Boaz Almog "levitates" a superconductor

Translator: Morton Bast Reviewer: Thu-Huong Ha

Translator: PanaEk Warawit Reviewer: Unnawut Leepaisalsuwanna

The phenomenon you saw here for a brief moment

ปรากฎการณ์ที่คุณได้เห็นเมื่อครู่นี้

is called quantum levitation and quantum locking.

เรียกกันว่าการลอยตัวควอนตัม และการยึดตัวควอนตัม

And the object that was levitating here

และวัตถุที่ลอยตัวอยู่นี้

is called a superconductor.

เรียกว่า ตัวนำยิ่งยวด (superconductor)

Superconductivity is a quantum state of matter,

สภาวะตัวนำยิ่งยวด เป็นสภาวะของสารในระดับเล็กมากๆ

and it occurs only below a certain critical temperature.

และจะเกิดขึ้นภายใต้อุณหภูมิที่ต่ำถึงจุดหนึ่งเท่านั้น

Now, it's quite an old phenomenon;

นั่นเป็นปรากฎการณ์ที่ค่อนข้างเก่าแล้ว

it was discovered 100 years ago.

มันถูกค้นพบเมื่อ 100 ปีที่แล้ว

However, only recently,

อย่างไรก็ตาม เพิ่งจะเมื่อไม่นานมานี้เอง

due to several technological advancements,

ที่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีหลายๆ อย่าง

we are now able to demonstrate to you

ทำให้เราสามารถสาธิตปรากฎการณ์นี้ให้ชมได้

quantum levitation and quantum locking.

นั่นคือ การลอยตัวควอนตัม และการยึดตัวควอนตัม

So, a superconductor is defined by two properties.

สารตัวนำยิ่งยวด จะมีลักษณะสำคัญสองอย่าง

The first is zero electrical resistance,

อย่างแรกคือ สภาวะความต้านทานกระแสไฟฟ้าเป็นศูนย์

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

อย่างที่สองคือ การผลักดันสนามแม่เหล็กจากภายในตัวนำยิ่งยวด

That sounds complicated, right?

ฟังดูยุ่งยากใช่มั้ยครับ?

But what is electrical resistance?

ความต้านทานกระแสไฟฟ้าคืออะไร?

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

กระแสไฟฟ้า ก็คือการไหลของอิเล็กตรอนภายในสสาร

And these electrons, while flowing,

และในระหว่างที่อิเล็กตรอนไหลไปมานี้

they collide with the atoms, and in these collisions

มันจะชนเข้ากับอะตอมต่างๆ และจากการชนนี้เอง

they lose a certain amount of energy.

มันจะสูญเสียพลังงานไปบางส่วน

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

พลังงานที่เสียไปจะกระจายตัวไปในรูปของความร้อน ซึ่งคุณคงจะเคยเห็นผลแล้ว

However, inside a superconductor there are no collisions,

ภายในสารตัวนำยิ่งยวด จะไม่มีการชนกันของอิเล็กตรอนเลย

so there is no energy dissipation.

จึงไม่มีการสูญเสียพลังงานไป

It's quite remarkable. Think about it.

นั่นเป็นเรื่องที่ยอดเยี่ยมมาก

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

ในฟิสิกส์สมัยก่อน มักจะต้องมีแรงต้านอยู่เสมอ มีการสูญเสียพลังงาน

But not here, because it is a quantum effect.

แต่ปรากฎการณ์นี้เป็นผลในระดับควอนตัม จึงไม่เกิดขึ้น

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

ไม่ใช่แค่นั้น เพราะสารตัวนำยิ่งยวด ไม่ชอบสนามแม่เหล็ก

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

มันจึงพยายามที่จะผลักสนามแม่เหล็กออกจากตัว

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

และทำอย่างนั้นโดยการดันกระแสออกไปเป็นวง

Now, the combination of both effects --

การรวมตัวกันของปรากฎการณ์ทั้งสอง

the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --

การผลักสนามแม่เหล็ก และภาวะแรงต้านทานเป็นศูนย์นี้

is exactly a superconductor.

รวมกันเรียกได้ว่า ตัวนำยิ่งยวด

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

แต่คุณก็รู้ว่า บางทีอะไรๆ ก็ไม่ได้สมบูรณ์แบบไปเสียหมด

and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.

บางครั้งก็ยังคงมีสนามแม่เหล็กหลงเหลืออยู่ ภายในตัวนำยิ่งยวด

Now, under proper conditions, which we have here,

ภายใต้ภาวะบางอย่าง ที่เรามีอยู่ในตอนนี้

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

สนามแม่เหล็กที่หลงเหลืออยู่นี้ สามารถที่จะถูกกักขังอยู่ภายในตัวนำยิ่งยวดได้

And these strands of magnetic field inside the superconductor,

และสนามแม่เหล็กตกค้างเหล่านี้

they come in discrete quantities.

