Boaz Almog "levitates" a superconductor

Translator: Morton Bast Reviewer: Thu-Huong Ha

Translator: Hoang Yen Nguyen Dang Reviewer: Emily Nguyen

The phenomenon you saw here for a brief moment

Hiện tượng rất ngắn bạn đang thấy ở đây

is called quantum levitation and quantum locking.

được gọi là đệm lượng tử và khoá lượng tử.

Và vật đang bay ở đây được gọi là chất siêu dẫn.

And the object that was levitating here

is called a superconductor.

Superconductivity is a quantum state of matter,

Hiện tượng siêu dẫn là một trạng thái lượng tử của vật chất

and it occurs only below a certain critical temperature.

và nó chỉ xảy ra khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn.

Now, it's quite an old phenomenon;

Hiện tượng này không có gì mới mẻ;

it was discovered 100 years ago.

được phát hiện 100 năm trước.

However, only recently,

Tuy nhiên, mãi đến gần đây, nhờ vào một vài tiến bộ trong công nghệ,

due to several technological advancements,

we are now able to demonstrate to you

chúng tôi mới có thể biểu diễn cho bạn xem thế nào là đệm lượng tử và khoá lượng tử.

quantum levitation and quantum locking.

So, a superconductor is defined by two properties.

Chất siêu dẫn được xác định bởi hai đặc tính.

The first is zero electrical resistance,

Một là điện trở bằng không,

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

và hai là từ trường bị đẩy ra khỏi chất siêu dẫn.

That sounds complicated, right?

Nghe có vẻ phức tạp quá, đúng không?

But what is electrical resistance?

Nhưng điện trở là gì?

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

Điện là dòng dịch chuyển electron bên trong vật chất.

And these electrons, while flowing,

Và electron, khi dịch chuyển, va chạm với các nguyên tử,

they collide with the atoms, and in these collisions

làm thất thoát năng lượng,

they lose a certain amount of energy.

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

năng lượng mất mát tỏa ra dưới dạng nhiệt năng

và các bạn đều biết hiệu ứng này.

However, inside a superconductor there are no collisions,

Tuy nhiên, bên trong chất siêu dẫn không có va chạm,

so there is no energy dissipation.

do đó, không có sự mất mát năng lượng.

It's quite remarkable. Think about it.

Nó khá độc đáo. Nghĩ thử xem.

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

Trong vật lý cổ điển, luôn có ma sát và mất mát năng lượng.

But not here, because it is a quantum effect.

Ở đây hoàn toàn không có những điều đó, vì nó là hiệu ứng lượng tử.

Nhưng đó chưa phải tất cả,

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

vì chất siêu dẫn không thích từ trường,

nên nó sẽ cố đẩy từ trường ra khỏi nó,

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

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

và nó xảy ra được là nhờ các dòng mặt (siêu dòng).

Now, the combination of both effects --

Sự kết hợp của cả hai hiệu ứng --

the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --

sự đẩy từ trường ra bên ngoài và điện trở bằng không --

is exactly a superconductor.

chính là thứ tạo thành chất siêu dẫn.

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

Nhưng thực tế, không phải lúc nào nó xảy ra chính xác như vậy

như ta biết, đôi khi, một số đường sức từ còn sót lại bên trong chất siêu dẫn.

and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.

Now, under proper conditions, which we have here,

Ở điều kiện xác định, như ta có ở đây,

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

những đường sức từ này có thể bị giam trong chất siêu dẫn.

And these strands of magnetic field inside the superconductor,

Và những đường sức từ bên trong chất siêu dẫn,

tồn tại dưới dạng lượng tử (hạt).

they come in discrete quantities.

Tại sao?

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

Vì nó là hiện tượng lượng tử, vật lý lượng tử.

And it turns out that they behave like quantum particles.

Và thực tế, nó hoạt động như các hạt trong vật lí lượng tử.

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

Trong đoạn phim này, bạn có thể thấy chúng di chuyển như những hạt riêng lẻ.

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

Đây là những đường sức từ, không phải là các hạt,

but they behave like particles.

nhưng nó hoạt động như các hạt.

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

Đây là lý do ta gọi hiệu ứng này là đệm lượng tử và khoá lượng tử.

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

Nhưng điều gì xảy ra với chất siêu dẫn khi ta đặt nó vào một từ trường?

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

Đầu tiên, vài đường sức từ sót lại bên trong chất siêu dẫn,

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

nhưng chất siêu dẫn không muốn chúng di chuyển lung tung,

because their movements dissipate energy,

vì chuyển động của chúng gây mất mát năng lượng,

which breaks the superconductivity state.

làm phá vỡ trạng thái siêu dẫn.

So what it actually does, it locks these strands,

Nên chất siêu dẫn khoá các đường sức từ được gọi là fluxon này lại,

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

và giữa chúng ở yên một chỗ.

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

Làm như thế, nó tự cố định chính nó.

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

Vì sao?

Vì bất kì chuyển động nào của chất siêu dẫn

sẽ làm thay đổi vị trí và cách sắp xếp bên trong nó.

will change their configuration.

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

Nhờ vậy ta có hiện tượng khoá lượng tử.

Để tôi chỉ cho bạn thấy cách hoạt động nó.

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

Ở đây, tôi có một chất siêu dẫn, đã được bọc lại để giữ lạnh.

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

Khi tôi đặt nó lên trên một nam châm thường,

it just stays locked in midair.

nó được giữ cố định giữa không trung.

(Applause)

(Vỗ tay)

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

Không chỉ có sự nâng lên, không chỉ là lực đẩy.

