如果告诉你,未来从北京到上海地面通勤只需1.5小时,核磁共振设备能小到放进乡村诊所,计算机芯片再也不用担心发热问题……你会不会觉得,这是科幻电影里的桥段?
这些看似遥远的想象,都指向同一个关键词——室温超导。在最新一期《开讲啦》节目中,中国科学院物理研究所研究员靳常青用一系列直观而震撼的实验,揭秘室温超导一旦实现后将给我们生活带来的改变。
超导究竟有多神奇?
自1911年超导现象被发现以来,一代代科学家不断探索,却发现绝大多数材料只有通过制冷剂维持在极低温度下,才能展现出超导状态。
超导到底是什么?靳常青用通俗的语言解释,某些材料在足够低的温度下,会展现出两个“反常”特性:
零电阻——电流毫无损耗地通过,不发热;
完全抗磁性(迈斯纳效应)——磁场穿不进去,能被磁铁“悬浮”。
以钇钡铜氧高温超导体为例,用液氮冷却至约-196℃后,将其置于永磁轨道上,它会稳稳悬浮。即使将轨道完全翻转,超导体依然悬挂在轨道下方,既不掉落也不触碰轨道,仿佛被无形的力量“钉”在了那里。
靳常青解释,在第2类超导体的内部,既有超导态,也有正常态。当这类超导材料置于磁场中,超导体内部正常区域的磁通线就像“钉子”一样锁住超导体,把它和磁铁牢牢地绑在一起。
水在常温下也能变冰?高压“压”出个新世界
很多超导材料要涉及极端条件制备的技术,也就是高压。在我们的印象中,水在常温下是流动的液体,只有降到0℃才会结冰。
而一个实验却颠覆了大家的认知:在室温约20℃的环境下,对普通液态水施加约1万个大气压,水中竟然“长”出一块半透明的冰晶,且随着压力增大,从显微镜中可以明显观察到冰晶逐渐扩大,呈现出完美晶型的过程。
靳常青表示,高压是一个非常独特的手段。宇宙空间里,绝大部分实体物质的内部处于高压状态,从地表的1个大气压,到地心360万个大气压,再到中子星内部难以想象的极端压力环境。压力,会把我们认为的“不可能”变成可能。
“氢”也有金属态?金属氢撬动两项颠覆性技术
氢,通常以气体或水的形态为人所知。然而,当氢被置于极端超高压下,会被压缩成固体,进而蝶变为具有导电性的金属,甚至可能成为室温超导的候选材料。
这种物质被称为“金属氢”,由诺贝尔奖得主尤金·维格纳于20世纪30年代首次提出。历经近百年科学求索,尽管目前距离在实验室中真正压出金属氢所需的压力,在技术上仍有差距,但科学家们相信,一旦跨越这道门槛,金属氢必将问世。
金属氢会给人类带来什么?靳常青介绍,金属氢一旦实现,不仅可以作为超导材料进行应用,还能作为聚变的初级点火装置——因为它是人类已知化学能中能量密度的天花板,再往上就是核能。
2003年,诺贝尔奖得主维塔利·金茨堡教授在演讲中将“金属氢”列为21世纪上半叶物理学最重要的三大科学问题之一,与“可控核聚变”和“室温超导”并列。换句话说,攻克金属氢,可能一举撬动两项颠覆性技术:让超导走进日常生活,也让“人造太阳”离我们更近一步。
室温超导若实现,生活会变成什么样?
医疗领域:核磁不再依赖昂贵液氦→设备小型化、降价→进社区/乡村医院
交通领域:超导磁悬浮突破高铁600km/h上限→京沪通勤压缩至1.5小时左右
信息领域:芯片零发热瓶颈→突破现有算力天花板
能源领域:超导输电无损耗→载流量是普通电缆10倍以上
超导的出现,就像为世界安装了一个“无形的轮子”,也许用不了多久,这些实验室里的“小方块”,就会变成我们身边的日常,到那时,京沪通勤仅1.5小时,也许不过是个寻常的早晨。
编辑︱杨舟
- 胆大包天!日本竟模拟攻击辽宁舰,解放军舰艇和飞机已进入高度戒备状态 高市早苗亲信惊爆桃色丑闻,日媒揭5度用公款带情妇开房 游盈隆直言“年底公投绑大选成必然趋势”,王义川怒呛:史上最差就是你 传苹果游说美政府准买中国长鑫存储存储器芯片 民进党强烈不安之际,美官员谈及“对台军售”,但未回应具体“时间表” 长治原副市长王玉圣被查,曾任山西长治沁源县委书记,此前沁源当地煤矿爆炸致82人死亡 身家曾超400亿元,前“广州首富”张劲,终审无期徒刑 台湾暴雨|花莲堰塞湖升至红色警戒,水位狂飙至70%逾200名居民撤离 演员王安宇发布登报声明:本人王安宇,不慎遗失中国传媒大学本科毕业证书和学位证书,现声明作废 超200万粉丝网红诋毁袁隆平成果,中国食品报痛批














