Boaz Almog "levitates" a superconductor

Translator: Morton Bast Reviewer: Thu-Huong Ha

번역: YeJe Park 검토: K Bang

The phenomenon you saw here for a brief moment

잠시동안 관찰하신 이 현상은

is called quantum levitation and quantum locking.

양자 부상과 양자 고정(locking)이라고 불립니다.

And the object that was levitating here

공중부양을 하고 있는

is called a superconductor.

이 물체는 초전도체라고 불리지요.

Superconductivity is a quantum state of matter,

초전도 현상은 물질의 양자역학적 상태로

and it occurs only below a certain critical temperature.

온도가 특정한 수준 이하로 낮아져야만 나타날 수 있습니다.

Now, it's quite an old phenomenon;

이 현상은 사실 100년전에 발견된

it was discovered 100 years ago.

오랜동안 알려져 있던 현상입니다.

However, only recently,

하지만, 겨우 근래에 들어서야

due to several technological advancements,

여러 기술의 진보에 의해

we are now able to demonstrate to you

이렇게 여러분에게

quantum levitation and quantum locking.

양자 부상과 양자 고정을 시연해드릴 수 있게 되었습니다.

So, a superconductor is defined by two properties.

초전도체는 두가지의 성질들로 정의될 수 있습니다.

The first is zero electrical resistance,

첫 성질은 전류의 흐름에 대항하는 저항이 없고,

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

둘째로 자기장을 초전도체 내부로부터 완전히 밀어내는 성질이 있습니다.

That sounds complicated, right?

복잡하게 들리시죠?

But what is electrical resistance?

하지만 전기 저항이 무엇인가요?

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

전류는 물체 안에서 일어나는 전자들의 흐름입니다.

And these electrons, while flowing,

그리고 이 전자들이 흐르는 도중

they collide with the atoms, and in these collisions

물체를 이루고 있는 원자들과 충돌하고, 이 충돌의 결과로

they lose a certain amount of energy.

전자들은 일정량의 에너지를 잃게됩니다.

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

그리고 이 에너지는 열로 변환되어 외부로 소실됩니다. 이 효과는 익히 알고 계실겁니다.

However, inside a superconductor there are no collisions,

하지만, 초전도체 내부에서는 전자의 충돌이 일어나지 않습니다.

so there is no energy dissipation.

그래서 에너지의 소실도 없지요.

It's quite remarkable. Think about it.

생각해보면, 아주 놀라운 효과입니다.

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

고전 물리에서는, 어느 역학 과정에나 항상 마찰이 존재하고, 에너지 소실이 뒤따릅니다.

But not here, because it is a quantum effect.

하지만, 우리가 보고 있는 현상은 양자 물리 효과입니다.

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

게다가, 그게 다가 아닙니다. 초전도체들은 자기장을 싫어하기 때문이죠.

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

그래서, 초전도체는 자기장을 내부로 부터 밀쳐내려 합니다,

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

그러기 위해 초전도체는 순환전류를 생성해냅니다.

Now, the combination of both effects --

이제, 이 두 효과 :

the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --

자기장을 밀어내는 성질과 전기 저항이 없는 상태의 조합이

is exactly a superconductor.

초전도체를 정의합니다.

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

하지만, 이 설명이 항상 완벽하지는 않습니다.

and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.

종종 자기선들이 초전도체의 내부에 남아있기도 하기 때문입니다.

Now, under proper conditions, which we have here,

우리가 여기 마련한 것 같이, 적절한 환경에선

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

이 자기선들은 초전도체 내에 갇히게 됩니다.

And these strands of magnetic field inside the superconductor,

그리고 초전도체 내부의 이 자기선들은

they come in discrete quantities.

서로 떨어져 분리된 상태로 생겨납니다.

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

왜 그럴까요? 양자 역학적 현상이기 때문입니다. 양자 물리로 설명가능하죠.

