क्वांटम लेविटेशन कैसे काम करता है

इंटरनेट पर कुछ वीडियो "क्वांटम उत्तोलन" नामक कुछ दिखाते हैं। यह क्या है? यह कैसे काम करता है? क्या हम उड़ने वाली कार ले पाएंगे?

क्वांटम उत्तोलन के रूप में इसे कहा जाता है एक प्रक्रिया है जहाँ वैज्ञानिक के गुणों का उपयोग करते हैं क्वांटम भौतिकी किसी वस्तु को लगाने के लिए (विशेष रूप से, ए superconductor) एक से अधिक चुंबकीय स्रोत (विशेष रूप से इस उद्देश्य के लिए डिज़ाइन किया गया क्वांटम उत्तोलन ट्रैक)।

इस काम का कारण कुछ कहा जाता है मीस्नर प्रभाव और चुंबकीय प्रवाह पिनिंग। मीस्नर प्रभाव बताता है कि एक चुंबकीय क्षेत्र में एक सुपरकंडक्टर हमेशा चुंबकीय क्षेत्र को उसके अंदर निष्कासित कर देगा, और इस तरह उसके चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र झुक जाएगा। समस्या संतुलन का विषय है। यदि आप सिर्फ एक चुंबक के ऊपर एक सुपरकंडक्टर रखते हैं, तो सुपरकंडक्टर बस बंद हो जाएगा चुंबक, प्रत्येक के खिलाफ बार मैग्नेट के दो दक्षिण चुंबकीय ध्रुवों को संतुलित करने की कोशिश कर रहा है अन्य।

क्वांटम उत्तोलन प्रक्रिया फ्लक्स पिनिंग, या क्वांटम लॉकिंग की प्रक्रिया के माध्यम से कहीं अधिक पेचीदा हो जाती है, जैसा कि तेल अवीव विश्वविद्यालय के सुपरकंडक्टर समूह द्वारा इस प्रकार वर्णित है:

अतिचालकता और चुंबकीय क्षेत्र [sic] एक दूसरे को पसंद नहीं करते हैं। जब संभव हो, तो सुपरकंडक्टर सभी चुंबकीय क्षेत्र को अंदर से बाहर निकाल देगा। यह मीस्नर प्रभाव है। हमारे मामले में, चूंकि सुपरकंडक्टर बेहद पतला है, इसलिए चुंबकीय क्षेत्र में प्रवेश नहीं होता है। हालांकि, यह असतत मात्रा में है (यह है) क्वांटम भौतिकी आख़िरकार! ) फ्लक्स ट्यूब कहा जाता है। प्रत्येक चुंबकीय प्रवाह ट्यूब के अंदर अतिचालकता स्थानीय रूप से नष्ट हो जाती है। सुपरकंडक्टर कमजोर क्षेत्रों (जैसे अनाज की सीमाओं) में चुंबकीय ट्यूबों को पिन रखने की कोशिश करेगा। सुपरकंडक्टर के किसी भी स्थानिक आंदोलन से फ्लक्स ट्यूबों को स्थानांतरित करने का कारण होगा। यह रोकने के लिए कि सुपरकंडक्टर मिडेयर में "फंसा" रहता है। "क्वांटम उत्तोलन" और "क्वांटम लॉकिंग" शब्द तेल अवीव विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी गाय डॉचर द्वारा इस प्रक्रिया के लिए तैयार किए गए थे, जो इस क्षेत्र के प्रमुख शोधकर्ताओं में से एक थे।

आइए विचार करें कि वास्तव में सुपरकंडक्टर क्या है: यह एक ऐसी सामग्री है जिसमें इलेक्ट्रॉन बहुत आसानी से प्रवाह करने में सक्षम होते हैं। इलेक्ट्रॉनों बिना किसी प्रतिरोध के सुपरकंडक्टर्स के माध्यम से प्रवाहित होते हैं, ताकि जब चुंबकीय क्षेत्र ए के करीब हो जाए सुपरकंडक्टिंग सामग्री, सुपरकंडक्टर इसकी सतह पर छोटे धाराओं का निर्माण करता है, आने वाले को रद्द करता है चुंबकीय क्षेत्र। परिणाम यह है कि सुपरकंडक्टर की सतह के अंदर चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता ठीक शून्य है। यदि आप शुद्ध चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को मैप करते हैं तो यह दर्शाएगा कि वे ऑब्जेक्ट के चारों ओर झुक रहे हैं।

लेकिन यह कैसे उत्तोलन करता है?

