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「室温超导」，跨时代发现还是惊天诈骗？

来源：晰数塔互联网快讯时间：2023年03月11日 15:26

昨天，一则“室温超导”即将实现的消息，炸出物理圈了。

物理学家迪亚斯（Dias）在美国物理学会年会上介绍了团队的研究新进展：在21摄氏度、1GPa（约等于1万个大气压）的压强下，镥-氮-氢体系材料中实现了室温超导。

〓迪亚斯正在会议现场介绍通过电阻来确定超导性

据传，这场会议吸引了许多物理学大佬，最后甚至因为场馆有限，而感兴趣的人太多，很多大佬还被保安拒之门外。

尽管迪亚斯团队的这项研究成果还未定论，但似乎不少人都已经掉进前途光明的狂欢之中。

嗅觉最敏锐的，肯定是资本市场。

于是当天晚上许多基金经理、股民个个化身物理学家，开始连夜查资料学习“到底什么是室温超导？”

临时抱佛脚显然并不可靠，大多数人对于这个陌生的名词还是一头雾水。

比如，说好的室温超导，现在已经被传成了温室超导了……

室温超导到底是怎么一回事？

如果实现了究竟会对人类的未来产生什么样的影响？

我们尝试用一篇文章，最通俗易懂的语言帮你捋清楚。

什么是「超导体」？

要理解什么是「常温超导」，我们首先需要做减法，先了解什么是「超导」。

简单地说，就是电阻为零的导体。由于没有电阻，它呈现出“超级导电”的特性。

第二次工业革命的核心，就是电的发现和使用。通过电力，人类得以驱动无穷无尽的机器。

但是，由于电阻的存在，电流在传输过程中总会出现损耗。这种损耗最直观的效果，就是发热。

我们家里的冰箱、电脑，我们手里的手机，路上奔驰的电动汽车，一切用电力驱驰的设备，运转时都在发热。连架设在旷野中的高压电线，也在不停地发热。这些热量被白白浪费了。

因为电线的发热，国家电网每年就损失两个三峡水库的发电量。

除了能源的损耗之外，电阻的存在，还影响了电器的形态。

以你的电脑为例，为了解决发热问题，厂商设计了散热硅脂、散热铜管、散热风扇，这些设计不仅增加了电脑的体积，还会带来额外的噪音。

这些额外的设计是必须的——热量散不出去，电脑就要宕机。

如果超导体能够大规模使用，一切用电设备的能效不仅可以大幅提高，而且可以甩掉散热的沉重包袱，也许会产生我们想象不到的全新进化。

也就是说，你家里的每个电器基本都会和现在不一样。

电阻不仅影响用电设备，也塑造了整个电力系统的形态。

在今天，高压交流输电是电网系统的主要方式。

因为输电过程中，主要的能量损耗来自发热，而降低发热最好的办法，就是升高电压，减小电流。

根据2020年的数据，中国的110(66)kV及以上输电线路总长度已经达到122万公里。

这些来自电网的中高压电，通过变电站降为220V的民用电，进而驱动我们的日常电器——如果你用的是电脑、手机这类设备，还需要通过电源适配器，进一步降低电压。

电力系统中，变电站、变压器的存在，都是为了适应调节电压的需求。

如果我们可以制造出没有电阻的电线，那发电厂可以在不变压的情况下，直接进行直流输电，整个电力系统，都会发生翻天覆地的改变。

当然，这些应用，虽然很让人兴奋，但还全都停留在畅想阶段。

目前，超导已经有了一定的现实应用，比如超导线圈。

超导线圈一个重要的应用场景，就是可控核聚变。

核聚变时的温度高达几千万摄氏度甚至上亿摄氏度，任何常规材料都无法承受，一个可行方案是用磁力将其约束在“磁笼子”里。

这样的磁笼子，只有超导线圈能够实现。

而核聚变——被认为是能源危机的终极解决方案。

目前可控核聚变中的传统超导材料，成本高、环境苛刻，如果能实现常温常压超导，对可控核聚变也是一项重大推进。

此外，超导体在未来的超导量子计算机中同样不可或缺。别忘了，今天的计算机，正是诞生在另一种导体材料——半导体的基础上的。

此外，超导体的“完全抗磁性”，还让它成为了磁悬浮列车的核心元件。

如果常温常压的超导材料出现，我们或许就可以想象许多交通工具的变革……

室温超导有什么用？

早在一百多年前，人类就已经发现了超导体，但直到现在，以上场景依然没有变成现实。

原因就是目前实现超导，需要非常苛刻的条件。

超导体的发现，本来也是一场意外。

1911年，荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯正在进行一项低温物理学研究，题目是金属在低温环境下的导电性。

当时有人认为，随着温度的降低，金属的电阻会越来越高，另一派的意见则相反。

海克·卡末林·昂内斯利用用液氦冷却汞，当温度下降到零下269摄氏度时，他发现：

汞的电阻完全消失了，人类第一次观测到“超导电性”的存在，实现超导电性的温度，称为“临界温度”。

此后，昂内斯又先后发现了铅、锡等金属的超导电性。

尽管昂内斯发现的这些超导材料临界温度太低，离日常使用还很远，但诺奖委员会依然在1913年将物理学奖颁发给昂内斯。

此后的百年时间里，超导一直是物理学界的热门话题。

迄今为止，已经有5次诺奖颁发给了超导领域，分别是1913年（超导现象首次发现）、1972年（BCS理论）、1973年（约瑟夫森效应）、1987年（陶瓷材料的超导现象）和2003年（超导和超流的新理论）。

