量子懸浮如何工作
互聯(lián)網(wǎng)上的一些視頻顯示了一些叫做"量子懸浮。"這是什么？它是如何工作的？我們能否擁有飛行汽車？
所謂的量子懸浮是科學(xué)家利用量子物理學(xué)的特性將物體（特別是超級(jí)導(dǎo)體）懸浮在磁源（特別是為此目的設(shè)計(jì)的量子懸浮軌道）上的過(guò)程。
量子懸浮科學(xué)
這項(xiàng)工作的原因稱為Meissner效應(yīng)和磁通釘扎。Meissner效應(yīng)規(guī)定磁場(chǎng)中的超導(dǎo)體將總是排出其內(nèi)部的磁場(chǎng)，從而彎曲其周圍的磁場(chǎng)。問(wèn)題是一個(gè)平衡問(wèn)題。如果你剛剛在磁鐵頂部放置一個(gè)超級(jí)導(dǎo)體，那么超級(jí)導(dǎo)體就會(huì)從磁鐵上漂浮下來(lái)，就像試圖平衡兩個(gè)南方磁極的巴磁鐵彼此。
如特拉維夫大學(xué)超級(jí)導(dǎo)體集團(tuán)所述，通過(guò)通量釘扎或量子鎖定過(guò)程，量子懸浮過(guò)程變得更加有趣：
超導(dǎo)性和磁場(chǎng)[sic]彼此不相似。在可能的情況下，超導(dǎo)將從內(nèi)部排出所有的磁場(chǎng)。這是Meissner效應(yīng)。在我們的例子中，由于超導(dǎo)體非常薄，磁場(chǎng)確實(shí)穿透。然而，它在離散量中這樣做（畢竟這是量子物理學(xué)）稱為通量管。里面每個(gè)磁通管超導(dǎo)性被局部破壞。超導(dǎo)體將嘗試將磁管固定在弱區(qū)域（例如晶界）中。超導(dǎo)的任何空間運(yùn)動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致通量管移動(dòng)。為了防止超導(dǎo)體保持"被困"In邁達(dá)爾術(shù)語(yǔ)"量子懸浮"和"量子鎖定"特拉維夫大學(xué)物理學(xué)家蓋伊·德特勒（Guy Deutscher）是該領(lǐng)域的主要研究人員之一。
Meissner Effect
讓我們思考一個(gè)超級(jí)導(dǎo)體真正是什么：它是一種電子能夠非常容易地流動(dòng)的材料。電子在沒(méi)有電阻的情況**過(guò)超導(dǎo)體，因此當(dāng)磁場(chǎng)接近超導(dǎo)材料時(shí)，超導(dǎo)體在其表面上形成小電流，抵消入射的磁場(chǎng)。結(jié)果是超導(dǎo)體表面內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度恰好為零。如果您映射了凈磁場(chǎng)線，它將顯示它們?cè)谖矬w周圍重新彎曲。
但是這是如何使它懸浮的？
當(dāng)超導(dǎo)體放置在磁道上時(shí)，其效果是超導(dǎo)體保持在軌道上方，基本上被軌道's表面處的強(qiáng)磁場(chǎng)推開(kāi)。當(dāng)然，由于磁斥力的力量必須抵消重力，所以它可以被推到軌道上方有多遠(yuǎn)是有限的。
I型超導(dǎo)體的圓盤將以其最極端的版本展示Meissner效應(yīng)，稱為"完美的抗磁性，"并且不會(huì)在材料內(nèi)部包含任何磁場(chǎng)。它'll-levitate，因?yàn)樗噲D避免與磁場(chǎng)的任何接觸。問(wèn)題是懸浮不穩(wěn)定。懸浮對(duì)象贏得't通常保持原位。（同樣的過(guò)程已經(jīng)能夠?qū)⒊瑢?dǎo)體懸浮在凹形碗狀鉛磁體中，其中磁體在所有側(cè)面均勻地推動(dòng)。）
為了有用，懸浮需要更穩(wěn)定。量子鎖定發(fā)揮作用的地方。
Flux Tubes
量子鎖定過(guò)程的關(guān)鍵要素之一是這些通量管的存在，稱為a"渦旋"。如果超導(dǎo)體非常薄，或者如果超導(dǎo)體是II型超導(dǎo)體，則它花費(fèi)較少的超導(dǎo)體能量以允許一些磁場(chǎng)穿透超導(dǎo)體。這就是為什么在磁場(chǎng)實(shí)際上能夠"滑過(guò)"超導(dǎo)體的區(qū)域中形成通量渦旋的原因。