जब एक सुपरकंडक्टर को चुंबकीय ट्रैक पर रखा जाता है, तो प्रभाव यह होता है कि सुपरकंडक्टर बना रहता है ट्रैक के ऊपर, अनिवार्य रूप से ट्रैक पर मजबूत चुंबकीय क्षेत्र द्वारा दूर धकेल दिया जा रहा है सतह। ट्रैक को ऊपर से कितनी दूर तक धकेल दिया जा सकता है, निश्चित रूप से, क्योंकि चुंबकीय प्रतिकर्षण की शक्ति को बल का प्रतिकार करना पड़ता है गुरुत्वाकर्षण.

टाइप -1 सुपरकंडक्टर की एक डिस्क अपने सबसे चरम संस्करण में मीस्नर प्रभाव प्रदर्शित करेगी, जिसे "संपूर्ण डायमेग्नेटिज़्म" कहा जाता है, और इसके अंदर कोई चुंबकीय क्षेत्र नहीं होगा सामग्री। यह उत्तोलन करेगा, क्योंकि यह चुंबकीय क्षेत्र के साथ किसी भी संपर्क से बचने की कोशिश करता है। इसके साथ समस्या यह है कि उत्तोलन स्थिर नहीं है। लेविटेटिंग ऑब्जेक्ट सामान्य रूप से नहीं रहेगा। (यह एक ही प्रक्रिया सुपरकंडक्टर्स को एक अवतल, कटोरे के आकार के लीड चुंबक के भीतर ले जाने में सक्षम है, जिसमें चुंबकत्व सभी पक्षों पर समान रूप से जोर दे रहा है।)

उपयोगी होने के लिए, उत्तोलन को थोड़ा और स्थिर होना चाहिए। यहीं से क्वांटम लॉकिंग की शुरुआत होती है।

क्वांटम लॉकिंग प्रक्रिया के प्रमुख तत्वों में से एक इन फ्लक्स ट्यूबों का अस्तित्व है, जिसे "भंवर" कहा जाता है। यदि एक सुपरकंडक्टर बहुत पतला है, या यदि सुपरकंडक्टर एक टाइप- II सुपरकंडक्टर है, तो यह सुपरकंडक्टर कम ऊर्जा खर्च करता है जिससे कुछ चुंबकीय क्षेत्र सुपरकंडक्टर में प्रवेश कर सके। इसीलिए फ्लक्स भंवर बनता है, उन क्षेत्रों में जहां चुंबकीय क्षेत्र प्रभावी है, सुपरकंडक्टर के माध्यम से "स्लिप"।

ऊपर तेल अवीव टीम द्वारा वर्णित मामले में, वे एक वेफर की सतह पर एक विशेष पतली सिरेमिक फिल्म विकसित करने में सक्षम थे। ठंडा होने पर, यह सिरेमिक सामग्री एक प्रकार- II सुपरकंडक्टर है। क्योंकि यह बहुत पतली है, प्रदर्शित अतिवाद सही नहीं है... सामग्री के माध्यम से गुजरने वाले इन फ्लक्स भंवरों के निर्माण की अनुमति।

फ्लक्स भंवर टाइप II सुपरकंडक्टर्स में भी बन सकते हैं, भले ही सुपरकंडक्टर सामग्री बहुत पतली न हो। टाइप -2 सुपरकंडक्टर को इस प्रभाव को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, जिसे "एन्हांस्ड फ्लक्स पिनिंग" कहा जाता है।

जब क्षेत्र एक फ्लक्स ट्यूब के रूप में सुपरकंडक्टर में प्रवेश करता है, तो यह अनिवार्य रूप से उस संकीर्ण क्षेत्र में सुपरकंडक्टर को बंद कर देता है। प्रत्येक ट्यूब को सुपरकंडक्टर के मध्य के भीतर एक छोटे गैर-सुपरकंडक्टर क्षेत्र के रूप में चित्रित करें। यदि सुपरकंडक्टर चलता है, तो फ्लक्स भंवर हिलेंगे। हालांकि दो बातें याद रखें:

1. फ्लक्स भंवर चुंबकीय क्षेत्र हैं
2. सुपरकंडक्टर चुंबकीय क्षेत्र (यानी मीस्नर प्रभाव) का मुकाबला करने के लिए धाराओं का निर्माण करेगा

