支えられるので この手のひらで小さな車を 支えることができるのです
09:59
Amazing. Thank you.
117
599458
3296
驚くべきことです ありがとうございました
10:02
(Applause)
118
602754
15080
(拍手)
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