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常溫超導這個“流量密碼”

編者按:本文來自微信公眾號 星海情報局(ID:kejixinzhi),作者:星海老局,微新創想經授權轉載。

毫無疑問,“常溫超導”就是現在最火熱的話題——自媒體炒一輪,B站up主炒一輪,資本圈炒一輪,大家都贏了

自從前幾天韓國團隊丟出了“LK-99”這種宣稱可以實現“常溫超導”的物質后,全球人民都瘋狂了。不僅是因為他們的樣品在常溫常壓下就有“邁斯納”效應,還因為這東西從材料到工藝都過于簡單,甚至有人調侃說“整個實驗里最貴的東西是那個陶瓷坩鍋”,以至于中學實驗室就可以實現復刻——已經有很多野生物理愛好者在試著復現“LK-99”了。

常溫超導這個“流量密碼”插圖

arXiv上的論文截圖

這相當于什么呢?這就相當于某天你突然發現,其實你用家門口五金店里賣的東西也能攢出一臺光刻機。

常溫超導這個“流量密碼”插圖1常溫超導這個“流量密碼”插圖2

而且更興奮的是,昨天下午,華中科技大學的團隊復現了“LK-99”,不僅是中國團隊,美國勞倫斯實驗室和俄羅斯實驗室也都用各自的方法或證明或復現了“LK-99”的可靠。

這和之前迪亞斯的“超導”就完全不同了。因為可以復現,說明韓國團隊沒有忽悠,這事兒至少是有門的。

制備極度簡單且便宜的常溫常壓超導材料……看到這大家都有點恍惚:佛祖、玉帝和上帝突然決定給人類調低游戲難度了?這“物理學圣杯”來的是不是過于輕松了些?

常溫超導這個“流量密碼”插圖3

來源:中科院高能物理研究所 粒子加速器中的超導磁體技術

最后,隨著美股AMSC(美國超導)昨天直接上漲了140%——大家都繃不住了——人類的未來、暴富的誘惑、尖端的科技……人類似乎已經站在新一代工業革命的門檻上了。

但很遺憾,且不論這次LK-99是不是真的成為“人類新希望”,我們距離真正夢想的“常溫超導”還有十萬八千里的距離。

其實這幾天局長一直在關注這個事情,今天我們就來聊聊“常溫超導”和由此想到的其他事情。

先說一個總的看法吧:沒錯,韓國人的確發了論文、做了實驗,但即便LK-99真的是劃時代的常溫超導體,他們的論文和理論也不足以支撐起未來的發展。韓國人的LK-99有點意思,但距離“開創歷史新紀元”恐怕還差了點意思,韓國團隊的嘗試值得我們尊敬,但為此而陷入狂歡,乃至重倉all-in就有點太后現代了。

“常溫超導”的美麗未來

先簡要了解一下“超導”的概念。

常溫超導這個“流量密碼”插圖4

超導現象由昂內斯在1911年發現 | 諾貝爾獎官網

“導體能導電”這個大家都知道,但是即便導電性再強的物質,比如銀和銅,也是存在電阻的。

常溫狀態下,金屬導線可以看作是一條河流,“河水”是外層電子,“河里的礁石”是金屬陽離子。正如河水會從高聳的山地流向低緩的平原,自由電子也會從高電勢的地方流向低電勢的地方,這就是“導電”。

絕緣體之所以在一定程度上可以不導電,就是因為“絕緣體”這條河里的礁石太大了,把整條河都給堵了。但我們也都知道,水勢足夠大的情況下,即便是大壩也攔不住水。絕緣體也并非永遠不導電,在電壓足夠高的時候,擊穿絕緣體也是情理之中。

當電子“河水”流淌的時候,必然會和金屬陽離子“礁石”發生碰撞然后激起“浪花”——電阻,就是用來描述這種阻擋自由電子現象的物理量。

電阻在很多情況下是很不討喜的,因為電阻會發熱,會損耗能量——這不知道要帶來多少額外的經濟損失和潛在風險。

于是,自從人類認識到了電阻的負面影響,科學家們就開始想辦法“干掉”電阻——要么通過極度的寒冷低溫,要么通過超高的壓強。這兩種方法的底層邏輯,都是通過非常物理手段來按住金屬陽離子,使得它們對自由電子的“攔截”能力大幅下降。