〓先后有10位科学家因超导获诺奖

可以说，所有人都在期待超导领域出现重要进展。

根据目前的超导学说，常温、常压下的超导材料，理论上是存在的。

因此，近几十年超导领域的主要工作，就是对元素周期表进行排列组合，寻找新材料。具体点说，就是寻找能够摆脱温度和压力的苛刻条件，无限接近“日常可用”的材料。

从1913年到1986年的70多年时间里，人们穷尽手段，也不过把超导临界温度从4K（约-269℃）提高到了40K（约-233℃）。

到了1986年，科学家实现了突破，直接把这个温度上升到了125K（约-148℃）。

〓近些年来超导的临界温度越来越高

此后科学家们不断刷新纪录。

2018年，德国化学家发现一种名为十氢化镧的材料，能够在190万个大气压下以250K（约-23℃）的温度实现超导。

再然后，就是迪亚斯团队2022年被《Nature》撤稿的成果：在200多万个大气压下实现室温（约15℃）超导。

再再然后，就是前几天的大新闻：1万个大气压下，20℃室温超导。

室温超导的黎明，真的就要到来了吗？

但是，别高兴得太早，这次迪亚斯成果的可信度有多高，还值得商榷。

早在2017年，迪亚斯还在攻读博士后的时候，就和他的导师共同宣布，他们在495GPa高压下制造出了金属氢，并将这一成果发表在了顶尖期刊《科学》杂志上。

正当业界一片欢呼时，大家却发现，其他人没法重复他的实验。

学术界要验证科学成果的真伪，最重要的衡量标准就在于实验的可重复性上；也就是按照你给的条件和参数，其他人可以再现实验结果。

虽然近500 GPa的高压技术虽然很难，可国际上仍有几个研究组可以做到；但是根据迪亚斯的金属氢的制备，不仅同行们没有重复做出来，他自己也没复制出来。

有人问迪亚斯要制备的金属氢成品，他说由于保存不当消失了。

随着关注论文的人越来越多，大家进一步发现，更离谱的是，这篇论文的关键证据之一——金刚石对顶砧里的金属氢照片，是用iPhone摄像头拍的，显得极其不专业。

在圈内科学家反复追问下，迪亚斯承认“金属氢”的实验成功率并不高，可能也就那么一两次获得了“有效”的实验数据。

科学家们有理由怀疑最终得到的“金属反射”信号可能来自高压腔体内的金属垫片，而不是金属氢本身。

三年之后，迪亚斯和他的团队在争议声中卷土重来。

2020年10月14日，《自然》发表了迪亚斯团队撰写的题为《碳氢硫化物中室温超导电性》的论文。

这篇论文的关键结果是C-S-H三元体系在267 GPa左右可以实现288 K左右的超导电性，对应温度为15℃。

超导材料的Tc，被首次突破到0℃以上：距离室温300 K仅有一步之遥。

然而，和迪亚斯之前发表的金属氢那篇论文一样，这篇文章从发表当天开始，就遭到了科学界广泛的质疑。

实验物理学家普遍认为“论文数据过于漂亮了，超导零电阻的转变非常陡峭，相关结果存在一系列的问题”，理论物理学家则觉得 “数据结果有悖基本物理”。

