常温超导实现后的世界
" 今年的诺奖被提前预定了。 "
" 这是人类文明的大进化! "
" 整个世界都会被颠覆! "
昨天,一枚物理学界的核弹爆了, " 室温超导 " 四个字,轰炸了差评君微信群和各大网站的热门。
这么说吧,就连前几天还在发沙雕图的群友,昨天也一个个化身成了科学家,跟差评君描绘着被超导重塑的未来。
而按照 A 股的惯例,随着消息的疯传,新闻也很快进化到了笑话阶段。
反正一时间,整个世界好像就只有我没学过 “ 前沿物理 ” 一样。
而这一切的一切,都要从昨天美国物理学会年会上的论文谈起。
简单来说,就是来自罗彻斯特大学的 Ranga Dias 团队,声称整出来一种新材料。
这玩意加压到 1 万个标准大气压,再将温度降至 21 摄氏度以下的室温环境下,就会出现超导现象。
而为了吃瓜吃出严谨,吃出风采,差评君第一时间联系了中科院物理所罗老师和相关学术人士,对超导的那些事儿,也终于有了些了解。
首先就是大伙们的沸腾,原来真是有科学依据的。
因为在学术界,人们实在是太想要一个真正好用的超导材料了。。
首先先给一脸懵逼的差友们说说什么是 “ 超导 ” ,它其实是超级导电体的简称,是某一种材料在特殊的条件( 一般是低温 )下,呈现零电阻、抗磁性的超导状态。
电流来自定向移动的电子,只要给电子移动建立 “ 特别通道 ” ,就能实现零电阻
而零电阻、抗磁性这两个特性,就给超导材料带来了不少 " 超能力 " 。。。
第一个就是 “ 能省电 ” ,而且不是一般的省。
据统计,我们目前用铜或铝导线输电,约有 15% 的电能损耗。
光是在中国,每年的发电量就接近 9 万亿千瓦时,而其中的损失,高达 1 万多亿度,相当于广东和江苏两省一整年的用电量。
由于超导材料没有电阻,这玩意儿要是有机会用在电力运输上,电力损耗几乎就能忽略不计。
咱们粗暴地算,如果电费 5 毛一度,那这能创造 5000 亿的利润,谁不心动啊。
而且咱去医院看病,常用的核磁共振也需要超导材料的参与。放在以前,想要让里面的线圈达到超导的状态,就得灌一堆液氮进去给他降温。
一旦用上常温常压的超导材料,核磁做起来就方便多了。
当然,这还是比较基础的运用。
更令人振奋的是,一旦常温常压超导体有了合适的突破,那商用核聚变可能都不是梦了。
就说托卡马克这个技术路线吧。它的核心就在于,要用超强的磁场约束一团高能粒子。
如何长时间、低成本地维持这个磁场,一直都是个大难题。
这就差报上超导材料的 “ 身份证号 ” 了啊。
因为超导材料没有电阻,就能通一个很大很大的电流,它就能搁里头一直转,不会有能量被损耗为热量,就能制造一个超强的磁场,并不用很大成本地维持下去。
核聚变一旦商用,带来的变化可就不是我几句话能说清楚的,那估计比当年进入蒸汽时代的改变还要夸张。
那估计肯定有见识广的差友说了,超导材料不是早就有了么?
是的,确实,我们现在发现了很多超导材料,可它们的使用条件都非常苛刻。
前面我不断强调的,也是超导材料最难达到的,就是 “ 常温 ” “ 常压 ” 两个限定词。
从超导材料诞生之初,超导就和低温是好朋友。最初的超导现象就是水银在零下 269 度被发现的。
要知道,这个温度再下降 4 度,就是人类不可接近的绝对零度( -273.15 度 )了,可见这条件有多苛刻。
而上世纪 80 年代发现的铜氧化物,则在液氮温区( 77K 或 -195.8 ° C )实现了超导电性。放在当时,已经算是了不起的进步了。
不过,即使是条件不那么苛刻了,大规模应用也遥遥无期。
想象一下,辛辛苦苦建造一条几百公里的超导输电线,还需要全程浸泡在液氮中冷却,这成本得多么夸张!
而除此之外,一些超导材料也往往需要在极高的压力下才能维持超导状态。
比如一些富氢化物超导材料,就需要施加于上百万个大气压强的作用。
人们不得不用金刚石挤压来保证高压环境▼
而且中科院物理所的罗老师告诉我们,在施压过程中,崩坏施压的金刚石的事也时有发生。。
这成本,你让想国家电网按吨采购?别说在常态保持高压了,这电缆全用金刚石做也不行啊。
这也是此次 Dias 发布的论文如此震撼的原因,迟迟没有革命突破的超导物理学,终于找到了突破口——常温超导、且维持超导状态压力也没有那么苛刻。
虽然说这个材料想要维持超导状态,还要再持续地施加 1 万个大气压的压力,但这个已经相比以前已经是巨大的突破。
毕竟 1 万个大气压强相对以前上百万个大气压强,真的是轻松太多。
也就是说,如果这个作者的数据是真实的,那么人们再在这个方向上继续努努力,没准有一天还真有可能找到 “ 常温 ”“ 常压 ” 的超导材料。
好吧,我要强调一下,如果这个数据是真实的。。。
我之所以会这么说,是因为这个作者也有些争议。
2020 年,作者 Dias 在《 自然 》杂志上发表了一篇关于室温超导的论文,引发巨大轰动。简直和今天的场景一模一样。
然而, Dias 的这篇论文发表后,众多学术界大牛对他的实验数据表示怀疑,业内的大佬埃雷米茨尝试了 6 次也没能复现出他的实验结果。
于是那篇论文在质疑声中被《 自然 》杂志撤稿。
再往前翻,我们还会发现:2017 年, Dias 和他的导师还发文称发现了金属氢。这玩意由于制造条件太苛刻了,相当难搞。
结果大家满怀兴奋问他要材料的时候,他却说保存不当,没了。
于是这么一来二去,虽然由于高压物理实验上的复杂性,咱真的不好说这个实验数据是不是真的。。。
所以,咱们还是让子弹飞一会。( 据说这一次的实验条件不难,大多数高压实验室都可以做到,相信不少高压实验室都会跟进的。 )
而且,我们还要注意一件事是,哪怕是这个实验数据是真的,我们也不能太乐观。
就像中科院罗老师说的: “ 可以很肯定的说,基于今天这个技术,是不大可能有任何大规模应用的,挑战太大了。 ”
不过,这次的实验还是有标杆意义的。
因为对超导而言,我们的理解程度远远不够。理论不清晰、很多时候都是靠猜和碰。
不过在常规超导领域,一种克服了低温这个要素的超导材料的诞生,可能意味着,新的超导规律的诞生。
人们曾经对 “ 常温 ”“ 常压 ” 是绝望的,现在至少有了希望。
不管怎么说,超导领域能不能雄起,这篇论文真的很重要。
特别鸣谢:感谢中科院物理所的小伙伴对本文的学术支持!
撰文:及格 编辑:面线 & 江江 & 结界 封面:萱萱图文、资料来源:
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