बहुत सुपरकंडक्टर सामग्री ही चुंबकीय क्षेत्र के संबंध में किसी भी प्रकार की गति को बाधित करने के लिए एक बल बनाएगी। यदि आप सुपरकंडक्टर को झुकाते हैं, उदाहरण के लिए, आप उस स्थिति में "लॉक" या "ट्रैप" करेंगे। यह एक ही झुकाव कोण के साथ पूरे ट्रैक पर जाएगा। की यह प्रक्रिया सुपरकंडक्टर को जगह में बंद करना ऊंचाई और अभिविन्यास किसी भी अवांछनीय कम कर देता है (और यह भी नेत्रहीन प्रभावशाली है, जैसा कि तेल अवीव विश्वविद्यालय द्वारा दिखाया गया है)।

आप चुंबकीय क्षेत्र के भीतर सुपरकंडक्टर को फिर से उन्मुख करने में सक्षम हैं क्योंकि आपका हाथ उस क्षेत्र की तुलना में कहीं अधिक बल और ऊर्जा लगा सकता है।

ऊपर वर्णित क्वांटम उत्तोलन की प्रक्रिया चुंबकीय प्रतिकर्षण पर आधारित है, लेकिन क्वांटम उत्तोलन के अन्य तरीके हैं जो प्रस्तावित किए गए हैं, जिनमें से कुछ कासिमिर प्रभाव पर आधारित हैं। फिर, इसमें सामग्री के विद्युत चुम्बकीय गुणों के कुछ जिज्ञासु हेरफेर शामिल हैं, इसलिए यह देखना बाकी है कि यह कितना व्यावहारिक है।

दुर्भाग्य से, इस प्रभाव की वर्तमान तीव्रता ऐसी है कि हमारे पास कुछ समय के लिए उड़ने वाली कारें नहीं होंगी। इसके अलावा, यह केवल एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र पर काम करता है, जिसका अर्थ है कि हमें नए चुंबकीय ट्रैक सड़कों के निर्माण की आवश्यकता होगी। हालांकि, एशिया में पहले से ही चुंबकीय उत्तोलन ट्रेनें हैं जो इस प्रक्रिया का उपयोग करती हैं, अधिक पारंपरिक विद्युत चुम्बकीय उत्तोलन (मैग्लेव) ट्रेनों के अलावा।

एक और उपयोगी अनुप्रयोग वास्तव में घर्षण रहित बीयरिंग का निर्माण है। यह असर घूमने में सक्षम होगा, लेकिन इसे आसपास के आवास के साथ सीधे शारीरिक संपर्क के बिना निलंबित कर दिया जाएगा ताकि कोई घर्षण न हो। निश्चित रूप से इसके लिए कुछ औद्योगिक अनुप्रयोग होंगे, और जब हम समाचार मारेंगे तो हम अपनी आँखें खुली रखेंगे।

जबकि शुरुआती YouTube वीडियो को टेलीविज़न पर बहुत अधिक भूमिका मिली, लेकिन वास्तविक क्वांटम उत्तोलन के शुरुआती लोकप्रिय संस्कृति में से एक 9 नवंबर के स्टीफन कोलबर्ट के एपिसोड में था। कोलबर्ट रिपोर्ट, एक कॉमेडी सेंट्रल व्यंग्यात्मक राजनीतिक पंडित शो। कोल्बर्ट वैज्ञानिक डॉ। मैथ्यू सी। सुलिवान इथाका कॉलेज भौतिकी विभाग से। कोलबर्ट ने अपने दर्शकों को क्वांटम उत्तोलन के पीछे के विज्ञान को इस तरह समझाया:

जैसा कि मुझे यकीन है कि आप जानते हैं, क्वांटम उत्तोलन उस घटना को संदर्भित करता है जिससे चुंबकीय प्रवाह रेखाएं निकलती हैं एक प्रकार- II सुपरकंडक्टर के माध्यम से बहने पर विद्युत चुम्बकीय बलों के अभिनय के बावजूद जगह बनाई जाती है उन पर। मैंने सीखा है कि एक स्नैपल टोपी के अंदर से। इसके बाद वह अपने स्टीफन कोलबर्ट के आमेरिको ड्रीम आइसक्रीम स्वाद का एक छोटा कप लगाने के लिए आगे बढ़ा। वह ऐसा करने में सक्षम था क्योंकि उन्होंने आइसक्रीम कप के नीचे एक सुपरकंडक्टर डिस्क रखी थी। (भूत, कोलबर्ट को छोड़ने के लिए क्षमा करें। इस लेख के पीछे के विज्ञान के बारे में हमारे साथ बोलने के लिए डॉ। सुलिवन का धन्यवाद! ”