<공중부양하는 초전도체> 주제 테드 강의 번역(보아즈 알모그)

<공중 부양하는 초전도체> 주제 테드 강의

The phenomenon you saw here for a brief moment is called quantum levitation and quantum locking. And the object that was levitating here is called a superconductor. Superconductivity is a quantum state of matter, and it occurs only below a certain critical temperature.

 

Now, it's quite an old phenomenon; it was discovered 100 years ago. However, only recently, due to several technological advancements, we are now able to demonstrate to you quantum levitation and quantum locking.

 

So, a superconductor is defined by two properties. The first is zero electrical resistance, and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor. That sounds complicated, right? But what is electrical resistance? So, electricity is the flow of electrons inside a material. And these electrons, while flowing, they collide with the atoms, and in these collisions they lose a certain amount of energy. And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect. However, inside a superconductor there are no collisions, so there is no energy dissipation.

 

It's quite remarkable. Think about it. In classical physics, there is always some friction, some energy loss. But not here, because it is a quantum effect. But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields. So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside, and it has the means to do that by circulating currents. Now, the combination of both effects -- the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance -- is exactly a superconductor.

 

But the picture isn't always perfect, as we all know, and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor. Now, under proper conditions, which we have here, these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor. And these strands of magnetic field inside the superconductor, they come in discrete quantities. Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics. And it turns out that they behave like quantum particles.

 

In this movie here, you can see how they flow one by one discretely. This is strands of magnetic field. These are not particles, but they behave like particles. So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.

 

But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field? Well, first there are strands of magnetic field left inside, but now the superconductor doesn't like them moving around, because their movements dissipate energy, which breaks the superconductivity state. So what it actually does, it locks these strands, which are called fluxons, and it locks these fluxons in place. And by doing that, what it actually does is locking itself in place. Why? Because any movement of the superconductor will change their place, will change their configuration.

 

So we get quantum locking. And let me show you how this works. I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough. And when I place it on top of a regular magnet, it just stays locked in midair.

 

Now, this is not just levitation. It's not just repulsion. I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration. Like this, or move it slightly to the right or to the left. So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor. Of course, I can turn it upside down, and it will remain locked.

 

Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking, Yeah, we understand that. You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet, in which the magnetic field is the same all around, the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet. Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained. You see? I can adjust and I can rotate the superconductor. We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.

 

So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet. But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this? Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot. One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.

 

But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet. And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here is only half a micron thick. It's extremely thin. And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight. It's a remarkable effect. It's very strong.

 

Now, I can extend this circular magnet, and make whatever track I want. For example, I can make a large circular rail here. And when I place the superconducting disk on top of this rail, it moves freely.

 

And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate, and it freely moves in this new position. 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, and while it stays here -- don't move -- I will try to rotate the track, and hopefully, if I did it correctly, it stays suspended.

 

You see, it's quantum locking, not levitation. Now, while I'll let it circulate for a little more, let me tell you a little bit about superconductors. Now -- -- So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors, so we can use them to produce strong magnetic fields, such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on. But we can also store energy using superconductors, because we have no dissipation.

 

And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations. Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable. But what is the future of quantum levitation and quantum locking? Well, let me answer this simple question by giving you an example. Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand, three-inch diameter, with a single difference. The superconducting layer, instead of being half a micron thin, being two millimeters thin, quite thin. This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand. Amazing. Thank you.

 

 

<공중 부양하는 초전도체> 주제 테드 강의 번역

여기서 잠깐 보신 현상을 양자 부상과 양자 고정이라고 합니다. 그리고 여기 공중부양 중인 물체는 초전도체라고 불립니다. 초전도성은 물질의 양자 상태이며, 특정 임계 온도 이하에서만 발생합니다.

 

이것은 꽤 오래된 현상입니다. 100년 전에 발견되었습니다. 그러나 최근에서야 몇 가지 기술적 진보로 인해 우리는 양자 부상과 양자 잠금을 여러분에게 시연할 수 있습니다.

 

초전도체는 두 가지 성질에 의해 정의됩니다. 첫 번째는 전기 저항이 없는 것이고, 두 번째는 초전도체 내부에서 자기장이 방출되는 것입니다. 복잡하게 들리죠? 하지만 전기 저항이란 무엇일까요? 그래서, 전기는 물질 내부의 전자의 흐름입니다. 그리고 이 전자들은 흐르는 동안 원자와 충돌하고, 이 충돌에서 일정량의 에너지를 잃습니다. 그리고 그들은 열의 형태로 이 에너지를 방출합니다. 여러분은 그 효과를 아실 겁니다. 그러나 초전도체 내부에서는 충돌이 없으므로 에너지 소산이 없습니다.

 

정말 놀라워요. 그것에 대해 생각해 보세요. 고전 물리학에서는 항상 약간의 마찰과 에너지 손실이 있습니다. 하지만 여기선 안 돼요, 왜냐하면 양자효과니까요. 하지만 그게 다가 아닙니다. 초전도체는 자기장을 좋아하지 않기 때문입니다. 그래서 초전도체는 내부에서 자기장을 방출하려고 할 것이고, 그것은 전류를 순환시킴으로써 그렇게 할 수 있는 수단을 가지고 있습니다. 자, 두 효과의 조합 - 자기장의 방출과 전기 저항의 제로- 는 정확히 초전도체입니다.

 

하지만 사진이 항상 완벽한 것은 아닙니다. 알다시피, 때때로 초전도체 안에는 자기장이 남아 있습니다. 자, 여기 있는 적절한 조건 하에서, 이 자기장 가닥들은 초전도체 안에 갇힐 수 있습니다. 그리고 초전도체 내부의 자기장 가닥들은 서로 다른 양으로 나타납니다. 왜냐고요? 양자 현상이기 때문입니다. 양자 물리학입니다. 그리고 그것들이 양자 입자처럼 행동한다는 것이 밝혀졌습니다.