จะมีปริมาณแน่นอนอยู่จำนวนหนึ่ง

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

ทำไมหรือ ก็เพราะนี่เป็นปรากฎการณ์ระดับควอนตัม เป็นควอนตัมฟิสิกส์

And it turns out that they behave like quantum particles.

และกลายเป็นว่า สนามแม่เหล็กก็ทำตัวเป็นอนุภาคควอนตัมด้วย

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

ในคลิปนี้ คุณจะเห็นได้ว่า มันเคลื่อนที่ทีละก้อน

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

สิ่งเหล่านี้คือสนามแม่เหล็กที่เหลืออยู่ ไม่ใช่อนุภาคนะครับ

but they behave like particles.

แต่มันทำตัวเหมือนกับเป็นอนุภาค

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

และนี่คือสาเหตุที่เราเรียกมันว่า การลอยตัวควอนตัมและการยึดตัวควอนตัม

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

จะเกิดอะไรขึ้นกับตัวนำยิ่งยวด ถ้าเราเอามันไปอยู่ในสนามแม่เหล็ก

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

อย่างแรกเลยคือ มันมีสนามแม่เหล็กหลงเหลืออยู่ภายใน

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

และตัวนำยิ่งยวดไม่ชอบให้มันเคลื่อนที่ไปมา

because their movements dissipate energy,

เพราะการเคลื่อนไหวจะทำให้สูญเสียพลังงาน

which breaks the superconductivity state.

และทำให้เสียสภาวะตัวนำยิ่งยวดไป

So what it actually does, it locks these strands,

ดังนั้น มันจึงทำการยึดสนามแม่เหล็กพวกนั้นไว้

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

สนามแม่เหล็กตกค้างในตัวนำยิ่งยวดนี้ เรียกกันว่า ฟลักซอน

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

ฟลักซอนพวกนี้จะถูกยึดไว้อยู่กับที่

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

ทำไมน่ะหรือ ก็เพราะว่าการเคลื่อนที่

will change their configuration.

ของสารตัวนำยิ่งยวดจะทำให้มันเปลี่ยนสภาพไป

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

ดังนั้นเราจึงได้การยึดตัวควอนตัม ผมจะแสดงให้คุณดู

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

ผมมีตัวนำยิ่งยวดอยู่ชิ้นหนึ่ง ห่อไว้เพื่อจะคงความเย็นได้นาน

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

เมื่อผมวางมันลงบนแม่เหล็กธรรมดา

it just stays locked in midair.

มันจะถูกยึดตัวลอยค้างกลางอากาศ

(Applause)

(ปรบมือ)

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

มันไม่ใช่แค่การลอยตัวธรรมดา ไม่ใช่แค่แรงผลักเท่านั้น

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

ผมสามารถจัดเรียงฟลักซอนใหม่ และมันจะถูกยึดตัวไว้ในรูปแบบใหม่

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

แบบนี้ หรือย้ายมันไปทางซ้ายหรือขวา

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

และนี่คือการยึดตัวควอนตัม ซึ่งเป็นการล็อกสามมิติของตัวนำยิ่งยวด

Of course, I can turn it upside down,

แน่นอน ผมสามารถคว่ำมันแบบนี้

and it will remain locked.

และมันจะยังคงถูกยึดอยู่

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

ตอนนี้เราเข้าใจแล้วว่า สิ่งที่เรียกว่า การลอยตัวนั้น ความจริงคือการยึดตัว

Yeah, we understand that.

ครับ เราเข้าใจแล้ว

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

และคุณจะไม่ประหลาดใจถ้าผมจะใช้แม่เหล็กเป็นวงแบบนี้

in which the magnetic field is the same all around,

ซึ่งมีสนามแม่เหล็กลักษณะเดียวกันทั้งวง

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

ทำให้ตัวนำยิ่งยวดสามารถหมุนรอบแกนแม่เหล็กได้อย่างอิสระ

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

นั่นเป็นเพราะว่า ยังมีการยึดตัวอยู่ ในระหว่างที่มันกำลังหมุนเป็นวง

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

เห็นไหมครับ ผมสามารถที่จะปรับมุม และทำให้ตัวนำยิ่งยวดหมุนต่อไปได้

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

เป็นการเคลื่อนตัวที่ไร้แรงเสียดทาน ยังคงลอยตัวอยู่ แต่ก็เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ

