Ο Μπόαζ Άλμογκ «αιωρεί» έναν υπεραγωγό

Το φαινόμενο το οποίο είδατε εδώ για λίγο ονομάζεται κβαντική αιώρηση και κβαντικό κλείδωμα. Το αντικείμενο το οποίο αιωρούταν εδώ ονομάζεται υπεραγωγός. Η υπεραγωγιμότητα είναι μία κβαντική φάση της ύλης, και συμβαίνει μόνο κάτω από μια συγκεκριμένη κρίσιμη θερμοκρασία.

Είναι αρκετά παλιό φαινόμενο, ανακαλύφθηκε πριν από 100 χρόνια. Ωστόσο, μόνο πρόσφατα, χάρη σε διάφορες τεχνολογικές εξελίξεις, είμαστε σε θέση να σας παρουσιάσουμε την κβαντική αιώρηση και το κβαντικό κλείδωμα.

Ο υπεραγωγός ορίζεται από δύο ιδιότητες. Η πρώτη είναι: μηδενική ηλεκτρική αντίσταση, και η δεύτερη είναι: εξώθηση του μαγνητικού πεδίου από το εσωτερικό του υπεραγωγού. Ακούγεται περίπλοκο, σωστά; Αλλά τι είναι η ηλεκτρική αντίσταση; Ηλεκτρισμός είναι η ροή των ηλεκτρονίων μέσα σε ένα υλικό. Αυτά τα ηλεκτρόνια, ενώ κινούνται, συγκρούονται με τα άτομα και σ' αυτές τις συγκρούσεις χάνουν μία συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας. Στη συνέχεια διαχέουν αυτή την ενέργεια με τη μορφή θερμότητας, και ξέρετε το αποτέλεσμα. Ωστόσο, μέσα στον υπεραγωγό δεν πραγματοποιούνται συγκρούσεις, οπότε δεν υπάρχει διάχυση ενέργειας.

Είναι πραγματικά αξιοθαύμαστο. Σκεφτείτε το. Στην κλασσική φυσική, υπάρχει πάντα κάποια τριβή, κάποια απώλεια ενέργειας. Αλλά όχι εδώ, επειδή είναι ένα κβαντικό φαινόμενο. Αλλά δεν είναι μόνο αυτό, γιατί οι υπεραγωγοί δεν αγαπούν τα μαγνητικά πεδία. Ο υπεραγωγός θα προσπαθήσει να διώξει το μαγνητικό πεδίο από το εσωτερικό του και έχει τα μέσα να το κάνει αυτό με την κυκλοφορία των ρευμάτων. Ο συνδυασμός αυτών των δύο φαινομένων -- η έξωση των μαγνητικών πεδίων και η μηδενική ηλεκτρική αντίσταση είναι ακριβώς ένας υπεραγωγός.

Αλλά η εικόνα δεν είναι πάντα τέλεια, όπως όλοι γνωρίζουμε, και κάποιες φορές γραμμές μαγνητικού πεδίου παραμένουν στο εσωτερικό του υπεραγωγού. Κάτω από κατάλληλες συνθήκες, που έχουμε εδώ, αυτές οι γραμμές μαγνητικού πεδίου μπορεί να παγιδευτούν στο εσωτερικό του υπεραγωγού. Αυτές οι γραμμές μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό του υπεραγωγού, έρχονται σε διακριτές ποσότητες. Γιατί; Επειδή πρόκειται για κβαντικό φαινόμενο. Είναι κβαντική φυσική. Και αποδεικνύεται ότι συμπεριφέρονται σαν κβαντικά σωματίδια.

Σε αυτή την ταινία, μπορείτε να δείτε πώς ρέουν μία-μία διακριτά. Αυτές είναι γραμμές μαγνητικού πεδίου. Δεν είναι σωματίδια, αλλά συμπεριφέρονται σαν σωματίδια. Γι΄αυτό και ονομάζουμε αυτό το φαινόμενο κβαντική αιώρηση και κβαντικό κλείδωμα.

Αλλά τι συμβαίνει στον υπεραγωγό όταν τον βάζουμε μέσα σε μαγνητικό πεδίο; Πρώτον, κάποιες γραμμές μαγνητικού πεδίου έχουν παραμείνει στο εσωτερικό του αλλά τώρα ο υπεραγωγός δεν θέλει να μετακινούνται γιατί οι κινήσεις τους διαχέουν ενέργεια, η οποία καταστρέφει την υπεραγώγιμη φάση. Έτσι αυτό που κάνει είναι να κλειδώνει αυτές τις γραμμές, οι οποίες ονομάζονται φλαξόνια, και τις κλειδώνει στη θέση τους. Και κάνοντας αυτό, στην πραγματικότητα κλειδώνεται ο ίδιος στη θέση του. Γιατί; Επειδή οποιαδήποτε κίνηση του υπεραγωγού θα αλλάξει τη θέση τους, θα αλλάξει τη διάταξή τους.

Έτσι δημιουργείται το κβαντικό κλείδωμα. Και τώρα μπορώ να σας δείξω πώς δουλεύει. Έχω εδώ έναν υπεραγωγό, τον οποίο έχω τυλίξει, ώστε να μένει κρύος αρκετή ώρα. Και όταν τον τοποθετώ στο πάνω μέρος ενός κανονικού μαγνήτη μένει κλειδωμένος στον αέρα.

(Χειροκρότημα)

Τώρα, αυτό δεν είναι απλώς αιώρηση. Δεν είναι απλώς απώθηση. Μπορώ να αναδιατάξω τα φλαξόνια και θα κλειδωθούν στη νέα θέση. Έτσι, ή λίγο προς τα δεξιά ή προς τ΄αριστερά. Αυτό είναι το κβαντικό κλείδωμα --πραγματικά κλείδωμα-- το τρισδιάστατο κλείδωμα του υπεραγωγού. Φυσικά, μπορώ να τον αναποδογυρίσω, και θα παραμείνει κλειδωμένος.

