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超导之梦

2023-08-03 14:45:33 钛媒体APP

图片来源@视觉中国


【资料图】

LK-99。

01

7月22日起,世界各地实验室暗流涌动,高温炉悄然运转,业内暗语称之为“全球炼丹”。

暗流源自韩国科学家公开发表的论文,论文主题为室温超导。

即便已失望无数次,这四个字仍有强大魔力。那是物理学圣杯,那是历代科学家魔咒,那是贯穿122年的人类野望,那是货真价实改变时代的力量。

如果成真,大疫后奄奄一息的世界,俄乌冲突的阴云,蔓延全球的萧条,都只是历史的插曲,文明将翻开全新一页。

所有电子产品都将重构,交通能源都将颠覆,量子超算和可控核聚变将会实现,更重要的是,停滞许久的物理认知,能突破枷锁,世界将展示更深之秘。

电影《阿凡达》中,人类远征的目标,就是潘多拉上的室温超导矿石,为此不惜征伐文明。

在那个未来之中,星际飞船、磁悬浮列车、超导输电皆依靠矿石,室温超导是文明的基石。

而今,蕴藏魔力的室温超导材料,或许就藏在韩国论文之中,材料皆可网购,高中实验室即可复现,炼制时间34小时。

人类屏息凝神,在炉前等待结果。等待之时,让我们不妨回到长梦的起点。

1911年春天,58岁的荷兰物理学家昂内斯,在极低温度下,测试水银电阻,温度4.2K(-268.95℃)时,电阻消失了。

昂内斯绰号“绝对零度先生”,因擅长制造低温闻名。超导只是他意外发现,无人知晓原理。

那一年,二十世纪刚开始混乱序章,东方王朝轰然坍塌,一战阴云正在积蓄,福特汽车和豹式坦克先后咆哮,超导只是实验室台上的火种。

此后十年,物理学家不断更换金属材料,最后止步于1930年的金属铌,超导温度停留在9K(-264℃)。

此后40年,科学家一直测试金属化合物,然而超导温度一直在23K(-250℃)以下徘徊,仿佛被看不见的魔咒喝止

最后,学界推出麦克米兰红线,即超导温度不可超过40K(-233℃)。

那个温度恍如天条,不可逾越。

超导研究因此凋零,沦为冷门学科,直至1986年,瑞士科学家和伙伴,另辟蹊径,用绝缘体陶瓷测试,超导温度升为35K(-238℃)。

被压制75年的温度,一夕激增,两位年轻科学家不敢相信,反复测试8个月后,才在当年9月发表论文。

论文飘扬过海传至日本,东京大学教授,随手将其布置成本科生作业,然而未曾料到,一个月后,本科生证实了实验结果。

同月,论文也传至中国,中科院物理所研究员赵忠贤,在图书馆最新的美国杂志中看到论文,开始着手实验。

冥冥中,历史写满吊诡。中国实验突破的契机,在于使用五十年代的库存材料,因那时工厂水平差,产品杂质多,竟意外指明突破方向。

1986年12月,日本团队将超导温度提升为52.5K,同月,中国团队发现70K超导体,隔年1月,中国团队将纪录提升至100K,3月,日本团队将纪录刷至123K(-150℃)。

红线冲破,天条抹去,1987年成为超导沸腾之年。当年2月,科学家手持一小块绿色超导材料,登上《时代》封面。

美国成立超导委员会,国会拨款1.5亿美元,总统里根专门发表讲话,提出11点超导倡议:

一个月后,纽约曼哈顿酒店内,物理学家召开超导会议,3000余学者涌入,走廊都被坐满,气氛如音乐节。

20年后,参会学者仍对那夜欢腾念念不忘,“就像参加烹饪大赛,见人就问你用了什么秘制配料?

每段5分钟的演讲,从晚上19点30分,一直延续凌晨3点15分,欢呼声潮水起伏,演讲里尽是“世界已经改变了”。

那一年,全世界都以为即将跑步进入超导纪元,中国超导研究者从几百增至几万,《人民日报》频繁报道超导新闻,一代人科幻小说中写满超导。

按照此前突破速度推算,媒体称,人类一年之内将实现室温超导。

然而,超导故事却转向低潮,直至1994年,超导温度停步于164K(-109℃)。

圣山冷落,盗火者寥寥,因缺理论支撑,研究者多盲选材料,近乎玄学。

2011年,日本国家材料实验室突发奇想:铁化合物泡在酒中会否创造超导材料?

科学家测试了红葡萄酒、白葡萄酒、日本清酒、日本烧酒和威士忌,最后发现红酒表现最好,但依旧不明所以。

微小化合物浸泡在红酒内,世界仍在酣醉之中。

02

1994年,超导温度停滞之后,在韩国高丽大学,教授崔东植发布“原子超导带”理论,因离经叛道,关注者寥寥。

漫长时间内,只有他带的硕士李石培,写了一篇相关论文,除此之外,再无人问津。

1997年,崔东植看中24岁的硕士金智勋,金智勋原本研究电池,在他劝说下,加入超导小组,顺便攻读博士学位。

三人小组开始寂寞的研究。他们沿着八十年代思路,两年间测试了数十种陶瓷材料,但都无法验证崔教授的理论。

1999年,濒临放弃的金智勋,测试铅磷灰石样品时,发现仪表上出现一个微弱波动,疑似超导所致。

三人激动,重复试验,但波纹再难重现,恍如幽灵。

最终,失望的金智勋放弃超导,转回电池研究,以电池材料研究获得博士学位。毕业后,他到一家生产助听器电池的小公司上班。

另一位学生李石培继续坚持了9年,最后以超导理论研究完成博士论文。他的科研激情已消磨殆尽,到一所私立大学担任了计算机老师。

世界平庸如常,日子朝九晚五,工作之外,金智勋和李石培时常相聚,并成立了一家名叫量子中心的皮包公司,接一些小咨询生意,超导更像是少年的梦。

十年匆匆而过,2017年5月,崔东植教授病危,弥留之际,召唤两名学生见面。

病榻上,崔东植留下遗愿,希望两人能找到1999年那个幽灵波纹:

导师病故后,李石培决定完成遗愿,重启实验室,并找金智勋加盟。

金智勋表示大家人至中年,不能再如学生时代般无忌,要专心全职研究,必须要筹集资金,购买专业仪器。

在导师老友帮助下,他们向韩国国家科学基金会提交申请,但因两人十年间没发表过任何论文,被果断拒绝。

此后,李石培找到高丽大学终身教授,物理学家权英完。权英完有两台测量仪器的使用权。

考虑到只需挂名和提供理论指导,权英完同意加盟,下班后偶尔到实验室指导。

此时,量子中心已从皮包公司,转为真正的物理实验室。地点设在首尔小区边一栋旧商业楼地下一层。

2018年,超导重启,但矛盾很快产生。金智勋长于实验,专注用实验复刻1999年波纹。权英完则是学院派,认为理论研究才最重要。

李石培只能频繁调和,争吵之中,金智勋坚持实验测试,在无穷组合中重寻幽灵。

2020年,全球疫情,城市割裂成孤岛,金智勋关在实验室中继续测试,一个清晨,他意外看到仪器上陡峭的波形。

那是1999年之后,幽灵波纹再次清晰重现。他反复测试,同样材料,同样环境,但波纹不现。

他查看监控视频,发现从炉中拿装有样品的真空石英管时,他肘部不慎碰到桌子,震动令试管出现裂痕。

裂痕导致氧气引入,改变晶体结构,文明的跃迁恍如玩笑,也如定数

方向至此明晰,三个月后,历经1000余次实验,室温超导材料炼制成功。

在论文视频中,它展示出超导必备的抗磁性,“可以漂浮,就像一个魔法石头”。

新材料被命名为LK-99。L和K是李石培和金智勋姓名首字母,而99指向一切开始的1999年。

03

LK-99制作过程复杂又原始,需用钵杵研磨,需把握开炉时间,并在合适时机,撞击真空石英管,三人中,只有金智勋能够操作。

2020年,团队完成论文,向《自然》投稿,然而,因印度裔学者刚刚上演室温超导闹剧,《自然》压力巨大,论文被拒。

权英完认为被拒原因是过世的崔教授理论不完备,团队产生巨大裂痕。

李石培转而求助美国韩裔科学家金铉卓,但金铉卓并不相信室温超导成功。直至疫情封锁打开,他飞赴韩国,见到漂浮的晶体

2022年,金铉卓美国团队开始重复LK-99制作过程,产量很低,每10次能成功1次。

此时,权英完的贡献仅是能提供测量设备,2023年3月,他被量子中心解聘。

今年7月22日早上7时,权英完抢先发布论文,公开LK-99。

两小时三十分钟后,李石培等人发布更详细论文,作者名中并无权英完。

4天后,为证明实验为真,金铉卓上传视频。视频中,晶体一边翘起,半悬空中。

全球实验室开始全速运转,第二篇论文给出详细合成步骤。步骤并不复杂,材料也仅需一氧化铅、硫酸铅粉、铜和磷。

在广袤未知面前,人类再次懵懂如炼金术士。相关话题一度在知乎热榜榜首挂了4天,但无人证真也无人证伪。

文明的关键节点面前,学界保持着谨慎。最先打破沉默的是B站up主“关山口男子技师”。

他是最早一批开启测试的人,并在B站直播动态。第一炉炼出的材料,观测到了与论文相似的曲线。

8月1日,他在B站上传视频“LK-99(潜在室温超导材料)验证”,并公布身份。

他是华中科技大学材料学院博士后武浩,他和博士女友杨丽一起,在教授常海欣指导下,首次复现了可磁悬浮的LK-99晶体。

视频中,微小的晶体在牙签前抖动,展示出极强抗磁性。一天内,视频播放超800万。

网友回看视频发现,测试全程,武浩手指和声音都在颤抖,满屏弹幕都在刷“见证历史”。

有网友在弹幕留言:

8月2日,更多消息传来,中科大团队称初步测试材料表现出抗磁性,半悬浮。美国劳伦斯伯克利国家实验室,用计算机模拟确认存在超导可能。

目前,华中科技大学团队正在烧制第三炉样品,验证最终超导性。

清华学者称,室温超导带来的变革将远超人工智能。人工智能只是上一轮浪潮的迭代,而室温超导将重新定义世界规则。

已知变化中,它能数秒完成电车充电,让一切电子产品小型化,升级核磁共振,改变电力传输,颠覆能源格局,重塑地缘政治,连锁变化将超出现有的想象。

一如里根在八十年代那次畅想中所言:

动荡不安的时代,陡然行至岔路,萧条的世界意外打开门扉。目前,那道门只开缝隙,结局未定。

门外的我们,只能耐心等待,期待为真。

这或将是文明至关重要的节点。

一如苹果从树上掉下。

一如水壶喷射蒸汽。

一如特斯拉在海角点亮璀璨的电塔。

如果说,我们的人生所能经历最重要的历史时刻。

那么,或许便是此刻。

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