但問題是,這兩種手段都不怎么實用。

于是,人們的目光瞄準了第三條路,即,利用物質本身的特性,開發一種在常溫常壓下即可實現超導的物質——“LK-99”就是目前這個方向上最接近人們想象的產品,它用自己獨特的微觀結構實現了超導材料才會有的效果——神奇的“邁斯納”效應。

可以說,當下是人類最最接近“常溫超導”的時刻。

這也就是為什么大家會這么興奮?因為如果成功,這等于是我們找到了一種在常溫下沒有電阻的導體,《地球Online》這個游戲的難度直接被下調了N個級別。

首先就是“超導電器”,沒有電阻后,散熱問題便不再需要過多考慮。以一塊顯卡來說,我們將不再需要給顯卡裝備巨大的風扇,省下的空間足夠你再塞進去幾個GPU芯片。而且芯片自己也可以用超導材料去做,電腦速度會獲得數十上百倍的提升——家用臺式機就可以有工作站的性能。

同樣,手機的發熱和耗電問題將得到巨大改善。電阻都沒了,還發什么熱呢?摘掉電阻發熱喪失的能量,手機的續航也會大大增加。新能源汽車也會感謝常溫超導材料的出現,因為用超導材料制造的電機動力將極為澎湃,本身電車功率就比油車大,用了超導材料后怕是功率可以和卡車相比。

常溫超導這個“流量密碼”插圖5

最頭疼的電池問題也會得到史詩級解決——超導電池充電時間可能是毫秒級,如果技術成熟,把能量密度做起來,只要你把“插進去再拔出來”這個動作做完,電也就充滿了。更何況超導電池還不存在充放電減壽命的問題,更不會像鋰電池那樣有受到撞擊后燃燒爆炸的風險。

既然新能源汽車會史詩級強化,那么同樣是用電驅動的高鐵呢?其實這都屬于保守了,常溫超導都出來了,大規模上磁懸浮列車也就不是什么可望而不可及的事情了。

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圖 (a)HL-LHC高亮度升級中各個國家所承擔超導磁體任務分布,(b)中國團隊為HL-LHC研制的新型CCT超導磁體全尺寸樣機

再一個就是“超導發電”,用超導材料制造的發電機的發電能力會大幅增強,但體積卻可以做得更小。而且由于沒了電阻,所以一些不太起眼的能量也可以被積累、利用起來了。今天最新消息是“我國再生能源發電量首次超越了煤電”——如果常溫超導材料崛起,再搭配上先進的儲能系統,我們的能源問題可能會被徹底解決。

甚至,我們心心念念、永遠“還有50年”的可控核聚變,也將變成“還有20年”。

常溫超導這個“流量密碼”插圖7

圖 (a)中國科學家提議建設的CEPC-SPPC,(b)歐洲核子研究中心提議建設的FCC,均基于高場超導磁體技術,以達到100 TeV以上的對撞能量

LK-99,真的值得狂歡嗎?

好話說完了,該說點不好聽的了。

現在為了常溫超導的實現而激動,確實還有點早。常溫超導提供的美麗前途的確誘人,但不代表我們現在就已經站在新工業革命門口。

別說人家門口了——咱們可能剛剛才穿好了鞋,連自家單元門還沒出呢。

新聞再多、資本市場再怎么熱鬧,我們都不能忘掉一個事實:LK-99的電阻測試至今還沒通過。而且不利消息是:北航和印度國家物理實驗室的報告都說沒有觀察到LK-99的磁懸浮和零電阻。

而且真正的超導體的磁懸浮可不僅僅是懸浮在磁體上方,你把它放在磁體下面,它依舊可以違反常識一樣地懸浮。

而韓國人這次做出來的東西。。。emmmmmm

常溫超導這個“流量密碼”插圖8

arXiv發布論文的門檻很低,幾乎每年都有團隊聲稱發現了室溫超導的材料,可至今沒有一個得到嚴謹的實驗證明。圖為2016年發表在arXiv的論文

巴丁、庫柏、施里弗的BCS理論還沒落伍呢!——常壓情況下,超導轉變溫度不能超過40K。雖然也發現了幾種不遵守BCS理論的“高溫超導體”,但目前的理論發展跟不上實驗結果——簡單來說就是,現實中確實是燒出了這么一個東西,但至于這東西到底是怎么燒出來的,理論上完全找不到支撐,甚至沒有相關的理論支撐。