Τώρα που καταλαβαίνουμε ότι αυτή η λεγόμενη αιώρηση είναι στην πραγματικότητα κλείδωμα-- ναι, το καταλαβαίνουμε αυτό. Δεν θα εκπλαγείτε να ακούσετε ότι αν πάρω αυτόν τον κυκλικό μαγνήτη, στον οποίο το μαγνητικό πεδίο είναι το ίδιο παντού, ο υπεραγωγός θα μπορεί να περιστρέφεται ελεύθερα γύρω από τον άξονα του μαγνήτη. Γιατί; Επειδή όσο περιστρέφεται, το κλείδωμα διατηρείται. Βλέπετε; Μπορώ να προσαρμόσω και να περιστρέψω τον υπεραγωγό. Έχουμε κίνηση χωρίς τριβές. Ακόμα αιωρείται, αλλά μπορεί να μετακινείται ελεύθερα παντού.

Έτσι, έχουμε κβαντικό κλείδωμα και μπορούμε να το κάνουμε να αιωρείται πάνω σ' αυτό τον μαγνήτη. Αλλά πόσα φλαξόνια, πόσες μαγνητικές γραμμές υπάρχουν σε ένα μόνο δίσκο σαν κι αυτόν; Μπορούμε να τις υπολογίσουμε, και αποδεικνύεται ότι είναι πολλές. Εκατό δισεκατομμύρια γραμμές μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό αυτού του δίσκου πάχους τριών ιντσών.

Αλλά αυτό δεν είναι το εκπληκτικό μέρος ακόμα, γιατί υπάρχει κάτι που δε σας έχω πει. Και, ναι, το εκπληκτικό μέρος είναι ότι αυτός ο υπεραγωγός που βλέπετε εδώ έχει πάχος μόλις μισό μικρόμετρο. Είναι εξαιρετικά λεπτός. Αυτό το εξαιρετικά λεπτό στρώμα είναι σε θέση να σηκώσει πάνω από 70.000 φορές το βάρος του. Είναι ένα αξιοθαύμαστο φαινόμενο. Πολύ ισχυρό.

Τώρα, μπορώ να επιμηκύνω αυτόν τον κυκλικό μαγνήτη, και να κάνω όποια τροχιά θέλω. Για παράδειγμα, μπορώ να κάνω μια μεγάλη κυκλική γραμμή εδώ. Και όταν τοποθετήσω τον υπεραγώγιμο δίσκο πάνω σ' αυτή την γραμμή, κινείται ελεύθερα.

(Χειροκρότημα)

Και πάλι, αυτό δεν είναι όλο. Μπορώ να προσαρμόσω τη θέση του, έτσι, και να το περιστρέψω και μετακινείται ελεύθερα σ' αυτή τη νέα θέση. Μπορώ ακόμη να προσπαθήσω κάτι καινούριο. Ας το δοκιμάσουμε για πρώτη φορά. Μπορώ να πάρω αυτό τον δίσκο και να τον βάλω εδώ και ενώ μένει εδώ --μην κουνηθείτε-- θα προσπαθήσω να μετακινήσω την τροχιά κι ελπίζουμε, αν το έκανα σωστά, να παραμένει στον αέρα.

(Χειροκρότημα)

Βλέπετε, είναι κβαντικό κλείδωμα, όχι αιώρηση. Τώρα, ενώ το αφήνω να περιστραφεί λίγο ακόμα, επιτρέψτε μου να σας πω λίγα πράγματα για τους υπεραγωγούς. Τώρα -- (Γέλια) -- Τώρα ξέρουμε ότι είμαστε σε θέση να μεταφέρουμε τεράστιες ποσότητες ρεύματος στο εσωτερικό υπεραγωγών, και έτσι να τους χρησιμοποιήσουμε για να παράγουμε ισχυρά μαγνητικά πεδία, όπως απαιτείται σε μηχανήματα μαγνητικής τομογραφίας, επιταχυντές σωματιδίων και ούτω καθεξής. Αλλά μπορούμε επίσης να αποθηκεύσουμε ενέργεια με υπεραγωγούς, διότι δεν έχουμε καθόλου διάχυση.

Θα μπορούσαμε να φτιάξουμε καλώδια τροφοδοσίας, για να μεταφέρουμε τεράστια ποσότητα ρεύματος μεταξύ σταθμών ηλεκτρικής ενέργειας. Φανταστείτε να μπορούσατε να υποστηρίξετε έναν ηλεκτρικό σταθμό με ένα μόνο υπεραγώγιμο καλώδιο. Αλλά ποιο είναι το μέλλον της κβαντικής αιώρησης και του κβαντικού κλειδώματος; Επιτρέψτε μου να απαντήσω αυτή την απλή ερώτηση, δίνοντάς σας ένα παράδειγμα. Φανταστείτε να είχατε ένα δίσκο παρόμοιο με αυτό που έχω εδώ στα χέρια μου, διαμέτρου τριών ιντσών, με μία μόνο διαφορά. Το υπεραγώγιμο στρώμα, αντί να έχει πάχος μισό μικρόμετρο, να έχει πάχος δύο χιλιοστά, αρκετά λεπτό. Αυτό το υπεραγώγιμο στρώμα πάχους δύο χιλιοστών, θα μπορούσε να κρατήσει 1.000 κιλά, ένα μικρό αυτοκίνητο, στο χέρι μου. Απίστευτο. Σας ευχαριστώ

(Χειροκρότημα)