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室溫超導(dǎo),和我們有啥關(guān)系

日期:2023-08-27 02:28:38 來(lái)源:面包芯語(yǔ)

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一個(gè)可能會(huì)影響人類發(fā)展進(jìn)程的研究成果,這兩天在質(zhì)疑聲中逐漸發(fā)酵。

這就是室溫超導(dǎo)。

但凡上過(guò)初高中物理課的同學(xué),肯定對(duì)關(guān)于電學(xué)的基本理論有一些了解。

什么是導(dǎo)體?就是能傳導(dǎo)電流的物體。生活中的導(dǎo)體無(wú)處不在,也正是依靠導(dǎo)體,電流才能正常傳輸?shù)饺祟惿鐣?huì)的各種使用電能的設(shè)備中。

什么是電阻?不同導(dǎo)體的一個(gè)主要的區(qū)別,就在于他們傳導(dǎo)電流的難易程度不同,這種難易程度,或者說(shuō)導(dǎo)體對(duì)于電流傳輸?shù)淖璧K程度,就是電阻。電阻越大,導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用越大,則電流在傳輸?shù)倪^(guò)程中損耗越大。

而根據(jù)能量守恒原則,電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)損耗的電能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能,這就是電氣設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)熱、需要散熱的原因,否則持續(xù)的高溫會(huì)導(dǎo)致元器件損壞。

因此,以上部分結(jié)論就是,導(dǎo)體能導(dǎo)電,但是有電阻,電阻越小導(dǎo)電過(guò)程中損耗越小,越不需要散熱。

因此,雖然事物都有兩面性,但是對(duì)于絕大多數(shù)情況下的導(dǎo)體來(lái)說(shuō),電阻越小,一定是越好的。而不同導(dǎo)體的導(dǎo)電性能,或者說(shuō)電阻差別非常大,這就導(dǎo)致某些材料非常適合用于電的傳輸,比如常見(jiàn)金屬中電阻最小的銀,以及考慮成本后廣泛應(yīng)用的銅。

以上,物理課講授完畢。

那存不存在一種材料,電阻為0呢?

在20世紀(jì)初,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),某些物質(zhì)在極低的溫度時(shí),如鋁在-271.76℃以下,鉛在-265.95℃以下,電阻就變成了零。這種電阻為零(實(shí)際上是無(wú)限接近于0)的現(xiàn)象,就被稱為超導(dǎo)。

要實(shí)現(xiàn)這種超低溫環(huán)境,實(shí)驗(yàn)室還可以,但是想應(yīng)用于實(shí)際場(chǎng)景,無(wú)異于癡人說(shuō)夢(mèng)。

不過(guò),科學(xué)家們逐漸發(fā)現(xiàn)一些材料,不在這么低溫的環(huán)境下,依然可以出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象,而這種超導(dǎo)被稱為高溫超導(dǎo)。

那是有多高溫呢?一般認(rèn)為高溫超導(dǎo)的高溫是液態(tài)氮以上的溫度,即:零下196度。

雖然這依然是個(gè)令人恐怖的低溫,但高溫超導(dǎo)讓超導(dǎo)邁向了實(shí)際應(yīng)用的第一步,而科學(xué)家們則始終致力于將超導(dǎo)溫度往上一點(diǎn)點(diǎn)抬升的研究之中,希望有朝一日能實(shí)現(xiàn)室溫下的超導(dǎo)現(xiàn)象。因?yàn)槭覝爻瑢?dǎo)一旦能大范圍應(yīng)用,意義簡(jiǎn)直過(guò)于炸裂。

首先是電力和信息傳輸?shù)母锩酝黄?。電能的傳輸需要使用?dǎo)體,導(dǎo)體電阻越小,則電在傳輸過(guò)程中損耗越小,而如果真的能使用超導(dǎo)體輸電,則可顯著提升電能傳輸效率,大大減少能源消耗。而信息的傳輸部分也依靠電信號(hào)的傳輸(同軸電纜、雙絞線等等),因此超導(dǎo)體同樣可以使得信息傳輸距離大幅提升。

其次是全部用電設(shè)備性能的大幅提升。如果將超導(dǎo)材料使用在電子設(shè)備上(手機(jī)、平板、電腦等等everything?。?,相同的原理,電在電子設(shè)備內(nèi)部傳輸?shù)倪^(guò)程中損耗降低,無(wú)論是電子產(chǎn)品的發(fā)熱還是電量損耗,都會(huì)明顯改善,實(shí)現(xiàn)電子科技領(lǐng)域大進(jìn)步。

