Patarimai

Kaip veikia kvantinė levitacija

Kaip veikia kvantinė levitacija


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Kai kurie vaizdo įrašai internete rodo tai, kas vadinama „kvantine levitacija“. Kas čia? Kaip tai veikia? Ar galėsime turėti skraidančius automobilius?

Kvantinė levitacija, kaip ji vadinama, yra procesas, kai mokslininkai naudoja kvantinės fizikos savybes, kad objektą (konkrečiai - superlaidininką) levituotų per magnetinį šaltinį (konkrečiai tam tikslui sukurtą kvantinės levitacijos takelį).

Mokslas apie kvantinę levitaciją

Priežastis, dėl kurios tai veikia, yra vadinama Meissnerio efektu ir magnetinio srauto sujungimu. Meissnerio efektas diktuoja, kad superlaidininkas magnetiniame lauke visada išsklaidys jo viduje esantį magnetinį lauką ir taip sulenks aplink jį esantį magnetinį lauką. Problema yra pusiausvyros klausimas. Jei ant viršaus uždėtumėte superlaidininką ant magneto, tada superlaidininkas tiesiog plūduriuotų nuo magneto, tarsi mėgintumėte subalansuoti du pietų juostų magnetų polius vienas kito atžvilgiu.

Kvantinės levitacijos procesas tampa kur kas labiau intriguojantis srauto susiejimo arba kvantinio fiksavimo būdu, kurį Tel Avivo universiteto superlaidininkų grupė aprašė tokiu būdu:

Superlaidumas ir magnetinis laukas SIC nemėgsta vienas kito. Jei įmanoma, superlaidininkas išsklaidys visą magnetinį lauką iš vidaus. Tai yra Meissnerio efektas. Mūsų atveju, kadangi superlaidininkas yra ypač plonas, magnetinis laukas DOES prasiskverbia. Tačiau ji daro tai, kad atskirais kiekiais (tai galų gale yra kvantinė fizika!), Vadinami srauto vamzdžiais. Kiekvieno magnetinio srauto vamzdžio superlaidumas yra vietoje sunaikinamas. Superlaidininkas stengsis, kad magnetiniai vamzdeliai būtų pritvirtinti silpnose vietose (pvz., Grūdų ribose). Bet koks erdvinis superlaidininko judesys sukels srauto vamzdžių judėjimą. Tam, kad superlaidininkas neliktų „įstrigęs“ kitoje srityje. Sąvokas „kvantinė levitacija“ ir „kvantų fiksavimas“ šiam procesui sukūrė Tel Avivo universiteto fizikas Guy Deutscheris, vienas pagrindinių šios srities tyrinėtojų.

Meissnerio efektas

Pagalvokime, kas iš tikrųjų yra superlaidininkas: tai medžiaga, kurioje elektronai sugeba labai lengvai tekėti. Elektronai teka per superlaidininkus be jokio pasipriešinimo, todėl, kai magnetiniai laukai priartėja prie superlaidžios medžiagos, superlaidininkas į jo paviršių formuoja mažas sroves, panaikindamas gaunamą magnetinį lauką. Rezultatas: superlaidininko paviršiaus magnetinio lauko intensyvumas yra tiksliai lygus nuliui. Jei pažymėtumėte grynojo magnetinio lauko linijas, tai parodytų, kad jos lenkiasi aplink objektą.

Bet kaip tai priverčia levitaciją?

Kai superlaidininkas uždedamas ant magnetinio takelio, superlaidininkas išlieka virš bėgių kelio, o stiprus magnetinis laukas jį iš esmės atstumia tiesiai ant kelio paviršiaus. Žinoma, kiek aukščiau bėgio kelio jis gali būti pastumtas, nes magnetinio atstumo jėga turi neutralizuoti gravitacijos jėgą.

I tipo superlaidininko diskas parodys kraštutinę Meissner efektą, vadinamą „tobulu diamagnetizmu“, ir jame nebus jokių magnetinių laukų medžiagos viduje. Jis levitavo, nes stengiasi išvengti bet kokio kontakto su magnetiniu lauku. Problema yra ta, kad levitacija nėra stabili. Levituojantis daiktas paprastai nestovės vietoje. (Tuo pačiu būdu superlaidininkams pavyko paleisti įgaubtą dubenio formos švino magnetą, kuriame magnetizmas vienodai stumiasi iš visų pusių.)

Kad levitacija būtų naudinga, ji turi būti šiek tiek stabilesnė. Štai kur prasideda kvantinis užraktas.

Flux Vamzdžiai

Vienas iš pagrindinių kvantinio blokavimo proceso elementų yra šių srauto vamzdžių, vadinamų „sūkuriu“, egzistavimas. Jei superlaidininkas yra labai plonas arba jei superlaidininkas yra II tipo superlaidininkas, superlaidininkui kainuoja mažiau energijos, kad dalis magnetinio lauko galėtų prasiskverbti į superlaidininką. Štai kodėl srauto sūkuriai susidaro tose vietose, kur magnetinis laukas iš tikrųjų gali „praslysti“ per superlaidininką.