 

여기 이 영화에서는 그것들이 하나씩 어떻게 흘러가는지를 볼 수 있습니다. 이것은 자기장 가닥입니다. 이것들은 입자는 아니지만, 입자처럼 행동합니다. 그래서 우리가 이 효과를 양자 부상과 양자 고정이라고 부르는 것입니다.

 

하지만 초전도체를 자기장 안에 넣으면 어떻게 될까요? 글쎄요, 먼저 내부에 자기장이 남아있지만, 이제 초전도체는 자기장이 움직이는 것을 싫어합니다. 왜냐하면 초전도체의 움직임이 에너지를 분산시켜 초전도 상태를 깨트리기 때문입니다. 그래서 이것이 실제로 하는 일은 플럭슨이라고 불리는 가닥들을 고정시키고 플럭슨들을 제자리에 고정시킵니다. 그리고 그렇게 함으로써, 스스로 제자리에 고정시키는 것입니다. 왜일까요? 왜냐하면 초전도체의 어떤 움직임도 그들의 위치를 바꿀 것이고, 그들의 배치가 바뀔 것이기 때문입니다.

 

그럼 양자 고정도 되는 거군요 어떻게 작동하는지 보여드리죠. 여기 초전도체가 있어요 오랫동안 차갑게 유지할 수 있게 포장해놨죠 일반 자석 위에 올려놓으면 공중에 고정됩니다.

 

이건 단순한 공중부양이 아닙니다. 그냥 혐오감이 아니에요. 플럭슨을 재배열할 수 있고, 그러면 플럭스는 새로운 구성으로 잠길 것입니다. 이렇게, 아니면 살짝 오른쪽으로, 왼쪽으로 움직여주세요. 자, 이것은 양자 고정입니다. 실제로 잠그는 것은 초전도체의 3차원 고정입니다. 물론입니다, 뒤집을 수도 있고, 계속 잠겨 있을 거예요.

 

이제, 우리는 소위 공중부양이라고 불리는 것이 실제로 고정된다는 것을 이해했습니다. 네, 우리는 그것을 이해합니다. 자기장이 모두 같은 이 원형 자석을 가져가면 초전도체가 자석의 축을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있습니다. 왜일까요? 회전하는 한 잠금이 유지되기 때문입니다. 그렇지? 저는 초전도체를 회전시킬 수 있습니다. 무마찰 동작입니다. 그것은 여전히 공중부양 중이지만, 자유롭게 움직일 수 있습니다.

 

양자 고정 장치가 있고 이 자석 위에 공중부양을 할 수 있습니다. 하지만 이런 원반 하나에 얼마나 많은 플럭슨, 얼마나 많은 자성 가닥이 있을까요? 음, 우리는 계산할 수 있고, 꽤 많은 것으로 나타났습니다. 천억 가닥의 자기장이 이 3인치 디스크 안에 있습니다.

 

하지만 아직 놀라운 부분은 아닙니다. 왜냐하면 제가 아직 말씀드리지 않은 것이 있기 때문입니다. 그리고 놀라운 점은 여기 보이는 초전도체의 두께가 0.5마이크론 밖에 되지 않는다는 것입니다. 굉장히 얇아요. 그리고 이 극도로 얇은 층은 자신의 무게의 7만 배 이상을 공중부양할 수 있습니다. 그것은 놀라운 효과입니다. 되게 세요.

 

이제 이 원형 자석을 확장해서 원하는 트랙을 만들 수 있어요 예를 들어, 저는 이곳에 큰 원형 레일을 만들 수 있습니다. 초전도 원반을 레일 위에 올려놓으면 자유롭게 움직입니다.

 

그리고 다시 말하지만, 그게 다가 아닙니다. 이렇게 위치를 조절하고 회전하면 자유롭게 움직일 수 있습니다. 그리고 저는 새로운 것을 시도할 수도 있어요; 처음으로 해봐요.

 

저는 이 디스크를 가져다가 여기에 둘 수 있습니다. 그리고 이것이 여기 있는 동안 -- 움직이지 마세요 -- 저는 트랙을 회전시키도록 노력할 것입니다. 그리고 바라건대, 제가 제대로 했다면, 그것은 정지된 상태를 유지할 것입니다.

 

이건 공중부양이 아니라 양자 고정이에요 자, 이제 좀 더 순환시키도록 놔두겠지만, 초전도체에 대해 조금 말씀드리겠습니다. 이제 우리는 초전도체 내부에서 엄청난 양의 전류를 전달할 수 있다는 것을 알게 되었습니다. 그래서 MRI 기계나 입자 가속기 등에서 필요한 강력한 자기장을 만들어 낼 수 있습니다. 하지만 우리는 초전도체를 이용해서 에너지를 저장할 수도 있습니다. 왜냐하면 우리는 소멸이 없기 때문입니다.

 

또한 전력 케이블을 제작하여 발전소 간에 엄청난 양의 전류를 전달할 수 있습니다. 단일 초전도 케이블로 단일 발전소를 백업할 수 있다고 상상해 보십시오. 하지만 양자 부상과 양자 고정의 미래는 무엇일까요? 자, 예를 들어 이 간단한 질문에 대답하겠습니다. 제 손에 들고 있는 디스크와 비슷한 직경이 3인치 정도인데 단 하나의 차이점이 있다고 상상해보세요. 초전도체는 0.5미크론의 두께가 아니라 2밀리미터로 상당히 얇습니다. 이 2밀리미터 두께의 초전도체는 제 손에 1,000킬로그램의 작은 차를 담을 수 있습니다. 대단해요.

 

감사합니다.