在上述特拉維夫團(tuán)隊(duì)描述的情況下，他們能夠在晶片表面上生長(zhǎng)特殊的薄陶瓷薄膜。當(dāng)冷卻時(shí)，該陶瓷材料是II型超導(dǎo)體。因?yàn)樗?如此之薄，所展示的抗磁性不是't完美。。。允許產(chǎn)生通過(guò)材料的這些通量渦旋。
即使超導(dǎo)體材料非常薄，也可以在II型超導(dǎo)體中形成通量渦旋。II型超導(dǎo)體可以設(shè)計(jì)成增強(qiáng)這種效果，稱為"增強(qiáng)通量釘扎。"
量子鎖定
當(dāng)電場(chǎng)以通量管的形式滲透到超導(dǎo)體中時(shí)，它基本上關(guān)閉該窄區(qū)域中的超導(dǎo)體。將每個(gè)管描繪成超級(jí)導(dǎo)體中間的微小非超導(dǎo)體區(qū)域。如果超導(dǎo)移動(dòng)，則通量渦旋將移動(dòng)。記住兩件事，盡管：
- 通量渦旋科普上海是磁場(chǎng)
- 超導(dǎo)體將產(chǎn)生電流來(lái)抵抗磁場(chǎng)（即Meissner效應(yīng)）
超導(dǎo)體材料本身將產(chǎn)生抑制與磁場(chǎng)有關(guān)的任何運(yùn)動(dòng)的力。例如，如果您傾斜超級(jí)導(dǎo)體，則會(huì)將"鎖定"或"捕獲"將其放入該位置。它'將以相同的傾斜角度繞過(guò)整個(gè)軌道。這種通過(guò)高度和方向?qū)⒊瑢?dǎo)體鎖定在適當(dāng)位置的過(guò)程減少了任何不希望的擺動(dòng)（并且也是可視的令人印象深刻，如特拉維夫大學(xué)所示。）
您'能夠在磁場(chǎng)內(nèi)重新定向超級(jí)導(dǎo)體，因?yàn)槟氖挚梢允┘颖葓?chǎng)施加的力和能量多得多的力和能量。
其他類型的量子懸浮
上述量子懸浮過(guò)程基于磁排斥，但已經(jīng)提出了其他量子懸浮方法，包括一些基于Casimir效應(yīng)的方法。同樣，這涉及對(duì)材料的電磁特性的一些奇怪的操縱，因此還有待觀察它是多么實(shí)用。
量子懸浮的未來(lái)
不幸的是，這種影響的當(dāng)前強(qiáng)度是這樣的，我們贏得了相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間的飛行汽車。此外，它只適用于強(qiáng)磁場(chǎng)，這意味著我們需要建立新的磁道。然而，除了更傳統(tǒng)的電磁懸?。╩aglev）列車之外，亞洲已經(jīng)有使用此過(guò)程的磁懸浮列車。
另一個(gè)有用的應(yīng)用是創(chuàng)建真正無(wú)摩擦的軸承。軸承將能夠旋轉(zhuǎn)，但它將懸掛而不會(huì)與周圍外殼直接物理接觸，這樣就不會(huì)有任何摩擦。這肯定會(huì)有一些工業(yè)應(yīng)用，當(dāng)他們點(diǎn)擊新聞時(shí)，我們會(huì)睜大眼睛。
大眾文化中的量子懸浮
雖然最初的YouTube視頻在電視上播放很多節(jié)目，但最早出現(xiàn)的真正量子懸浮的流行文化出現(xiàn)之一是11月9日Stephen Colbert'集;sColbert Report，一部漫畫中心悲觀政治譴責(zé)節(jié)目?？茽柌貛?lái)了伊薩卡學(xué)院物理系的科學(xué)家Matthew C.Sullivan博士?？茽柌叵蛩挠^眾解釋了s量子懸浮背后的科學(xué)：
正如我所知，量子懸浮是指盡管電磁力作用于它們，流過(guò)II型超導(dǎo)體的磁通線仍固定到位的現(xiàn)象。我從快照的內(nèi)部得知了這一點(diǎn)cap.He然后繼續(xù)懸掛一小杯他的Stephen Colbert'Americone Dream冰淇淋風(fēng)味。他之所以能夠做到這一點(diǎn)，是因?yàn)樗麄冊(cè)诒苛鼙牡撞糠胖昧艘粋€(gè)超級(jí)導(dǎo)電盤。（抱歉放棄這個(gè)鬼影，科爾伯特。感謝沙利文博士與我們談?wù)摫疚谋澈蟮目茖W(xué)