And it turns out that they behave like quantum particles.

그리고 초전도체를 관통하는 자기선들은 입자처럼 움직인다는 것이 밝혀졌습니다.

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

이 영상에서, 자기선이 개개로 관통하여 어떻게 흐르는지 볼 수 있습니다.

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

이것들은 자기선입니다. 입자들이 아닙니다.

but they behave like particles.

하지만 입자처럼 행동하죠.

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

이것이 바로 우리가 이 효과를 "양자" 부상과 "양자" 고정이라고 부르는 이유입니다.

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

만약 초전도체를 자기장 속에 넣으면 어떤 일이 벌어질까요?

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

우선, 내부에 남아있는 자기선들이 있죠.

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

하지만, 초전도체는 이 자기선들이 돌아다니는 것을 싫어하죠.

because their movements dissipate energy,

이 자기선들의 움직임이 에너지 소실을 일으키고,

which breaks the superconductivity state.

그 결과 초전도 상태가 깨질 수 있기 때문입니다.

So what it actually does, it locks these strands,

그래서, 초전도체는 자기선속양자(fluxon) 라고 불리는

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

자기선들을 그 자리에 고정시킵니다,

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

그 결과, 초전도체 자체가 한 자리에 고정됩니다.

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

왜 그럴까요? 초전도체를 조금만 움직여도 자기장에 대한 자신의 위치를 바꿀 것이고,

will change their configuration.

그리고, 자기선의 배열을 바꿀 것이기 때문입니다.

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

이로써, 양자 고정 현상이 생깁니다. 이것들이 어떻게 일어나는지 시범을 보여드리겠습니다.

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

우선 여기, 낮은 온도를 충분히 유지하기 위해 포장한 초전도체가 잇습니다.

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

이 초전도체를 일반 자석 위에 올려놓으면

it just stays locked in midair.

공중에 고정되어 가만히 있습니다.

(Applause)

(박수)

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

하지만, 이것은 단지 공중부양이 아닙니다. 단지 반발작용인 것이 아닙니다.

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

자기선속양자들을 재배열하면, 초전도체는 그 배열을 유지하려 합니다.

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

이렇게, 아니면 오른쪽, 왼쪽으로 조금 움직여 놓을 수 있습니다.

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

그래서, 이 현상을 양자 고정이라 부릅니다. 말그대로, 초전도체의 3차원적 위치를 고정시킬수 있습니다.

Of course, I can turn it upside down,

물론, 뒤집어 놓을 수도 있습니다,

and it will remain locked.

그러면 초전도체는 고정된 체 그대로 있죠.

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

이제, 우리는 흔히 공중부양이라고 부르는 이것이 사실은 고정 현상이라는 것을 보았습니다.

Yeah, we understand that.

예, 우리는 이 현상을 이해하고 있습니다.

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

이제 여러분은, 제가 균등한 자기장을 갖는

in which the magnetic field is the same all around,

이 원형 자석위에 초전도체를 올려놓으면

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

자석의 축을 중심으로 자유롭게 회전할 것이라는 것에 놀라지 않을 것입니다.

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

왜 그럴까요? 회전하는 동안, 자기선속양자의 배열이 유지되기 때문입니다.

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

보이시나요? 이렇게 초전도체를 약간 조정할수도 있고 회전시킬 수도 있습니다.

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

이 움직임은 마찰이 없습니다. 공중부양중에도 자유롭게 움직일 수 있습니다.

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

이처럼, 우리는 양자 고정 현상을 관찰할 수 있습니다.

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

그렇다면, 몇 개의 자기선속양자가, 몇 개의 자기선들이, 이 하나의 원반을 관통하고 있을까요?

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

물론, 우리는 이론적으로 계산을 할 수 있습니다. 그리고, 엄청나게 많은 수라는 사실이 드러났죠.

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

천억개의 자기선들이 이 3인치(4.8cm) 짜리 원반을 통과합니다.