更有学者对迪亚斯等人所谓的原始数据进行了非常详细的分析，坚定地认为这些数据存在明显的“人造痕迹”，他们用了“pathological”（不可理喻的）一词来形容迪亚斯论文中的磁化数据结果。

最终Nature的编辑们只好撤下这篇令人兴奋的稿件，撤稿当天，Science新闻栏目也对该事件进行了报道，称该研究确实存在“严重问题”。

在质疑迪亚斯的学术对头中，不得不提到一位劲敌乔治·赫希（Jorge Hirsch），在炮轰迪亚斯“学术造假”的道路上，他可谓是一往无前，绝不熄火。

赫希是一位学术造诣很高的物理学家，曾经是加州大学圣地亚哥分校的教授。

他曾经对迪亚斯的碳-硫-氢的室温超导论文提出了严厉的质疑， 并认为该论文是一种科学欺诈，并竭力证明近室温超导的关键磁化率数据存在人为捏造的嫌疑。

他还指责《Nature》杂志没有对该论文进行足够的审查和验证，而是为了追求轰动效应而发表了该论文；

并向《Nature》杂志提交了一篇评论文章，详细列出了该论文的问题和错误，并要求作者提供更多数据和证据来支持其结论。

由于批判迪亚斯的文章言语过于犀利，他还被相关平台 arXiv 关了六个月的小黑屋。

而这次 APS March Meeting 将赫希与迪亚斯安排在同一个会场，两人还在前后脚做报告，现场戏剧效果拉满。

手缠绷带的赫希和迪亚斯的历史性会面，有人调侃这是理论物理和实验物理在疯狂擦火。

不过现场并没有出现你死我活针锋相对的battle场面，因为迪亚斯的团队为了报告的连贯性，不允许与会学者当场提问和质疑，但据现场消息，两人在会议间隙曾进行过短暂的交流。

室温超导能否实现，这个问题依然无法妄下定论，迪亚斯团队的论文还有待科学界的检验。

改变人类历史的这一天，还需要我们耐心等待。

参考资料：

1.Observation of Room Temperature Superconductivity in Hydride at Near Ambient Pressure .YouTube.2022-12-24.

2.First Room Temperature Superconductor And What It Means For Us, YouTube

3. 王博.科学网.因学术争议发起网络论战,结果被禁言了.2022-3-17.

4. 孙莹, 刘寒雨, 马琰铭.物理学报.高压下富氢高温超导体的研究进展.2021-7-10.

5. 又一次发现室温超导体的Dias团队，之前的造假事件是怎么回事？b站，量子位

6. 21℃的室温超导真的要来了？中科院物理所

7. 超导“小时代”：超导的前世、今生和未来，清华大学出版社

8. 严陆光肖立业林良真戴少涛. 大力发展高电压、长距离、大容量高温超导输电的建议

本文来自微信公众号“凤凰WEEKLY”（ID:phoenixweekly），作者：王动高乐高，36氪经授权发布。