一個可能會影響人類發展進程的研究成果,這兩天在質疑聲中逐漸發酵。
這就是室溫超導。
但凡上過初高中物理課的同學,肯定對關于電學的基本理論有一些了解。
什么是導體?就是能傳導電流的物體。生活中的導體無處不在,也正是依靠導體,電流才能正常傳輸到人類社會的各種使用電能的設備中。
什么是電阻?不同導體的一個主要的區別,就在于他們傳導電流的難易程度不同,這種難易程度,或者說導體對于電流傳輸的阻礙程度,就是電阻。電阻越大,導體對電流的阻礙作用越大,則電流在傳輸的過程中損耗越大。
而根據能量守恒原則,電流通過導體時損耗的電能會轉化為熱能,這就是電氣設備運轉過程中發熱、需要散熱的原因,否則持續的高溫會導致元器件損壞。
因此,以上部分結論就是,導體能導電,但是有電阻,電阻越小導電過程中損耗越小,越不需要散熱。
因此,雖然事物都有兩面性,但是對于絕大多數情況下的導體來說,電阻越小,一定是越好的。而不同導體的導電性能,或者說電阻差別非常大,這就導致某些材料非常適合用于電的傳輸,比如常見金屬中電阻最小的銀,以及考慮成本后廣泛應用的銅。
以上,物理課講授完畢。
那存不存在一種材料,電阻為0呢?
在20世紀初,科學家發現,某些物質在極低的溫度時,如鋁在-271.76℃以下,鉛在-265.95℃以下,電阻就變成了零。這種電阻為零(實際上是無限接近于0)的現象,就被稱為超導。
要實現這種超低溫環境,實驗室還可以,但是想應用于實際場景,無異于癡人說夢。
不過,科學家們逐漸發現一些材料,不在這么低溫的環境下,依然可以出現超導現象,而這種超導被稱為高溫超導。
那是有多高溫呢?一般認為高溫超導的高溫是液態氮以上的溫度,即:零下196度。
雖然這依然是個令人恐怖的低溫,但高溫超導讓超導邁向了實際應用的第一步,而科學家們則始終致力于將超導溫度往上一點點抬升的研究之中,希望有朝一日能實現室溫下的超導現象。因為室溫超導一旦能大范圍應用,意義簡直過于炸裂。
首先是電力和信息傳輸的革命性突破。電能的傳輸需要使用導體,導體電阻越小,則電在傳輸過程中損耗越小,而如果真的能使用超導體輸電,則可顯著提升電能傳輸效率,大大減少能源消耗。而信息的傳輸部分也依靠電信號的傳輸(同軸電纜、雙絞線等等),因此超導體同樣可以使得信息傳輸距離大幅提升。
其次是全部用電設備性能的大幅提升。如果將超導材料使用在電子設備上(手機、平板、電腦等等everything!),相同的原理,電在電子設備內部傳輸的過程中損耗降低,無論是電子產品的發熱還是電量損耗,都會明顯改善,實現電子科技領域大進步。
如果超導體使用在電動汽車上,則可以帶來電動車領域的巨大革命:同樣由于傳輸損耗顯著降低,相同的電池,可以驅動電車行駛更遠,電動汽車的缺點將不復存在,燃油汽車將被徹底革命。
以上例子不勝枚舉。
而超導體不單單會在電的領域掀起技術騰飛浪潮,與電相伴相生的磁的領域,也將出現翻天覆地的變化。
這里就要引入同樣是初高中物理課本中提到的電生磁現象:1820年4月,丹麥科學家奧斯特在上課時,無意中讓通電的導線靠近指南針,他突然發現指南針竟然動了,并最終確認通電導線會產生磁場的現象,也讓分別被獨立發現的電和磁,從此以后被聯系在了一起。
而現代社會,正是通過電生磁的原理,來實現磁懸浮列車、核磁共振等各領域需要強磁場環境的應用,但此類應用因為需要產生強力磁場,如果使用普通導體,一方面無法產生超高磁場,另一方面必須需要極高電流,而這樣帶來的超高能耗、導體巨量發熱幾乎無實際應用價值。
所以,此類場景,一般要硬著頭皮上高溫超導體(解釋見上文)。
尤其在磁懸浮領域,超導體具有稱為邁斯納效應的完全抗磁性,即當把超導體放進磁場中時,在超導體表面會形成感應電流,該電流所激發的磁場和外磁場等值且完全反向,實現超導懸浮。
因此,邁斯納效應和零電阻現象是實驗上判定一個材料是否為超導體的兩大要素。
所以,超導一旦能在室溫下產生,則同樣會顛覆依靠強磁場的醫學影像、量子加速、磁懸浮等等領域。
簡單來說,室溫超導體能實現,則約等于新一輪工業革命實現。科技升維帶來社會大發展、基建大躍進。
而眼下,室溫超導似乎有點眉目。
7月22日上午,韓國量子能源研究中心公司相關研究團隊發布最新研究成果,稱發現一種命名為LK-99的銅摻雜鉛磷灰石材料擁有室溫超導能力。
這個轟動科學界的新聞,讓全球研究室溫超導的團隊、實驗室都第一時間展開復現試驗。
目前的結果是,真真假假,假假真真,有的團隊認為LK-99的結果是錯誤的,有些從理論角度證實可行性。
而隨著時間推進,已經有多個團隊部分證實LK-99的室溫超導現象,主要是邁斯納效應。
但是依然沒有團隊100%復現韓國方面的試驗數據,100%證實LK-99是超導體。
在科技界,有一種技術奇點的理論,即技術發展總是在很短的時間內發生極大的接近于無限的進步,在極短的時間里徹底改變人類世界的狀態。
比如蒸汽機的發明,比如電的使用,比如集成電路的發明,比如電話的發明。
而LK-99會不會成為下一個人類社會技術奇點的導火索,只能再讓子彈飛一會兒了。
編輯:黃飛
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原文標題:室溫超導,和我們有啥關系
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