如果超導(dǎo)體使用在電動(dòng)汽車(chē)上,則可以帶來(lái)電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的巨大革命:同樣由于傳輸損耗顯著降低,相同的電池,可以驅(qū)動(dòng)電車(chē)行駛更遠(yuǎn),電動(dòng)汽車(chē)的缺點(diǎn)將不復(fù)存在,燃油汽車(chē)將被徹底革命。

以上例子不勝枚舉。

而超導(dǎo)體不單單會(huì)在電的領(lǐng)域掀起技術(shù)騰飛浪潮,與電相伴相生的磁的領(lǐng)域,也將出現(xiàn)翻天覆地的變化。

這里就要引入同樣是初高中物理課本中提到的電生磁現(xiàn)象:1820年4月,丹麥科學(xué)家?jiàn)W斯特在上課時(shí),無(wú)意中讓通電的導(dǎo)線靠近指南針,他突然發(fā)現(xiàn)指南針竟然動(dòng)了,并最終確認(rèn)通電導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)的現(xiàn)象,也讓分別被獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的電和磁,從此以后被聯(lián)系在了一起。

而現(xiàn)代社會(huì),正是通過(guò)電生磁的原理,來(lái)實(shí)現(xiàn)磁懸浮列車(chē)、核磁共振等各領(lǐng)域需要強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境的應(yīng)用,但此類應(yīng)用因?yàn)樾枰a(chǎn)生強(qiáng)力磁場(chǎng),如果使用普通導(dǎo)體,一方面無(wú)法產(chǎn)生超高磁場(chǎng),另一方面必須需要極高電流,而這樣帶來(lái)的超高能耗、導(dǎo)體巨量發(fā)熱幾乎無(wú)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

所以,此類場(chǎng)景,一般要硬著頭皮上高溫超導(dǎo)體(解釋見(jiàn)上文)。

尤其在磁懸浮領(lǐng)域,超導(dǎo)體具有稱為邁斯納效應(yīng)的完全抗磁性,即當(dāng)把超導(dǎo)體放進(jìn)磁場(chǎng)中時(shí),在超導(dǎo)體表面會(huì)形成感應(yīng)電流,該電流所激發(fā)的磁場(chǎng)和外磁場(chǎng)等值且完全反向,實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)懸浮。

因此,邁斯納效應(yīng)和零電阻現(xiàn)象是實(shí)驗(yàn)上判定一個(gè)材料是否為超導(dǎo)體的兩大要素。

所以,超導(dǎo)一旦能在室溫下產(chǎn)生,則同樣會(huì)顛覆依靠強(qiáng)磁場(chǎng)的醫(yī)學(xué)影像、量子加速、磁懸浮等等領(lǐng)域。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),室溫超導(dǎo)體能實(shí)現(xiàn),則約等于新一輪工業(yè)革命實(shí)現(xiàn)??萍忌S帶來(lái)社會(huì)大發(fā)展、基建大躍進(jìn)。

而眼下,室溫超導(dǎo)似乎有點(diǎn)眉目。

7月22日上午,韓國(guó)量子能源研究中心公司相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)布最新研究成果,稱發(fā)現(xiàn)一種命名為L(zhǎng)K-99的銅摻雜鉛磷灰石材料擁有室溫超導(dǎo)能力。

這個(gè)轟動(dòng)科學(xué)界的新聞,讓全球研究室溫超導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)、實(shí)驗(yàn)室都第一時(shí)間展開(kāi)復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)。

目前的結(jié)果是,真真假假,假假真真,有的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為L(zhǎng)K-99的結(jié)果是錯(cuò)誤的,有些從理論角度證實(shí)可行性。

而隨著時(shí)間推進(jìn),已經(jīng)有多個(gè)團(tuán)隊(duì)部分證實(shí)LK-99的室溫超導(dǎo)現(xiàn)象,主要是邁斯納效應(yīng)。

但是依然沒(méi)有團(tuán)隊(duì)100%復(fù)現(xiàn)韓國(guó)方面的試驗(yàn)數(shù)據(jù),100%證實(shí)LK-99是超導(dǎo)體。

在科技界,有一種技術(shù)奇點(diǎn)的理論,即技術(shù)發(fā)展總是在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生極大的接近于無(wú)限的進(jìn)步,在極短的時(shí)間里徹底改變?nèi)祟愂澜绲臓顟B(tài)。

比如蒸汽機(jī)的發(fā)明,比如電的使用,比如集成電路的發(fā)明,比如電話的發(fā)明。

而LK-99會(huì)不會(huì)成為下一個(gè)人類社會(huì)技術(shù)奇點(diǎn)的導(dǎo)火索,只能再讓子彈飛一會(huì)兒了。

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