我知道未来会来，但想不到竟然这么快！

千万不要在别人已经展望下一个宇宙文明的时候，你还在讨论怎样骑骆驼！

首先，请允许我小激动一下。此刻的心情如今天的标题所言，我知道未来会来，但想不到竟然这么快！昨天晚上看到的一则消息，让我这样一个硬核理工男瞬间睡不着觉。这算是近期以来的第三次。上两次分别是“可控核聚变实现净能量增益”和ChatGPT。

坐标美国，拉斯维加斯。在2023 年美国物理学会年会上，来自罗彻斯特大学的Ranga Bias团队现场发表了一个堪称“石破天惊”的论文。这是一项业内称其为引爆整个物理学界，普通人认为是科幻成为现实的重大发现。从当日照片来看，也算对得起这份评价。包括高温超导先驱朱经武教授，日内瓦大学凝聚态物理学家Dirk van der Marel都在现场。这一时刻，物理学界的大牛云集。小小的报告厅门外也聚集了越来越多的想要一窥究竟的人群。以至于保安不得不持续吼叫着驱赶陆续赶来的观众。

由Ranga Bias团队公布的这项成果就是一直颇受关注的“室温超导”。研究团队称，发现了一种由镥-氮-氢 （Lu-N-H）构成的新材料。这种材料不仅能在21℃的室温条件下实现超导，还把以前需要的上百GPa的压强降低到了1GPa。虽然1GPa等于1万个标准大气压。但想一想人工合成钻石还需要5-6万个大气压就会知道为什么这项成果如此令人兴奋。这意味着从高压到近常压的重大突破。如果这项实验的结果可以得到认可，斩获诺贝尔奖不会有任何悬念。

那么，可能有朋友会问，什么叫超导？什么叫常温超导？为什么如此难以实现？超导对未来意味着什么？

让我们设想这样一个场景。在一个操场上有很多人随意走动。你想从操场的这头跑到操场的那头，就必须穿过这些人群。因为人群是随意走动的，所以你很可能会与其中的人发生碰撞。这时候你就会耗费比穿过一个没有人的操场更多的力气。这个站满人的操场就是一个金属导体。那些不断走动的人就是导体中的一个个原子核。而你就是一个电子。当电子碰撞到原子核的时候会损失一部分能量。这就是电阻。反过来说，假如电子不碰撞任何一个原子核，就可以不损失能量的一直跑下去。这便是超导。1911年，荷兰莱顿大学的卡末林·昂尼斯意外地发现，将汞冷却到-268.98°C时，电阻突然消失。后来他又发现许多金属和合金都具有类似的低温下失去电阻的特性。卡末林·昂尼斯将这项研究结果称之为超导态。他也因此获得了1913年诺贝尔奖。

那么，如何能让电子不碰撞原子核而通过导体呢？把操场上的人清干净显然是不可能的。假如让所有人站在原地不动，你就有机会从人缝中穿过去。研究发现，想要让原子核保持原地不动，可以通过降低温度来实现。就像卡末林·昂尼斯实验中的那样。这便是所谓的“低温超导”。在物理学上低温的极值被称为绝对零度。热力学温标写成0K，等于摄氏温标−273.15℃。在这个温度条件下，粒子的动能将会低到量子力学的最低点。当然，绝对零度只是一个理论极值。以人类目前的科技水平是无法达到的，但目前已经可以创造出接近绝对零度的低温。例如，液氮已经可以提供一个大约77K到300K（室温）的低温环境。氦气的液化温度为4.2K，再加上挥发技术可以提供2-300K的低温环境。如果使用氦的同位素氦-3作为工质，甚至可以达到0.3-0.4K的低温。但无论是创造还是维持这样的低温环境都非常不容易。就使得低温超导的应用被局限在实验室研究的层面。而在液氮温度（77K）以上的，通常被称为高温超导体。研发出新的可以应用的“高温超导”材料成为各国科技竞逐的目标。

