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围观2017开年学术界第一打脸事件:哈佛大学的金属氢真的制备出来了吗?

2017-03-03 S 科学指南针服务平台

今年1月

哈佛大学在Science上发表了一篇震惊世界的论文

两位物理学家称他们通过高压挤压制备出了金属氢


整个科学界都为之沸腾了

要知道

这是无数物理学家折腾近一个世纪

梦寐以求的结果啊


这一发现

被评为高压物理界的“圣杯”


然而到了2月22日

英国媒体发表报道称

由于操作失误

世界上唯一的一块金属氢样本消失了。。

WTF!


这一手牌真是打得666啊

仿佛听到了啪啪的打脸声

许多科学家不禁提出质疑

金属氢到底真的制备出来了吗?

难道说这又是一起“韩春雨”事件?


要想知道事情的真相

还要从金属氢是什么说起

金属氢到底为什么这么重要

很早以前,英国物理学家Bernal就预言,所有的非金属单质均可在一定条件下转变为金属形态。因为在极大的压力下,原子间的化学键会破坏,原子间距缩小,将原来只能在分子轨道上运动的电子变为自由电子,从而形成具有自由电子的金属。


于是照此设想,科学家们开始着手研究。


60年代,通过高压,科学家们制备出了金属碘,后来金属硫、磷等物质也逐渐被发现。进入20世纪80年代,科学家们又成功在32万大气压和32K的条件下制备出了金属氖,随后100万大气压下发现金属氧。于是人们开始向更高端的进发,制备金属氢!


博士后研究员Ranga Dias与本次发现使用的实验设备


“这一发现堪比高压物理学界的圣杯,席尔瓦拉这样形容他的发现。“这是地球上第一个金属氢样品。同时也说明,当你在观察这一样品的时候,你看见的是一种世界上从未存在过的东西!


这是百年理论终于完成向现实华丽转身


当然人们并不仅仅是因为其他非金属都应该有金属相而研究金属氢,而是因为一旦金属氢问世,就如同当年蒸汽机的诞生一样,将会引起整个科学技术领域一场划时代的革命:


1、金属氢具有高温超导性:由于氢原子核的质量最小,所以晶格振动频率特别高,而常规超导体的转变温度与这个频率成正比,因此金属氢被预测有望实现室温超导。

如果将其制成电缆,可以使输电效率达到99%以上;也将彻底改变我们的运输系统,使磁悬浮高速列车成为可能;同时还能使电动车更有效率,改善许多电子设备的性能。


2、金属氢内蕴藏巨大能量:由于制备过程中消耗了大量的能量,如果将它转化回氢分子,将释放所有能量,是普通炸药TNT的30-40倍。将成为已知最强大的火箭推进剂,彻底改变航天领域,也必将诞生很多新式武器。


因此,金属氢的发现,被预测是将成为诺贝尔奖候选的工作


金属氢真的被制备出来了吗?

82年前,物理学家Wigner和Huntington立了个flag:

在极低温情况下,固态氢可以转变为金属,晶体中H以单原子形式存在。


后来随着科技的进步,理论物理学家发现当时的计算太离谱,于是一次次修正了临界压力,最终公认转变压力在400-500GPa,已经超过地球中心的压力值。


这样极端的高压环境非常难获得,也因此金属氢的发展一直处于停滞阶段。直到发现了不差钱的黑科技——金刚石对顶砧

钻石对顶砧产生的压力甚至超过地球中心压力


由于金刚石的高硬度、高导热性和极好的透明度,是产生静态高压的绝佳材料。但为了保持金刚石的力学性能,不得不用使高净度和完美切割的钻石,稍不留神钻石顶砧就将碎成渣渣,非常烧钱。


在这样高的压力下,测量电导率之类的电学方法根本用不了,因此判断是否形成金属氢的方法只剩一种,就是测定反射率。通俗来说,就是拍张照,看看是不是有金属光泽。

作者文中使用iPhone拍摄,也成为一大槽点


许多该领域的科学家认为这篇文章的数据不够完整和严谨,证据不足以支撑结论。本文在Science上发表的当天,爱丁堡大学的物理同行就在Nature上发文炮轰,表示拍摄照片中金属氢的亮度不像是真的:


他们猜测,拥有如此明亮的反射性的物质,可能是在实验前沉积在金刚石表面的即氧化铝(即刚玉)膜。这层氧化铝膜,是为了防止金刚石在极高压力下破碎,而特意沉积在金刚石表面的。科学家们推测,有可能氧化铝在极高的压强下发生了相变,导致了其反射性的突然增加。


此外,因为金属氢存在的极端环境,高温超导这一重要性能的数据并没有办法能够测出。也就是说,的确并没有完整的实验数据能够证明金属氢产生,所以就算不是造假,乱吹牛的罪名也逃不掉了。


在本就存在诸多质疑的情况下

这块金属氢还消失了…失了…了


据媒体介绍,首个金属氢样本被“夹”在两粒极小的钻石之间,所处压力比地球内部核心的压力更大,所处温度则近乎绝对零度。然而,当研究人员试图用激光测试具体压力值时,随着一声异响,其中一粒钻石碎为粉末。


金属氢样本消失存在多种可能性。一种可能是,该样本随着钻石粉碎而一同遗落在残骸中。另一种可能是,金属氢极不稳定,在室温和普通压力下重新变为气体。


虽然我们都不知道文章中那个金属光泽的物质是否是金属氢,但“金属氢”事件与“韩春雨”事件还是有本质区别的:


新物质发现 vs 新方法提出

金属氢产生的环境很苛刻,并不是随时都能重复实现的环境,很有可能是在偶然的情况下压力提高到临界值出现了金属氢,然后又消失了。而韩春雨是提出一种基因编辑的新方法,并声称效率高可重复,然而并没有其他实验室能实现。


有见证者 vs 一面之词

据说像金属氢这种实验是没法审稿的,唯一的办法是去现场看。。。于是当时该课题组四处发邮件给从事高压研究的人,至少Harvard整个物理系都参观了他们的实验。而韩春雨在面对质疑的时候拒绝公布原始数据,一再辩解,前后说辞自相矛盾,必然造假无疑。


关于哈佛大学是否真的制备出了金属氢这个问题

现在下结论还为时尚早

一切要等实验重复结果出来才知道


我们做实验的都明白

科研有的时候就是一门玄学

重复不出来也是常有的事

但还是要前赴后继地做下去

毕竟科学

就是在不断的立flag和不断打脸中发展进步的


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