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

하지만 그게 놀라운 부분은 아닙니다. 제가 말씀드리지 않은 것이 있거든요.

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

예, 놀라운 사실은 여기 보고 계시는 초전도체는

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

겨우 0.5 마이크론 (백만분의 1 미터)의 두께를 가지고 있습니다. 이것은 극도로 얇습니다.

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

그리고 이 극도록 얇은 원반은 자체의 무게보다 7 만배 더 무거운 물체를 부상시킬수 있습니다.

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

정말 놀라운 효과이죠. 엄청나게 강력합니다.

Now, I can extend this circular magnet,

이제, 우리는 이 원형 자석의 크기를 늘릴 수 있습니다.

and make whatever track I want.

그리고 우리가 원하는 형태의 트랙을 만들 수 있죠.

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

예를 들어, 우리는 이 커다란 원형 선로를 만들 수 있습니다.

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

그리고, 이 선로위에 초전도체 원반을 올려 놓으면

it moves freely.

자유롭게 움직입니다.

(Applause)

(박수)

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

그리고, 여전히, 이게 다가 아닙니다. 위치를 이렇게 조정해서 회전시킬 수도 있습니다.

and it freely moves in this new position.

그러면 초전도체는 이 새로운 위치에서 자유롭게 움직입니다.

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

이제 새로운 것도 시도할 수 있습니다; 이건 처음으로 시도해 보려는 겁니다.

I can take this disk and put it here,

원반을 집어서, 여기에 놓고,

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

이렇게 남겨져있는 동안 -- 움직이지마--

I will try to rotate the track,

제가 이렇게 트랙을 뒤집어 놓을 수도 있습니다.

and hopefully, if I did it correctly,

그리고 바라건데, 제가 옳게 했다면,

it stays suspended.

초전도체는 매달린 체 남아있습니다.

(Applause)

(박수)

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

보시다시피, 이것은 공중부양이 아닌 양자 고정입니다.

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

이제, 잠시 돌고 있도록 두고,

let me tell you a little bit about superconductors.

초전도체에 대해 조금 말씀드리고자 합니다.

Now -- (Laughter) --

이제 -- (웃음) --

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

우리는 엄청난 양의 전류를 초전도체 내부에 순환시킬 수 있다는 것을 알고 있습니다.

so we can use them to produce strong magnetic fields,

그래서 이를 통해 강력한 자기장을 생성해 낼 수 있습니다.

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

이 강력한 자기장은 MRI 에도 필요하고, 입자가속기 등등에도 필요합니다.

But we can also store energy using superconductors,

무엇보다도, 우리는 초전도체에 에너지를 저장해 놓을 수도 있습니다.

because we have no dissipation.

에너지 소실이 일어나지 않기 때문이죠.

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

우리는 전력 케이블을 초전도체로 만들어, 막대한 양의 전류를 발전소 간 전송에 이용 할 수도 있습니다.

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

우리는 한 발전소가 생산하는 전기량을 단 하나의 초전도 케이블에 저장하는 것을 상상할 수도 있습니다.

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

그렇다면, 양자 부상과 양자 고정의 미래는 어떨까요?

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

자, 이 간단한 질문을 예를 통해 대답해 드리겠습니다.

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

제가 손에 들고 있는 지름 3인치(약5cm) 원반과 비슷한

three-inch diameter, with a single difference.

하지만 한 가지 차이점이 있는 원반을 생각해보세요.

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

0.5 마이크론의 초전도체층 대신,

being two millimeters thin, quite thin.

2 밀리미터의 초전도체층을 갖고 있다 한다면, 굉장히 얇죠,

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

이 2 밀리미터 두께의 초전도체는 천 킬로그렘의 물체, 작은 차를 제 손 위에 부상시킬 수 있습니다.

Amazing. Thank you.

엄청나죠. 감사합니다.

(Applause)

(박수)