让我们再回到那个站满人的操场上。假如让这些人都整齐的排列成两行，给你留出一条通道。不就可以让你顺利通过了吗？于是，科学家们发现，通过增加压力的方式可以创造出让电子快速通过的“路径”。例如，将汞置于高压条件下，其临界温度能达到164K (-109℃)。但又有一个新的难题出现了。那就是，如何能产生如此巨大的压力。如果单纯用氢，需要1000万个大气压才能实现超导体目标。地球上还没有能产生如此巨大压力的设备。目前的方法是，用两颗钻石的尖角相对，再施加压力，让钻石尖端的接触面上产生出巨大的压强。这种装置就叫“金刚石对顶砧”（如题图）。但钻石能承受的压力也是有限的。于是科学家们开始用化合物来取代单一材料。用化学的方式让其他元素帮忙“拉兄弟一把”，以降低所需的压强。这就叫“化学预压缩”。

例如，2019年，美国科学家马杜里·索马亚祖鲁宣布，十氢化镧（LaH10）在190万个大气压下，可以在逼近室温的260K以上出现超导性。而Ranga Bias团队此次发布的新材料是由镥-氮-氢 （Lu-N-H）三种元素构成。他们的实验结果显示，只需要1万个大气压就可以实现超导。这简直就是从骆驼到汽车的跨越。下面是他们发表在《Nature》网站上的论文。

这篇论文的标题是：《在氢化镥中添加氮形成近环境下超导性的证据》。我替朋友们阅读了这篇论文。大意是说，尽管经过数十年的深入研究，近环境压力下的常温超导仍未实现。在过去十年中，高压“化学预压缩”氢主导合金引领了对高温超导性的探索。Ranga Bias研究团队通过在氢化镥中添加氮元素实现了在一万个大气压下294 K的超导性能。以及如何通过高温高压合成这种化合物。然后讨论了一些关于电阻、磁场，X 射线衍射等一系列的内容。鉴于内容生涩，我就不展开翻译了。论文最后说，还需要进一步的实验和模拟来确定氢和氮的确切化学计量及其各自的原子位置，以进一步了解材料的超导状态。从现场拍回来的照片来看，讲的也是这些内容。

那么问题又来了。如果这项实验成果得到证实，会给世界带来什么呢？首先，实现超导可以减少在电力传输上的电阻消耗。如果应用在核工业领域，可以进一步实现可控核聚变。这意味着人类将彻底告别能源危机。还可以被用于超导磁体。让火车甚至飞行器不再消耗石油能源，而是靠“反重力”飞行。如果应用在量子领域，带来的更会是一场颠覆性革命。可以让量子计算机摆脱低温环境，实现大规模应用。这将会给人工智能的发展带来巨大突破。此外，在量子力学里还有一个著名的量子穿隧效应。我们避开那些难懂的原理和公式，只要知道量子穿隧最典型的应用就是恒星核聚变，便会懂得其伟大意义。而量子穿隧还是研究量子生物学，天体化学，甚至超光速的关键理论。至2017年为止，由于对于量子穿隧效应在半导体、超导体等领域的研究或应用，已有5位物理学者获得诺贝尔物理学奖。

如果我们把“常温超导体”，“可控核聚变实现净能量增益”和ChatGPT为代表的新型人工智能放在一起就会惊讶的发现，核聚变解决的是能源问题，人工智能解决的是计算问题，超导体解决的是材料问题。三者相结合，人类仿佛已经站在了进入下一个宇宙文明的门槛上。一旦跨越，回首来路，在未来人类的眼中，现在的我们就是一群愚蠢的原始人。放着宇宙中取之不尽的氢能源不用，为了地球上那一点点可怜的石油资源打得不亦乐乎。

当然，并不是所有人都会认同Ranga Bias研究团队的成果。其实早在2020年，他们就向Nature提交论文，称研究出一种含碳的硫化氢超导体C-S-H。这种材料在约260万倍大气压力，温度低于15摄氏度的情况下可以实现超导。这篇“首个室温超导体”论文一度成为Nature的封面文章。但因为在其他实验室里无法重复实验结果，且论文中的数据处理方式也受到质疑，被Nature强行撤稿处理。那么，曾有过“黑历史”的Ranga Bias团队这次是否又是“故技重施”呢？我个人还是报以相当正面的期待。因为从Nature网站上的时间戳来看，该论文是在2022年8月投出，今年1月18日才被Nature接收。可见，Nature对于是否接收这篇论文的争议颇大。但最终还是选择了接收。资料表明，Ranga Bias团队来自于罗切斯特大学（University of Rochester）。这所大学建于1850年，是美国顶级综合研究型大学之一，也是美国大学协会和世界大学联盟成员。背书上颇具含金量。此外，在现场聆听的日内瓦大学凝聚态物理学家Dirk van der Marel此前一直都在质疑室温超导的研究。Ranga Bias团队如果没有一定的底气，怎么敢直面这么多物理学大牛。如果真的被发现有什么学术不端，无异于给自己的职业生涯写上一个巨大的差评。