韓國人告訴了我們怎么燒出來這種東西,但為什么這樣燒就能燒出來,恐怕他們自己的解釋也站不住腳——這就好像古代人雖然也知道如何燒火,但是他們并不知道火是一種化學反應。

可問題是,現代科學是容不下這種“知其然不知其所以然”的。

常溫超導這個“流量密碼”插圖9

論文嘗試從結構上解釋LK-99室溫超導的原理

如果不能建立起一套能完美解釋LK-99超導性來源的理論,那么我們恐怕就沒有辦法對LK-99實現工業級量產,前面的那些美好暢想就只能是“鏡花水月”。

說一千道一萬,如果LK-99不能通過電阻測試,那么恐怕這次大家又是“空歡喜”一場了。

更何況,即便LK-99真的成功,建立理論、摸索出一套穩定的制備方法也需要很長時間。從試驗性質的不穩定樣品,到實驗室里的成熟樣品,再到工業化穩定量產,再到廣泛普及應用。

而且大家不要忘了,萬事萬物都還是有個時間考量的——勢能是需要時間去積累的,半導體行業發展了幾十年才從當初笨拙的樣子發展成了今天3nm的制程,就算我們用現在的計算技術為超導材料產業化助力,就算LK-99是真的,我們也需要至少10年的時間才能等到價格能夠商用的常溫超導材料,然后花不知道多少年時間才能把現在的一切換成超導材料。

總而言之,且等著吧……

老奶奶,看看我們這款常溫超導的保健枕頭吧!

其實說一千道一萬,LK-99這事兒值不值得高興?我覺得值得,因為甭管是不是真的,甭管是不是解釋得通,至少這也是人類對物理學圣杯的一次偉大嘗試。

無論成敗,這都是壯舉。

但是令我頗為感到不爽的,是整個輿論場里傳來的“浮躁感”——太多次了,太熟悉了,都已經有套路了——還記得當年火爆的“元宇宙”嗎?還記得年初鬧鬧騰騰的AI嗎?

我永遠記得當年扎克伯格把facebook改名Meta然后掀起“元宇宙”浪潮時候的那些事——國內一些科技大V甚至搞了一個什么“元宇宙第一家族”,嚇得我趕緊看了看日歷,確定一下現在是21世紀還是北魏年間。

LK-99失敗了還好說,LK-99如果成功了,誰知道到時候又會有什么樣的樂子?

這些年下來,騙老頭老太太的“高科技”從磁場到紅外線再到納米材料再到區塊鏈,以后怕不是又要用“常溫超導+雞蛋”的套路去忽悠老太太們買保健品了。

這一輪“超導狂潮”下來,自媒體贏得了流量,B站的各路up主上了熱門漲了粉,資本圈炒到了新概念。

當然,最離譜的還得看我們的網文界,寫手們從不讓我失望,現在連“常溫超導”的重生文都已經安排上了。

常溫超導這個“流量密碼”插圖10

話說回來……

哪一次不是熱熱鬧鬧說要改變世界?

哪一次不是信誓旦旦投資幾百億說要顛覆行業?

哪一次不是一大堆從《山海經》或者什么古書里摳出來的生僻名字?

家人們誰懂啊,真的累了。

想來想去,LK-99這事兒我覺得現在甚至可能還處在一個“八字沒一撇”的狀態。至少截止我寫下這段話的時候為止,全球各大科研機構都還沒有觀測到它的超導性,只有對它抗磁性和懸浮的記錄,沒有對它的“零電阻”記錄。

雖然它的確是一個偉大的嘗試,但是因此沸騰確實有些大可不必了。

“常溫超導”確實是科研攻關,但很遺憾,在我國目前的自媒體輿論場里,“常溫超導”屬于流量密碼。

最后引用中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心袁嵐峰老師的對此事情的一個經典比喻,來定性這個事情,——韓國這篇理論文章的結果即使是正確的,意義也很有限。它離解釋室溫常壓超導的距離,就好比從預測某位孕婦可能要生了,到預測這位小朋友將來能得諾貝爾獎,那么大。

好了 ,吃瓜結束,散會。

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