美国室温超导技术如何颠覆物理学？距离实用还有1万光

　　一个名字叫Ranga P. Dias的南亚裔美国科学家称发现了室温超导体，这在科学界掀起波澜，各种神奇的故事也通过网络在自媒体间流传，似乎马上就要迎来超导科学的春天。

　　什么是超导？什么是室温超导？超导技术的神奇之处在哪里？它有什么用处？物理学真的会被颠覆吗？我们今天就来掰扯掰扯。

　　用一个小故事打比方：广州的小明新谈了个女朋友，女孩子在上海。为了一解异地恋的痛苦，小明决定搭顺风车去见她，但是他必须听从沿途所有司机的安排。小明先搭上了去长沙的车，然后从长沙到了贵阳，又从贵阳到成都、再到深圳、南昌......小明就是这么一个绝望的人。

　　现实中当然没有小明这样的糊涂虫，但类似的遭遇却是导体中自由电子的日常。我们都以为只要一通电，电子就在电线里以光速奔跑，瞬间抵达目的地。但实际情况是：绝大多数电子都在电场的驱动下像无头苍蝇一样在原子的空隙里撞来撞去，电子把能量传递给原子使原子加剧振动并发热。自由电子因为热运动产生的杂波削弱了电场方向的波，这就是电阻。

　　在许多情况下，电阻是不好的东西，我们不需要它。在长距离的电力传输中，电阻会把电能变成热能耗散掉；磁悬浮列车需要大电流来产生强磁场，但因为电阻的存在，许多电能被白白浪费；同样为了降低电阻，核磁共振设备的强磁线 ℃液氦里。

　　然而我们周围几乎所有的导体都有电阻，在纯电阻环境下，导体电阻的大小首先取决于它的电阻率。银的电阻率为1.65×10⁻⁸Ω⋅m，金的电阻率为2.40×10⁻⁸Ω⋅m，铜的电阻率为1.75×10⁻⁸Ω⋅m，铁的电阻率为9.78×10⁻⁸Ω⋅m。银的电阻率最低，它是比较理想的电导体，铁的电阻率比较高。由于铜的电阴率与银相当，价格更便宜，所以绝大多数的导线使用铜制做。

　　其次，电阻的大小还取决于导体的横截面积，导线越粗电阻越小，导线越细长，横截面通过的载流子越少，电阻就越大。

　　第三，导体里的杂质也会影响其电阻。导体晶格排列得越整齐、缺陷越少、杂质含量越低，电子的通过性就越好，电阻越小。相反，如果导体里有许多杂质、晶格有缺陷，电子就更容易碰撞反弹产生杂波，这些杂波削弱电场增加阻抗。音乐发烧友追求无氧铜导线就是这个道理。

　　第四，导体的温度越高，原子振动就越厉害，越容易阻碍电子的运动，更多的电子碰撞反过来进一步加热导体，进而增加阻抗。

　　在过去的一个世纪里，超导科学界并不是一事无成，科学家们也找到了一些物质，这些物质的晶体在极低温度下排列非常整齐，电阻接近0。

　　比如说在1911年，荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes创造性地把汞放进了超低温液态氦中，在4开尔文（K）的极低温度下，他发现汞的电阻降为0，水银变成了超导体。

　　后来，科学家们相继发现铅、铌钛、锗铌合金和氮化铌等在超低温度下也显示出超导特性。但是氦气在地球上极少见，液态氦非常昂贵，这使得超导体的应用前景受到限制。于是科学家们尝试把各种不同的东西扔到超低温环境里，直到发现某些陶瓷材料在-135°C的温度下也具有超导特性，这就是我们常说的“高温超导体”。

　　高温超导体的“高温”只是相对于“绝对零度”而言，它的好处是不再需要昂贵的液氦，只需要放在便宜的液氮中就可以了。问题在于-135°C的“高温”依然会限制超导体的使用场景，比如说你很难把几千公里长的高压电缆都泡在液氮里，也很难给几百公里的磁悬浮轨道降温。所以科学家们还是要孜孜不倦地寻找常温超导体（又称室温超导体），也就是我们地球表面日常温度下电阻为0的电线。

　　回到本文的开头，如果Ranga P. Dias发现室温超导体这件事是真实的，那么从科学角度讲它的意义重大，同时我们也没必要高兴得太早。

　　怎么才能在地球上得到这么高的大气压强？马里亚纳海沟的最深处也只有大约1100个大气压，极少有人造的容器能承受1万个大气压。包括Diasd在内的高压物理研究者都是用钻石砧来模拟高压环境的。

　　我们知道钻石是最坚硬的天然物质，由于稳定的四面体晶体排列结构，钻石的尖端能承受极大静压力而不破碎。于是高压物理学家把两颗钻石的顶端相对，用它来挤压实验物体，模拟出几百万大气压的极高压强，这种实验装置被称作“钻石砧”。

　　问题就在于钻石砧的尖端面积非常非常小，实验材料的体积也以微米计算，你需要在显微镜下才能观察到。一旦压力释放，材料的性质就发生改变，超导体不再超导。就跟离开液氦的水银不是超导体一样。

　　所以，即便这个美国（？）科学家Dias发现了“室温超导体”，它也是在1万个大气压的极高压强下取得的极小实验样品，它不是“室压超导体”，与线万光年。