韩国发现的超导材料是真的吗?其实我真的希望是真的

凝荷看国际 2023-08-06 12:37:04

平时干活,电脑机箱里风扇总是不断发出嗡嗡声,经常让我莫名烦躁,时常会产生把风扇扯下来的冲动。然而我并不敢这样干,因为一旦没了风扇,CPU必定会被烧干——如果CPU不会发热,该有多好啊?估计除了我,很多人都有过这样的想法。

7月22日,韩国一研究团队在网络上发表论文称,一个被命名为“LK-99”的材料可实现室温超导,LK-99是由铅磷灰石稍加变动的六方结构,引入了少量的铜,使其可以在127摄氏度以下表现出超导性。

一下子,这个原本远离大众,属于少数人专攻的领域,突然就成了“网红”,也让我扔掉散热风扇的愿望,似乎有了一个盼头。

CPU要装风扇,原因是电流通过线路时要发热,发热又是因为材料有电阻,所谓“超导”就是电阻为零,或者严谨一点讲,电阻低于最灵敏仪器的最小量程。

我们在中学上物理课就学过电压电流电阻这些内容,万物皆有电阻,导体通电会发热是一个常识。物质为什么会有电阻呢?从微观上看,电流就是大量自由电子在导体中移动,而导体是由无数原子组成的,自由电子不可避免地要与之“碰撞”,并传递一部分动能和动量,这些原子不断获得能量,“颤抖”的速度就越来越快,在宏观上就表现为温度越来越高,同时电阻也会变大,又会变得更热。

按照这个循环进行逆向思维,如果不断降低温度,是不是电阻就会越来越低呢?

1911年,来自格罗宁根大学,在德国海德堡大学跟随基尔霍夫学习,主攻低温物理学的荷兰人海克·卡末林·昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes)有了一个神奇的发现——当温度低于4.2K时,水银的电阻真的降到了零!两年后又发现铅和锡也有同样性质,昂内斯因此获得了当年的诺贝尔物理学奖。

“超导”就这样被人类发现了,后来,不断科学家进行探索,发现金属大多都能在极低的温度下变成零电阻,这个温度就叫“临界温度”。

那么超导有什么好处呢?

首先当然是电阻为零,热量损耗不再发生,如果用于输电,将节约15%的能量,如果我的CPU也是用超导做的,就用不上风扇了。其次是会发生迈斯纳效应和约瑟夫森效应,能将原来穿过导体的磁力线全部“排挤”出去,可以用于产生超强磁场,诸如磁悬浮列车,粒子加速器,可控核聚变这些前沿工程领域,或者直接原地起飞,或者大大提速。

这其中,可控核聚变是从超导中受益最多的一项,如果因为超导的突破而得以实现,能源危机将迎刃而解,我们将很快淘汰火力发电甚至是核裂变发电,拥有取之不尽的能量,冲出地球走向宇宙,实现太空移民,都将变得触手可及,还能带动巨量的新产业。

同时,没了电阻,即使是传统结构的芯片,运算速度也将大幅提高,算力会上一个新台阶,大大助力AI水平的提升,大数据应用将不再受到算力的限制,到时候可以人手一部“超算”,半导体行业将迎来一个新风口。

总之,我们的生活也将发生翻天覆地的变化,人类将迎来新一波科技革命,所产生的红利,将超过之前人类三次科技革命的总和!顺延下来,很多经济乃至政治、社会问题都将获得解决,现在流行的“佛系青年”、“躺平文化”会消失,甚至一些长期难以解决的国际冲突,也将迎来和平的曙光。

好处的确是不少,我都要畅想火星生活了……但回到现实,难题却是一个接着一个。

首先是这几K,零下两百六七十度的低温实在太难搞。产生这样的低温,还要长时间保持,本身就要消耗大量的能源,这一进一出,产出甚至还是负的。

这不免让人顿时气馁,该怎么办呢?

很快,科学家们又发现,用加压的办法可以提高临界温度。2019年,德国的马克斯普朗克研究所就实现了零下23摄氏度的超导,只是需要170万个大气压。这是啥概念?目前威力最大的坦克炮,膛压也不超过6000个大气压,“170万”大约是地心压力的一半还多,这只有试验意义,离工程应用仍然非常遥远。

所以,寻找常压条件下的常温超导新材料,使之可以在现实工程层面上得以运用,就成了科学界竞相追逐的目标,谁要是办成了,不光会青史留名,现实中更是会获得丰厚回报。

然而,这个事同样难办。

因为迄今为止,并没有一个有效的理论能够解释超导现象的产生,也就起不到指导作用。我们现在以计算机技术打底,飞速发展的信息产业,正是建立在相对论和量子力学这些基础理论建立的坚实基座之上,很难想象,没有这个基础,只靠瞎摸,就能达到今天的水平。

这就意味着,所有寻找常压常温超导材料的工作,不像是科学探索,更像是唐朝道人的炼丹,或者欧洲术士的炼金,在一片未知中摸黑试错,希望有一天能觅得一个绝佳的配方。

尽管人类确有一些科学发现是在误打误撞中产生的,但寻找理想超导材料的难度不知要高出多少个数量级,因为各种物质以不同的配方、不同的比例、不同的工艺而形成的组合方式,简直是无穷无尽,在没有理论指导的前提下,只能依靠模糊的经验去反复尝试,即使排除一些明显不可能的组合,成功的概率也实在很低,运气的成分很大,所以实现这个突破就不一定是我们印象的传统科技大国了,完全有可能出自某些小国或者小团体。

但我们人类就是这样,无论如何也要走出一条新路来,再难也要走,因为不走就没出路!几百万年前,我们的祖先被迫从树上下来直立行走,然后学会了用火、发明了弓箭长矛、驯化了小麦稻谷猪马牛羊、造出了蒸汽机、计算机、飞机、火箭……从非洲草原到星辰大海,人类就是这样一路闯关活过来的。

所以,无论是这次韩国人,还是以后别的什么人,在超导方面的“发现”,从内心讲,我都希望是真的,因为我们距离上一次科技革命已经有点久了,新的突破来得越早越好——至少,能让我的耳边变得清静一些。

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