“室溫超導(dǎo)”這一場(chǎng)年度大戲又“上新”了。
(資料圖片僅供參考)
8月3日凌晨，東南大學(xué)物理學(xué)院教授孫悅在B站賬號(hào)“科學(xué)調(diào)查局”發(fā)布視頻，再次掀起全世界的討論。視頻中，孫悅表示團(tuán)隊(duì)在110K（-163℃）以下的常壓條件下，成功觀測(cè)到了“LK-99”的零電阻。
這個(gè)LK-99，就是韓國(guó)團(tuán)隊(duì)發(fā)布的“室溫超導(dǎo)”材料。經(jīng)過10余天的努力，全球科研團(tuán)隊(duì)對(duì)LK-99的復(fù)現(xiàn)成果逐步顯現(xiàn)，但真相依舊撲朔迷離——即便是孫悅發(fā)布的成果如此喜人，但-163℃距離我們理想中的“室溫”仍有非常大的差距。
如果這一次的“室溫超導(dǎo)”為真，我們的生活將被如何重塑？如果為假，它所引發(fā)的討論，是不是也能將人類往室溫超導(dǎo)的目標(biāo)再推進(jìn)一步？
如果為真：
《阿凡達(dá)》中的懸浮山將飛進(jìn)現(xiàn)實(shí)
“超導(dǎo)”指的是超級(jí)導(dǎo)電，即電流可以在材料中零電阻通過。而“室溫常壓超導(dǎo)”，就是在不需要特殊條件的情況下，材料就能實(shí)現(xiàn)零電阻、抗磁性。
在當(dāng)下的現(xiàn)實(shí)世界中，電力傳輸是會(huì)有損耗的，而且輸電距離越遠(yuǎn)，電能損耗就越大，其中的關(guān)鍵就是電阻。
如果在室溫、常壓的條件下有一種材料能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，而且其成本降低到可以被大量使用，那么人類就能實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離、極低損耗的輸電，各種產(chǎn)業(yè)的能源利用效率將會(huì)大大提升。
而這還只是我們對(duì)室溫超導(dǎo)最基礎(chǔ)的暢想。
在交通方面，本來因低溫超導(dǎo)條件難以滿足而無法被廣泛使用的磁懸浮列車，有可能成為日常交通工具；設(shè)想得再大膽一點(diǎn)，磁懸浮汽車也不是不可能出現(xiàn)。
居住方面，電影《阿凡達(dá)》中的磁懸浮山將飛進(jìn)現(xiàn)實(shí)，人們無需再聚集居住在地表，而可以極低的能耗漂浮居住在空中。
在信息技術(shù)方面，微型處理器的算力將迎來突破，數(shù)字技術(shù)毫無疑問會(huì)迎來爆發(fā)式發(fā)展，目前橫亙?cè)谌斯ぶ悄苊媲暗哪芎膯栴}將消失。
可以說，室溫超導(dǎo)一旦走進(jìn)現(xiàn)實(shí)，科幻電影都會(huì)變成歷史片。
不過，7月28日，韓國(guó)室溫超導(dǎo)團(tuán)隊(duì)在接受韓聯(lián)社采訪時(shí)對(duì)外宣稱，其論文存在缺陷，系團(tuán)隊(duì)中的一名成員擅自發(fā)布，目前團(tuán)隊(duì)已要求下架論文。學(xué)界人士猜測(cè)，這可能是由于“文章署名及排序”問題。
超導(dǎo)研究的歷史雖然只有112年，但通過超導(dǎo)研究直接獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家已有10位。
韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的兩篇論文，從一開始的3人署名變?yōu)?人署名，后又下架，背后的核心問題顯然是：如果研究是正確的，能換成多少個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)？誰排第一，誰拿不到？
可能為假：
復(fù)現(xiàn)“磁懸浮”并不等同于超導(dǎo)
但讓我們先冷靜一會(huì)，聽聽反方的聲音。
在專家看來，韓國(guó)團(tuán)隊(duì)提出的“常壓狀態(tài)下，溫度127℃以下”這一條件，在確切的復(fù)現(xiàn)結(jié)論出現(xiàn)前很難具有說服力。
