室温超导到底有多神?这场新材料革命,会如何改变我们的生活?
美科学家宣称发现新材料,在普通温度下即可实现超导。超导材料又迎来新突破?这是人类未来还是又一次忽悠?
2023年3月7日,美国罗切斯特大学物理学家迪亚斯宣称,他带领的团队发现了室温条件下的超导新材料。消息发布后有人期待有人质疑。最终,迪亚斯团队关于室温超导的论文,被《自然》杂志发表之后又撤稿。室温超导到底是真是假?如果真成功了,对人类又有何意义?
发现已超百年,但始终无法照进现实的超导现象
超导现象虽然火爆,但并不是近些年的新发现,早在100多年前,就有科学家发现了某些物质,在特定环境下电阻会神奇消失的现象。而电阻消失就是超导现象。
1911年,荷兰低温物理学家海克·昂尼斯,通过研究水银率先发现了超导现象,后来又尝试对各种金属进行冷却,然后测试其是否同样能产生超导现象。
经过近两年研究,昂尼斯发现,铅和锡则与水银一样,当温度低到一定程度时,就具备了超导性。也正是凭借着这类低温研究,昂尼斯在1913年获得诺贝尔物理学奖。
虽然超导现象早在20世纪初就被发现,但此后几十年,这项研究一直进展不大,原因就是所需要的条件过于苛刻。实际应用不太行,理论研究也很滞后,一直到1957年才有三位美国科学家,提出关于超导的系统性理论。
这之后几十年,随着电力能源广泛应用,科学家们对超导材料的研究热情,始终居高不下。不过可惜的是,最终却没有什么能应用到实际的研究成果。近百年来,科学家们发现了数以万计的超导体材料,数量虽多,但全都无法应用推广。
因为这些材料想要具备超导性,就必须具备超低温或超高温环境,要么就是处在超高压环境中,这个压力需要达到几百万个大气压才行。
如此严苛的条件,严重制约了超导材料的应用领域。在之前,真正的超导材料只存在于实验室里,离开特殊的环境,它们又会变成普通的金属,超导研究毫无实际意义可言。
新论文发表后,惨遭《自然》杂志撤稿
迪亚斯团队的研究,有望彻底改变这一局面。
团队成员在研究过程中,把氢、氨和钚组合到一起形成新材料,然后在21摄氏度的常温环境下,测得其电阻几乎为零,完全达到了超导材料的要求。当然,这种材料想要实现超导,仍然需要处在1万个大气压的压力环境中。这一新发现一经发布,就引来了中科院专家的关注。
虽然新材料也需要很高的压力环境,但相比于以前动辄需要几百万个大气压的环境,这已经是非常大的进步了。这个研究成果最初发表在《自然》杂志上,很快就引起了业内轰动,质疑者有之,欢欣鼓舞者更多。
就在大家以为超导材料即将进入现实时,《自然》杂志却不顾迪亚斯团队的强烈反对,把这篇发出去的论文撤回了,这就相当于把水泼出去之后又收回来了,着实让人感到恶心,本应当严谨的科学研究,竟搞得如儿戏一般。
不过,撤稿并不是《自然》第一次这样做。2020年10月,迪亚斯团队已经有过类似遭遇。
当时他们成在260万个大气压环境下,在15摄氏度的环境中创造出了超导材料,开启了人类室温超导的先河。不过《自然》杂志在2022年9月撤稿,给出的理由是研究人员在数据处理方面存在违规行为,让编辑们无法完全相信实验结果。
第二次遭遇撤稿,迪亚斯团队的研究成果将面临更严格的审查,迪亚斯对此却很看得开,表示一点都不担心。"我们重复过很多次这个实验,并且还有第三方的观察和验证。"
迪亚斯对自己的研究非常自信,如果杂志方面有需要,可以随时再重复之前的实验。他在发言中还提及2020年那篇被撤的论文,"编辑们对数据的质疑,完全不影响实验结论,我们对实验质量充满信心。"
如果室温超导成为现实,人类社会将实现大跨越
不过迪亚斯自己也承认,室温超导材料从发现到实际,还需要好几年的艰苦工作。而一旦室温超导材料应用到实际生活中,将会给人类社会带来颠覆性的改变,迪亚斯称这是"重塑21世纪的革命性技术"。
首先就是电力传输将节省大量能源。目前传输电力的线路都存在电阻,输电过程中无可避免地浪费掉一部分。研究显示,相比于普通电缆,超导电缆可以节省40%至80%的能量,而我国西电东送工程,每年因为线路电阻造成的浪费,就达到上千亿度的。
其次,磁悬浮技术也将获得突破。磁悬浮列车是现在人类最想要实现的技术,但受制于线圈材质,无法产生足够的悬浮力,这就导致磁悬浮列车一直无法推广。如果有了室温超导材料,它比普通金属线圈能承载更高的电流,产生更大的磁场,磁悬浮列车也就有了实际应用的空间。
第三,在医疗和科研方面,超导材料也应用广泛。譬如医院里的核磁共振,就是利用仪器产生强大的磁场,进而对人体成像。还有尖端科研方面的粒子对撞机、加速器等等,都离不开超导体。室温超导体如果能出现,将进一步提升这些仪器的功能和效率。
第四,还可用于超导计算机和超导武器方面。计算机的普及开启了人类新的技术革命,而超导材料打造的计算机,必将让这场革命更加深化发展。
目前,基于简单超导材料制造的计算机,就达到了每秒执行500亿次指令的水平,比最先进的传统计算机还要强大百倍,如果超导材料更加进步,超导计算机必将更加强大。武器也是类似的道理。
超导材料的研究,虽算不上新技术革命,但绝对是一场颠覆全球的材料革命,哪个国家能率先研究出室温超导材料,必将在国际竞争中占据优势地位。
作者:芒果很忙
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