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

เรามีการยึดตัวควอนตัม และทำให้มันลอยตัวอยู่เหนือแม่เหล็กนี้

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

แต่มันมีฟลักซอนอยู่มากแค่ไหนละ มีสนามแม่เหล็กตกค้างอยู่แค่ไหนในแผ่นแค่นี้

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

เราสามารถคำนวณได้ครับ และมันก็มีอยู่เป็นจำนวนมาก

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

มีจำนวนถึงหนึ่งแสนล้าน "ก้อน" ของแม่เหล็กในแผ่นขนาดสามนิ้วนี้

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

แต่นั่นยังไม่น่าประหลาดใจนักครับ ยังมีสิ่งที่ผมยังไม่ได้บอกคุณอยู่

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

ที่เจ๋งก็คือ ตัวนำยิ่งยวดที่คุณเห็นอยู่นี้

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

หนาเพียงแค่ครึ่งไมครอนเท่านั้น มันบางมากจริงๆ

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

และชั้นบางๆ นี้สามารถยกน้ำหนักให้ลอยตัวได้ถึง 70,000 เท่าของน้ำหนัก

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

เป็นปรากฎการณ์ที่เหลือเชื่อ มันแข็งแรงมาก

Now, I can extend this circular magnet,

ผมสามารถที่จะยืดขยายแม่เหล็กวงกลมนี้

and make whatever track I want.

และทำให้มันเป็นรางอย่างที่ผมต้องการ

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

ตัวอย่างเช่น ผมสามารถสร้างรางวงกลมขนาดใหญ่

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

และเมื่อวางแผ่นตัวนำยิ่งยวดลงไปบนราง

it moves freely.

มันจะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ

(Applause)

(ปรบมือ)

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

ไม่ใช่แค่นั้นนะครับ ผมสามารถที่จะปรับตำแหน่งของมัน อย่างนี้ แล้วก็หมุน

and it freely moves in this new position.

มันจะเคลื่อนที่ไปได้ในตำแหน่งใหม่

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

ผมสามารถลองทำสิ่งใหม่ๆ ได้ ลองทำอย่างนี้ดูกันดีกว่า

I can take this disk and put it here,

ผมสามารถเอาแผ่นตัวนำ วางไว้อย่างนี้

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

แล้วในขณะที่มันยังอยู่แบบนี้ อย่าไปไหนนะ

I will try to rotate the track,

ผมจะลองย้ายตัวรางดู

and hopefully, if I did it correctly,

และหวังว่า ถ้าผมทำมันได้ถูกต้อง

it stays suspended.

มันจะยังคงลอยค้างอยู่ได้

(Applause)

(ปรบมือ)

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

คุณเห็นแล้วใช่มั้ยครับ มันเป็นการยึดตัวควอนตัม ไม่ใช่การลอยตัว

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

ตอนนี้ ระหว่างที่ให้มันวนเป็นวงอยู่นี้

let me tell you a little bit about superconductors.

ผมจะเล่าให้คุณฟังเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวนำยิ่งยวด

Now -- (Laughter) --

เอาละ (หัวเราะ)

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

เรารู้แล้วว่า ตัวนำยิ่งยวดสามารถนำไฟฟ้าได้จำนวนมาก

so we can use them to produce strong magnetic fields,

และเราสามารถใช้มันสร้างสนามแม่เหล็กความเข้มสูงได้

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

แบบที่ต้องใช้ในเครื่องเอ็มอาร์ไอ หรือเครื่องเร่งอนุภาค

But we can also store energy using superconductors,

แต่เรายังสามารถที่จะเก็บพลังงานไว้ได้โดยใช้ตัวนำยิ่งยวด

because we have no dissipation.

เพราะมันไม่มีการศูนย์เสียพลังงาน

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

เราสามารถสร้างสายไฟฟ้า เพื่อส่งไฟฟ้าปริมาณมากระหว่างโรงไฟฟ้า

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

ลองนึกภาพดูว่า คุณสามารถสำรองไฟฟ้าสำหรับโรงไฟฟ้าได้โดยใช้สายไฟจากตัวนำยิ่งยวดเพียงเส้นเดียว

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

แล้วอะไรคืออนาคตของการลอยตัวควอนตัมและการยึดตัวควอนตัม

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

ผมอยากตอบคำถามนี้ด้วยตัวอย่างอันนี้

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

ลองนึกภาพดูว่าคุณมีแผ่นดิสก์ ลักษณะคล้ายกับที่ผมมีอยู่ในมือ

three-inch diameter, with a single difference.

เส้นผ่าศูนย์กลางสามนิ้ว แตกต่างกันอย่างเดียวคือ

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

ชั้นตัวนำยิ่งยวด แทนที่จะหนาเพียงแค่ครึ่งไมครอน

being two millimeters thin, quite thin.

แต่หนาซักสองมิลลิเมตร ซึ่งก็ยังบางมากอยู่

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

ชั้นตัวนำยิ่งยวดที่หนาสองมิลลิเมตรนี้ จะสามารถยกน้ำหนักได้ถึง 1000 กิโลกร้ม เท่ารถเล็กๆ คันหนึ่ง บนมือของผม

Amazing. Thank you.

น่าทึ่งมาก ขอบคุณครับ

(Applause)

(ปรบมือ)