Aukščiau Tel Avivo komandos aprašytu atveju virš vaflo paviršiaus jie sugebėjo užauginti specialią ploną keraminę plėvelę. Aušinant ši keraminė medžiaga yra II tipo superlaidininkas. Kadangi jis yra toks plonas, eksponuojamas diamagnetizmas nėra tobulas ... leidžiantis sukurti šiuos srauto sūkurius, praeinančius per medžiagą.

Flux sūkuriai taip pat gali susidaryti II tipo superlaidintuvuose, net jei superlaidininko medžiaga nėra tokia jau plona. II tipo superlaidininkas gali būti suprojektuotas sustiprinti šį efektą, vadinamą „sustiprintu srauto sujungimu“.

Kvantinis užraktas

Kai laukas prasiskverbia į superlaidininką srauto vamzdžio pavidalu, jis iš esmės išjungia superlaidininką toje siauroje srityje. Pavaizduokite kiekvieną mėgintuvėlį kaip mažą superlaidininko sritį superlaidininko viduryje. Jei superlaidininkas juda, srautiniai sūkuriai judės. Vis dėlto atsiminkite du dalykus:

  1. srauto sūkuriai yra magnetiniai laukai
  2. superlaidininkas sukuria sroves, kad galėtų atremti magnetinius laukus (t. y. Meissnerio efektas)

Pati superlaidi medžiaga pati sukurs jėgą, slopinančią bet kokį judesį magnetinio lauko atžvilgiu. Pvz., Pakreipus superlaidininką, jūs jį „užfiksuosite“ arba „įstrigsite“ į tą padėtį. Jis apvažiuos visą trasą tuo pačiu pasvirimo kampu. Šis superlaidininko užrakinimo pagal aukštį ir orientaciją procesas sumažina nepageidaujamą klibėjimą (ir taip pat yra vizualiai įspūdingas, kaip parodė Tel Avivo universitetas).

Jūs galite perorientuoti superlaidininką magnetiniame lauke, nes jūsų ranka gali panaudoti daug daugiau jėgos ir energijos nei tai, ką veikia laukas.

Kiti kvantinės levitacijos tipai

Aukščiau aprašytas kvantinės levitacijos procesas grindžiamas magnetine repulsija, tačiau yra ir kitų siūlomų kvantinės levitacijos metodų, įskaitant tuos, kurie pagrįsti Kazimiro efektu. Vėlgi, tai apima smalsų manipuliavimą medžiagos elektromagnetinėmis savybėmis, todėl belieka įsitikinti, kokia ji praktiška.

Kvantinės levitacijos ateitis

Deja, dabartinis šio efekto intensyvumas yra toks, kad ilgą laiką neturėsime skraidančių automobilių. Be to, jis veikia tik esant stipriam magnetiniam laukui, tai reiškia, kad mums reikės nutiesti naujus magnetinio kelio kelius. Tačiau Azijoje jau yra magnetinių levitacijos traukinių, naudojančių šį procesą, be tradicinių elektromagnetinių levitacijos (maglev) traukinių.

Kitas naudingas pritaikymas yra iš tikrųjų trinties guolių sukūrimas. Guolis galėtų suktis, tačiau jis būtų pakabinamas be tiesioginio fizinio sąlyčio su aplinkiniu korpusu, kad nebūtų jokios trinties. Tam tikrai bus keletas pramoninių pritaikymų, ir mes nuolat žiūrėsime, kai jie pateks į naujienas.

Kvantinė populiariosios kultūros levitacija

Nors pradinis „YouTube“ vaizdo įrašas buvo daug suvaidintas per televiziją, vienas iš ankstyviausių populiariosios kultūros realios kvantinės levitacijos pasirodymų buvo lapkričio 9 d. Stepono Colberto filme. Kolberto pranešimas, „Comedy Central“ satyrinio politinio pundito šou. Colbertas atsivedė mokslininką daktarą Matthew C. Sullivan iš Ithakos koledžo fizikos skyriaus. Colbertas savo auditorijai paaiškino kvantinės levitacijos mokslą tokiu būdu:

Kaip aš tikiu, jūs žinote, kvantinė levitacija reiškia reiškinį, kai magnetinio srauto linijos, tekančios per II tipo superlaidininką, yra pritvirtintos vietoje, nepaisant joms veikiančių elektromagnetinių jėgų. Aš tai sužinojau iš „Snapple“ dangtelio vidinės pusės. Tada jis paleido mini puodelį savo Stepheno Colberto „Americone Dream“ ledų skonio. Jis sugebėjo tai padaryti, nes jie buvo sudėję superlaidų diską ledų taurės dugne. (Atsiprašome, kad atsisakėme vaiduoklio, Colbertas. Ačiū gydytojui Sullivanui, kad jis kalbėjo su mumis apie šio straipsnio pagrindus!)


Žiūrėti video įrašą: Mokslo sriuba: kvantinės fizikos keistumai (Gegužė 2022).