在阅读完了Ranga Bias团队的论文以后，我不禁又产生了一个问题。为什么这样的研究成果又是来自美国。美国难道不是已经不可遏制的一天天衰落下去，不是校园GUN击就是D品泛滥，政坛更是一片混乱，很快就要沦为末流国家了么？难道仅仅是因为美国有钱。硬生生砸出来这么多科技成果？

我觉得，这些成绩的取得离不开一种独立于宗教信仰、政治立场和功利得失之外的，以追求真理、探索未知为目标的科学精神。而科学精神又是教育和科学研究的灵魂。

真正的科学精神是坚持理性思考和客观务实的研究态度，讲求实证化和精确化的研究方法。所有成果都必须经得起检验。尤其重要的一点是，科学允许质疑和批判，反对将一切理论和假说神圣化。越是带有突破性质的研究成果越会面对无数人的质疑。只有通过了质疑和批判的洗礼后，才会是公认的有价值的成果。

反之，如果我们今天还在烧香祈求牛顿在天之灵给予我们力量，背诵莱布尼茨的语录，坚持经典物理不放手，可能永远都会与量子力学无缘。而允许质疑和批判的背后，是宽松的研究环境，自由的思想和言论，以及对独立思考能力和逻辑思维的看重。除此以外，美国的科研经费虽然充裕，但并不容易拿到手。不仅申请过程相当严肃，而且使用方面也必须透明。可以允许研究上的失败，但不能接受找个由头就骗取天量的研究经费。

最后还有一点，美国对于学术不端的调查和惩罚也相当严厉。一旦有研究人员被发现有学术不端的嫌疑，学校就需要启动相关的政策和程序。如果涉及联邦基金，学校还需遵照2000年美国白宫颁布的、适用于全美所有研究人员的《关于科研不端的美国联邦政策》(U.S.Federal Policy on Research Misconduct)。一旦学术不端的指控被证实，轻则被禁止若干年内申请研究经费，或禁止参与相关的活动；重则还会被判入狱。例如美国著名的玻尔曼学术不端案中，玻尔曼被判入狱1年零1天。玻尔曼因此成为美国第一个因为学术不端行为而锒铛入狱的研究人员。法官认为，波尔曼的行为不仅造成了联邦基金的损失，而且直接伤害到科学本身。同时还会进一步削弱公众对科学的信任。玻尔曼被判刑向科学共同体和公众传达了一个清晰的信息：在科学研究方面，任何欺诈行为将不被容忍。

今天的文章就和朋友们聊到这里。虽然有些长，但应该不算太臭。我知道写这种文章最是受累不讨好。花费数倍的时间不说，阅读量也往往惨不忍睹。但我觉得，人总要抽出一点时间关心生活以外的东西。至少应该知道这个世界到底在发生什么？我们与世界的距离是在缩小还是拉大？何为不可阻挡的未来？

回望历史。1938年，美国石油公司在沙特发现了大油田。这种数千年来，在阿拉伯人眼中毫无用处的黑色垃圾让阿拉伯人翻身成了世人眼中的土豪。但在此之前，对阿拉伯人来说最值钱最有意义的就是骆驼。而在同一年，莉泽·迈特纳发现核裂变。这一成果让她成为原子弹之母。你能想象，他们其实是同一个时代的人吗？而我今天最不希望看到的是，在别人已经展望下一个宇宙文明的时候，我们还在讨论怎样骑骆驼！

~END~

本文关联阅读：

最近三篇原创文章

请点击下方名片，关注我的公众号

求是大牛哥

wgct-001

提示：鉴于不言自明的原因，请还没有加好友的朋友添加好友。请勿重复添加。你若不离我便不弃。

本文系作者原创，如需转载，请联系后台

图片整理自网络，如有侵权，请联系后台删除

好的内容可以分享给朋友哦

商务合作请联系微信：wgct-002

大牛哥精选原创文章

1

2

3

4

5

6

7

8

9

如果您喜欢我的文章

欢迎点赞、在看和转发