南京大學(xué)超導(dǎo)物理和材料研究中心主任、教授聞?；⒈硎荆骸拔覀冏屑?xì)分析了他們的數(shù)據(jù)，從三個(gè)方面——電阻、磁化和所謂的磁懸浮，都不足以說明它是超導(dǎo)現(xiàn)象（材料）。我們判斷（它所謂的超導(dǎo)）極有可能是個(gè)假象。”
“假如這些韓國(guó)人的室溫常壓超導(dǎo)結(jié)果是真的，那就意味著它超過了麥克米蘭極限（指常壓下的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度不能超過40 K，即-233℃），所以它一定不是BCS理論（解釋超導(dǎo)現(xiàn)象的基礎(chǔ)理論）能夠解釋的，一定需要某種現(xiàn)在還不清楚的理論?！敝袊?guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)副研究員、科技傳播系副主任袁嵐峰說，“然而他們居然三言兩語就給出了一個(gè)解釋，如此充滿信心，這正說明他們其實(shí)是‘不知道自己不知道’，處于一種無知者無畏的狀態(tài)?！?/p>
韓國(guó)團(tuán)隊(duì)研究剛公布的頭一周里，全球很多團(tuán)隊(duì)開始按照其指引“煉金”，但大部分團(tuán)隊(duì)的復(fù)現(xiàn)工作都沒有成功——
北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國(guó)家研究中心的科研人員對(duì)韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的研究進(jìn)行了驗(yàn)證。其中，北京航空航天大學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)布的論文顯示，合成材料沒有檢測(cè)出超導(dǎo)性。
不過，事情突然開始有了轉(zhuǎn)變。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間7月31日，俄羅斯科學(xué)家Iris Alexandra在社交媒體表示，他成功制備出了具備常溫抗磁性的LK-99晶體。常溫抗磁性正是超導(dǎo)體的特性之一，而且他發(fā)現(xiàn)LK-99晶體的抗磁性比目前常用的抗磁物質(zhì)熱解石墨強(qiáng)很多。
8月1日下午，B站用戶“關(guān)山口男子技師”發(fā)布一個(gè)視頻，在顯微鏡下展示了一塊針尖大小的LK-99樣品，其出現(xiàn)了“磁懸浮”現(xiàn)象。這個(gè)樣品來自華中科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)，許多人到視頻下“見證歷史”。
不過，袁嵐峰此前就曾在文章中指出，“磁懸浮”現(xiàn)象并不等同于超導(dǎo)。曲阜師范大學(xué)副教授邢相灼也發(fā)布了“磁懸浮”視頻，提出“抗磁”不等于超導(dǎo)，希望大家理性對(duì)待。
這種“磁懸浮”，也就是材料排斥磁場(chǎng)的現(xiàn)象，可能在超導(dǎo)體從一般狀態(tài)相變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的過程中出現(xiàn)，被稱為邁斯納效應(yīng)。
零電阻和邁斯納效應(yīng)，是超導(dǎo)體進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的兩個(gè)相互獨(dú)立而又互相聯(lián)系的標(biāo)志，可以說缺一不可。目前，華科團(tuán)隊(duì)的結(jié)果顯現(xiàn)出邁斯納效應(yīng)，而孫悅團(tuán)隊(duì)則測(cè)出了零電阻。但這兩種標(biāo)志只是單獨(dú)出現(xiàn)，并不能說明材料進(jìn)入了超導(dǎo)態(tài)。
這也正是孫悅團(tuán)隊(duì)結(jié)果讓大家興奮的原因——兩種特性在同一種材料中出現(xiàn)了。如果進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)中，能讓兩種特性在同一份材料中出現(xiàn)，或許就能宣布室溫超導(dǎo)的到來。
實(shí)驗(yàn)科學(xué)家忙于“煉金”之余，理論科學(xué)家們也沒閑著。
