一個可能會影響人類發(fā)展進程的研究成果,這兩天在質(zhì)疑聲中逐漸發(fā)酵。
這就是室溫超導(dǎo)。
但凡上過初高中物理課的同學(xué),肯定對關(guān)于電學(xué)的基本理論有一些了解。
什么是導(dǎo)體?就是能傳導(dǎo)電流的物體。生活中的導(dǎo)體無處不在,也正是依靠導(dǎo)體,電流才能正常傳輸?shù)饺祟惿鐣母鞣N使用電能的設(shè)備中。
什么是電阻?不同導(dǎo)體的一個主要的區(qū)別,就在于他們傳導(dǎo)電流的難易程度不同,這種難易程度,或者說導(dǎo)體對于電流傳輸?shù)淖璧K程度,就是電阻。電阻越大,導(dǎo)體對電流的阻礙作用越大,則電流在傳輸?shù)倪^程中損耗越大。
而根據(jù)能量守恒原則,電流通過導(dǎo)體時損耗的電能會轉(zhuǎn)化為熱能,這就是電氣設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中發(fā)熱、需要散熱的原因,否則持續(xù)的高溫會導(dǎo)致元器件損壞。
因此,以上部分結(jié)論就是,導(dǎo)體能導(dǎo)電,但是有電阻,電阻越小導(dǎo)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(shù)情況下的導(dǎo)體來說,電阻越小,一定是越好的。而不同導(dǎo)體的導(dǎo)電性能,或者說電阻差別非常大,這就導(dǎo)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(yīng)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(xué)家發(fā)現(xiàn),某些物質(zhì)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(xiàn)象,就被稱為超導(dǎo)。
要實現(xiàn)這種超低溫環(huán)境,實驗室還可以,但是想應(yīng)用于實際場景,無異于癡人說夢。
不過,科學(xué)家們逐漸發(fā)現(xiàn)一些材料,不在這么低溫的環(huán)境下,依然可以出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象,而這種超導(dǎo)被稱為高溫超導(dǎo)。
那是有多高溫呢?一般認為高溫超導(dǎo)的高溫是液態(tài)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(dǎo)讓超導(dǎo)邁向了實際應(yīng)用的第一步,而科學(xué)家們則始終致力于將超導(dǎo)溫度往上一點點抬升的研究之中,希望有朝一日能實現(xiàn)室溫下的超導(dǎo)現(xiàn)象。因為室溫超導(dǎo)一旦能大范圍應(yīng)用,意義簡直過于炸裂。
首先是電力和信息傳輸?shù)母锩酝黄?/strong>。電能的傳輸需要使用導(dǎo)體,導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(shè)備性能的大幅提升。如果將超導(dǎo)材料使用在電子設(shè)備上(手機、平板、電腦等等everything!),相同的原理,電在電子設(shè)備內(nèi)部傳輸?shù)倪^程中損耗降低,無論是電子產(chǎn)品的發(fā)熱還是電量損耗,都會明顯改善,實現(xiàn)電子科技領(lǐng)域大進步。
如果超導(dǎo)體使用在電動汽車上,則可以帶來電動車領(lǐng)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(qū)動電車行駛更遠,電動汽車的缺點將不復(fù)存在,燃油汽車將被徹底革命。
以上例子不勝枚舉。
而超導(dǎo)體不單單會在電的領(lǐng)域掀起技術(shù)騰飛浪潮,與電相伴相生的磁的領(lǐng)域,也將出現(xiàn)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(xiàn)象:1820年4月,丹麥科學(xué)家奧斯特在上課時,無意中讓通電的導(dǎo)線靠近指南針,他突然發(fā)現(xiàn)指南針竟然動了,并最終確認通電導(dǎo)線會產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象,也讓分別被獨立發(fā)現(xiàn)的電和磁,從此以后被聯(lián)系在了一起。
而現(xiàn)代社會,正是通過電生磁的原理,來實現(xiàn)磁懸浮列車、核磁共振等各領(lǐng)域需要強磁場環(huán)境的應(yīng)用,但此類應(yīng)用因為需要產(chǎn)生強力磁場,如果使用普通導(dǎo)體,一方面無法產(chǎn)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(dǎo)體巨量發(fā)熱幾乎無實際應(yīng)用價值。
所以,此類場景,一般要硬著頭皮上高溫超導(dǎo)體(解釋見上文)。
尤其在磁懸浮領(lǐng)域,超導(dǎo)體具有稱為邁斯納效應(yīng)的完全抗磁性,即當把超導(dǎo)體放進磁場中時,在超導(dǎo)體表面會形成感應(yīng)電流,該電流所激發(fā)的磁場和外磁場等值且完全反向,實現(xiàn)超導(dǎo)懸浮。
因此,邁斯納效應(yīng)和零電阻現(xiàn)象是實驗上判定一個材料是否為超導(dǎo)體的兩大要素。
所以,超導(dǎo)一旦能在室溫下產(chǎn)生,則同樣會顛覆依靠強磁場的醫(yī)學(xué)影像、量子加速、磁懸浮等等領(lǐng)域。
簡單來說,室溫超導(dǎo)體能實現(xiàn),則約等于新一輪工業(yè)革命實現(xiàn)。科技升維帶來社會大發(fā)展、基建大躍進。
而眼下,室溫超導(dǎo)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(guān)研究團隊發(fā)布最新研究成果,稱發(fā)現(xiàn)一種命名為LK-99的銅摻雜鉛磷灰石材料擁有室溫超導(dǎo)能力。
這個轟動科學(xué)界的新聞,讓全球研究室溫超導(dǎo)的團隊、實驗室都第一時間展開復(fù)現(xiàn)試驗。
目前的結(jié)果是,真真假假,假假真真,有的團隊認為LK-99的結(jié)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(jīng)有多個團隊部分證實LK-99的室溫超導(dǎo)現(xiàn)象,主要是邁斯納效應(yīng)。
但是依然沒有團隊100%復(fù)現(xiàn)韓國方面的試驗數(shù)據(jù),100%證實LK-99是超導(dǎo)體。
在科技界,有一種技術(shù)奇點的理論,即技術(shù)發(fā)展總是在很短的時間內(nèi)發(fā)生極大的接近于無限的進步,在極短的時間里徹底改變?nèi)祟愂澜绲臓顟B(tài)。
比如蒸汽機的發(fā)明,比如電的使用,比如集成電路的發(fā)明,比如電話的發(fā)明。
而LK-99會不會成為下一個人類社會技術(shù)奇點的導(dǎo)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(dǎo),和我們有啥關(guān)系
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