Boaz Almog Leviticus Supravodič TED Talk titulky a TED prepis
Fenomén, ktorý ste tu na chvíľu videli, sa nazýva kvantová levitácia alebo kvantová fixácia. Objekt, ktorý tu levituje, sa nazýva supravodič. Supravodivosť je kvantový stav hmoty a vyskytuje sa iba pod určitou kritickou teplotou.
Je to fenomén známy už dlho; bola objavená pred 100 rokmi. Len nedávno sme však vďaka nedávnym technologickým objavom schopní preukázať kvantovú levitáciu a kvantovú fixáciu.
Supravodič je definovaný dvoma vlastnosťami. Prvým je nulový elektrický odpor a druhým je vylúčenie magnetického poľa z jeho vnútra. Znie to komplikovane? Čo je to však elektrický odpor? Elektrina je tok elektrónov vo vnútri hmoty. Elektróny sa počas pohybu zrazia s atómami a v dôsledku zrážok stratia časť svojej energie. A túto energiu rozptyľuje vo forme tepla, poznáte ten jav. Vo vnútri supravodiča ale nedochádza ku kolíziám, takže nedochádza k strate energie.
Je to pozoruhodné. Myslieť si. V klasickej fyzike vždy existuje trenie, strata energie. Ale tu nie, pretože je to kvantový jav. To nie je všetko, supravodiče nemajú radi magnetické pole. Supravodič sa pokúsi vytlačiť magnetické pole zvnútra a je toho schopný cirkulovať prúdy. Kombinácia týchto dvoch efektov: odpudzovania magnetických polí a nulového elektrického odporu je presne supravodič.
Ale ako vieme, podmienky nie sú vždy dokonalé a niekedy magnetické siločiary zostávajú vo vnútri supravodiča. Za ideálnych podmienok, ktoré tu máme, môžu byť tieto magnetické čiary zachytené vo vnútri supravodiča. A tieto magnetické siločiary vo vnútri supravodiča sú veľmi málo intenzívne. Prečo? Pretože je to kvantový jav. Je to kvantová fyzika. A správajú sa ako kvantové častice.
V tomto klipe vidíte, ako prúdia jeden za druhým diskontinuálne. Jedná sa o pásy magnetického poľa. Nie sú to častice, ale správajú sa ako častice. Preto tento efekt nazývame kvantová levitácia a kvantová fixácia.
Čo sa však stane so supravodičom, keď ho umiestnime do magnetického poľa? Najskôr vo vnútri zostávajú pásy magnetického poľa, ale supravodič nemá rád, keď sa menia, pretože ich pohyb rozptyľuje energiu, čo destabilizuje stav supravodivosti. Preto imobilizuje tieto pásma, nazývané fluxóny, ktoré drží na svojom mieste. Tým, že reaguje týmto spôsobom, sa mu podľa toho darí zomknúť sa v priestore. Prečo? Pretože akýkoľvek pohyb supravodiča zmení svoje miesto, zmení sa aj ich konfigurácia.
Vyvolávame teda kvantovú fixáciu. Ukážem vám, ako to funguje. Mám supravodič, ktorý som zabalil, aby bol dostatočne dlho chladný. Keď ho položím na obyčajný magnet, zostane znehybnený na vzduchu.
Nejde len o levitáciu. Nie je to len odmietnutie. Môžem zmeniť usporiadanie fluxónov a bude uzamknutý aj v tejto novej konfigurácii, alebo ho mierne nakloním doprava alebo doľava. Toto je trojrozmerná kvantová fixácia supravodiča. Samozrejme to môžem prevrátiť a zasekne sa.
Pochopiť, že to, čo nazývame levitácia, je v skutočnosti fixácia. Áno, rozumieme. Nebudete prekvapení, ak si zoberiem tento kruhový magnet, v ktorom je magnetické pole všade rovnaké, supravodič sa bude otáčať pozdĺž osi magnetu. Prečo? Pretože pokiaľ sa otáča, fixácia je zachovaná. Vidíš? Môžem nastaviť a otočiť supravodič. Máme pohyb bez trenia. Levituje, ale môže sa voľne otáčať.
Máme teda kvantovú fixáciu a môžeme ju levitovať nad týmto magnetom. Koľko tokov, koľko siločiar magnetického poľa je na takomto disku? Môžeme vypočítať a zdá sa to dosť veľa. Sto miliárd magnetických siločiar vo vnútri tohto osemcm disku.
Ale to nie je tá úžasná časť, je tu niečo, čo som ti ešte nepovedal. Úžasné na tom je, že tento supravodič je hrubý iba mikrónov. Je extrémne tenký. Táto extrémne tenká vrstva môže vyťažiť 70 000-násobok svojej vlastnej hmotnosti. Je to pozoruhodný efekt. Je to veľmi silné.
Mohol som roztiahnuť tento kruhový magnet a urobiť si ktorúkoľvek cestu, ktorú chcem. Napríklad môžem urobiť veľkú okružnú trasu. Keď umiestnim supravodivý disk nad koľajnicu, voľne sa pohybuje.
To nie je všetko. Môžem upraviť jeho polohu, otočiť ho a voľne sa pohybovať v tejto novej polohe. Môžem vyskúšať niečo nové. Skúsme niečo prvýkrát: Môžem vziať disk a dať ho sem, a keď tu sedí, nehýbte sa, pokúsim sa prevrátiť koľajnicu a dúfam, že ak som to urobil dobre, zostane zavesený.
Je to kvantová fixácia, nie levitácia. Keď to nechám cirkulovať o niečo dlhšie, poviem vám niečo o supravodičoch. (Smiech) Teraz vieme, že pomocou supravodičov dokážeme preniesť obrovské množstvo prúdu, takže ich môžeme použiť na výrobu silných magnetických polí, aké sú potrebné v NMR, urýchľovačoch častíc a ďalších. Energiu však môžeme ukladať aj pomocou supravodičov, pretože nemáme žiadne straty.
Mohli by sme vyrábať silové káble na prenos obrovského množstva elektriny medzi elektrárňami. Predstavte si, že dokážete podporovať jednu supravodivú elektráreň. Aká je budúcnosť kvantovej levitácie a imobilizácie? Na túto jednoduchú otázku odpoviem príkladom. Predstavte si disk podobný tomu, ktorý tu mám v ruke, s priemerom osem cm, s jedným rozdielom. Supravodivá vrstva by nemala byť pol mikrónu, ale mala by byť dva milimetre, celkom tenká. Táto dvojmilimetrová supravodivá vrstva mohla uniesť 1 000 kg, malé auto. Úžasný! Ďakujem!