美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等多地理論計(jì)算團(tuán)隊(duì)從韓國(guó)研究團(tuán)隊(duì)公布的分子式出發(fā)，計(jì)算其電子能帶結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)可能存在平坦能帶，意味著材料電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)比較強(qiáng)，和銅氧化物高溫超導(dǎo)體類似。該實(shí)驗(yàn)室是該領(lǐng)域的權(quán)威研究機(jī)構(gòu)，他們從理論角度為韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的研究提供了支撐。
但不論是理論還是實(shí)驗(yàn)，目前支持“室溫超導(dǎo)”的直接證據(jù)還未出現(xiàn)，質(zhì)疑聲依舊沒有停息。
爭(zhēng)論有益：
讓“子彈”再飛一會(huì)
多年以來，圍繞室溫超導(dǎo)發(fā)生的“大新聞”和爭(zhēng)論絕不算少。
2016年，Ivan Zahariev Kostadinov就聲稱找到了“臨界溫度為373 K的超導(dǎo)體”，但沒有公布材料的化學(xué)式或合成方法。同年，一隊(duì)科研人員聲稱在巴西某個(gè)石墨礦里找到了“室溫超導(dǎo)體”，并且做了相關(guān)研究并正式發(fā)表了論文。
但在學(xué)界看來，這些“室溫超導(dǎo)”材料要么因?yàn)闆]有公布合成方法而無法復(fù)現(xiàn)驗(yàn)證，要么“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)極不可靠”。
2018年，兩位印度科學(xué)家宣稱，一種金銀納米粒子構(gòu)成的混合物在13℃下顯現(xiàn)出超導(dǎo)特性。但這項(xiàng)研究在當(dāng)事人2019年5月發(fā)布修正后就不了了之。
今年3月，美國(guó)羅切斯特大學(xué)的迪亞斯團(tuán)隊(duì)宣稱發(fā)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)，但不久后就被多個(gè)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)發(fā)表聲明質(zhì)疑，該文章也在質(zhì)疑聲中被撤稿。
提出質(zhì)疑的團(tuán)隊(duì)中，聞?；F(tuán)隊(duì)出手極快——原論文發(fā)表才2個(gè)月，聞海虎團(tuán)隊(duì)推翻原論文的研究就在《自然》雜志上發(fā)表。
聞海虎說：“否定一項(xiàng)研究比證明一項(xiàng)研究更難，因?yàn)樾枰獜亩嘟嵌茸C明你所研究的樣品與被質(zhì)疑的對(duì)象樣品是幾乎一致的。另外要使用精細(xì)的測(cè)量、大量的數(shù)據(jù)和分析來進(jìn)行論證?！?/p>
最終，他的團(tuán)隊(duì)成功了。
《自然》雜志本來打算將這篇論文作為“沖突的爭(zhēng)辯”來發(fā)表。然而，聞?；F(tuán)隊(duì)在回復(fù)審稿意見的過程中補(bǔ)充了很多高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，文章內(nèi)容也因此變得豐富多彩，編輯最終決定將文章以研究論文的形式發(fā)表。
這是圍繞“室溫超導(dǎo)”的上一輪爭(zhēng)鋒，研究發(fā)布方因被質(zhì)疑而撤稿。如今，韓國(guó)超導(dǎo)體學(xué)會(huì)已宣布成立“LK-99驗(yàn)證委員會(huì)”，負(fù)責(zé)驗(yàn)證成功的真實(shí)性。
是真是假，是見證歷史還是一笑而過，健康的學(xué)術(shù)爭(zhēng)論總是有益的，就讓“子彈”再飛一會(huì)兒吧。
撰文：話題研究員 鐘哲 卞德龍
統(tǒng)籌：張志超 丁曉然
海報(bào)設(shè)計(jì)：麥瑜瑜
關(guān)鍵詞：