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

Tôi có thể tái phân bố các fluxon, và nó sẽ bị khóa theo một cách khác.

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

Như thế này, hoặc đẩy nó sang trái hay sang phải một chút.

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

Đây là khoá lượng tử --

khoá thật sự chất siêu dẫn theo cả ba chiều.

Of course, I can turn it upside down,

Dĩ nhiên, tôi có thể lật ngược lại, và nó vẫn bị khoá như vậy.

and it will remain locked.

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

Giờ ta hiểu sự nâng lên này thực chất là sự khoá.

Yeah, we understand that.

Phải, ta hiểu điều đó.

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

Bạn sẽ không ngạc nhiên khi nghe tôi lấy nam châm tròn này,

in which the magnetic field is the same all around,

từ trường bên trong nam châm là từ trường đều,

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

chất siêu dẫn có thể xoay tự do quanh trục nam châm.

Vì sao?

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

Vì chừng nào nó còn xoay, chừng đó sự khoá chặt vẫn được duy trì.

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

Bạn thấy không?

Tôi có thể điều chỉnh vị trí của nó, và làm nó xoay.

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

Ta có chuyển động không ma sát.

Nó vẫn đang lơ lửng, đồng thời chuyển động tự do trên nam châm.

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

Vậy ta có khoá lượng tử và có thể nâng nó lơ lửng trên nam châm.

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

Nhưng có bao nhiêu fluxon, bao nhiêu đường sức từ

trong một đĩa như thế này?

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

Đây là điều ta có thể tính được, và kết quả là rất nhiều.

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

Một trăm tỉ đường sức từ

nằm trong chiếc đĩa ba inch (7.62cm) này.

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

Nhưng đó chưa phải là điều tuyệt vời nhất, vì còn một điều tôi vẫn chưa nói với bạn.

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

Và, phải, điều tuyệt vời là chất siêu dẫn bạn thấy ở đây

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

chỉ dày nửa micrômét (0.5x10^(-6)mét).

Nó vô cùng mỏng.

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

Và lớp màng mỏng này

có khả năng nâng một vật có trọng lượng hơn 70.000 lần trọng lượng của nó.

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

Một hiệu ứng rất đặc biệt. Rất mạnh.

Now, I can extend this circular magnet,

Tôi có thể thay nam châm tròn này thành bất kì loại đường ray nào tôi muốn.

and make whatever track I want.

Ví dụ, ở đây, tôi có thể tạo ra một đường ray tròn lớn.

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

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

Và khi tôi đặt đĩa siêu dẫn lên trên đường ray này,

it moves freely.

nó chuyển động tự do.

(Applause)

(Vỗ tay)

Và, một lần nữa, đó chưa phải là tất cả.

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

Tôi có thể điều chỉnh vị trí của nó như thế này, và xoay nó,

and it freely moves in this new position.

và nó chuyển động tự do ở vị trí mới này.

Và tôi thậm chí có thể thử vài điều mới; cùng thử làm điều này lần đầu nhé.

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

I can take this disk and put it here,

Tôi có thể lấy cái đĩa này và đặt nó ở đây,

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

và khi nó đang ở đây, chưa di chuyển,

I will try to rotate the track,

tôi sẽ cố xoay đường ray,

and hopefully, if I did it correctly,

và mong rằng nếu tôi làm đúng,

it stays suspended.

nó vẫn được giữ tại đó.

(Applause)

(Vỗ tay)

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

Bạn thấy đấy, nó là khoá lượng tử, không phải sự nâng lên.

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

Giờ khi tôi cho nó xoay thêm một chút nữa,

let me tell you a little bit about superconductors.

để tôi cho bạn biết thêm một vài điều về chất siêu dẫn.

Now -- (Laughter) --

Bây giờ -- (Tiếng cười).

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

Ta biết rằng có thể truyền tải dòng điện rất lớn bằng chất siêu dẫn.

so we can use them to produce strong magnetic fields,

Và dùng chúng để tạo ra từ trường mạnh,

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

cần trong máy chụp cộng hưởng từ, máy gia tốc hạt, vân vân.

But we can also store energy using superconductors,

Ta cũng có thể dùng chất siêu dẫn để lưu trữ năng lượng,

because we have no dissipation.

vì không có sự thất thoát năng lượng ở đây.

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

Và ta cũng có thể sản xuất cáp siêu dẫn

truyền tải lượng lớn điện năng giữa các trạm điện.

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

Thử tưởng tượng bạn có thể truyền tải điện năng của một trạm điện

chỉ với một sợi cáp siêu dẫn.

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

Nhưng đâu mới là tương lai của đệm lượng tử và khoá lượng tử?

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

Tôi sẽ trả lời câu hỏi đơn giản này bằng cách đưa ra một ví dụ.

Hãy tưởng tượng bạn có một đĩa giống như cái đĩa trong tay tôi.

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

three-inch diameter, with a single difference.

có đường kính ba inch (7.62cm), nhưng có một điểm khác biệt.

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

Lớp màng siêu dẫn này, thay vì dày nửa micrômét (0.5x10^(-6) m).

being two millimeters thin, quite thin.

thì lại dày hai milimet, cũng khá mỏng.

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

Lớp màng siêu dẫn dày hai milimet này có thể nâng 1000 kilogram,

bằng trọng lượng của một chiếc xe hơi nhỏ,

đang nằm trong tay tôi.

Amazing. Thank you.

Thật tuyệt vời.

Cảm ơn các bạn.

(Applause)

(Vỗ tay)