如果告訴你

未來從北京到上海

地面通勤只需1.5小時(shí)

核磁共振設(shè)備能小到放進(jìn)鄉(xiāng)村診所

計(jì)算機(jī)芯片再也不用擔(dān)心發(fā)熱問題……

你會(huì)不會(huì)覺得

這是科幻電影里的橋段？

這些看似遙遠(yuǎn)的想象

都指向同一個(gè)關(guān)鍵詞——

室溫超導(dǎo)

在最新一期《開講啦》節(jié)目中

中國科學(xué)院物理研究所研究員靳常青

用一系列直觀而震撼的實(shí)驗(yàn)

揭秘室溫超導(dǎo)一旦實(shí)現(xiàn)后

將給我們生活帶來的改變

　　超導(dǎo)究竟有多神奇？

　　自1911年超導(dǎo)現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來，一代代科學(xué)家不斷探索，卻發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)材料只有通過制冷劑維持在極低溫度下，才能展現(xiàn)出超導(dǎo)狀態(tài)。

　　超導(dǎo)到底是什么？靳常青用通俗的語言解釋，某些材料在足夠低的溫度下，會(huì)展現(xiàn)出兩個(gè)“反?！碧匦裕?/p>

　　零電阻——電流毫無損耗地通過，不發(fā)熱；

　　完全抗磁性(邁斯納效應(yīng))——磁場穿不進(jìn)去，能被磁鐵“懸浮”。

　　以釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)體為例，用液氮冷卻至約-196℃后，將其置于永磁軌道上，它會(huì)穩(wěn)穩(wěn)懸浮。即使將軌道完全翻轉(zhuǎn)，超導(dǎo)體依然懸掛在軌道下方，既不掉落也不觸碰軌道，仿佛被無形的力量“釘”在了那里。

　　靳常青解釋，在第2類超導(dǎo)體的內(nèi)部，既有超導(dǎo)態(tài)，也有正常態(tài)。當(dāng)這類超導(dǎo)材料置于磁場中，超導(dǎo)體內(nèi)部正常區(qū)域的磁通線就像“釘子”一樣鎖住超導(dǎo)體，把它和磁鐵牢牢地綁在一起。

　　水在常溫下也能變冰？

　　高壓“壓”出個(gè)新世界

　　很多超導(dǎo)材料要涉及極端條件制備的技術(shù)，也就是高壓。在我們的印象中，水在常溫下是流動(dòng)的液體，只有降到0℃才會(huì)結(jié)冰。

　　而一個(gè)實(shí)驗(yàn)卻顛覆了大家的認(rèn)知：在室溫約20℃的環(huán)境下，對(duì)普通液態(tài)水施加約1萬個(gè)大氣壓，水中竟然“長”出一塊半透明的冰晶，且隨著壓力增大，從顯微鏡中可以明顯觀察到冰晶逐漸擴(kuò)大，呈現(xiàn)出完美晶型的過程。

　　靳常青介紹，這一現(xiàn)象源于水的特殊性質(zhì)——絕大多數(shù)物質(zhì)固態(tài)比液態(tài)重，但水恰恰例外。常壓下冰會(huì)浮在水面，這個(gè)“反?！碧匦员Ｗo(hù)了地球生命，若冰比水重，海洋在冬季將會(huì)徹底封凍，生命進(jìn)化或?qū)脑搭^被徹底掐斷。而高壓下形成的熱冰，無論在結(jié)構(gòu)、形態(tài)還是密度上，和自然界的常壓冷冰完全不同。

　　靳常青表示，高壓是一個(gè)非常獨(dú)特的手段。宇宙空間里，絕大部分實(shí)體物質(zhì)的內(nèi)部處于高壓狀態(tài)，從地表的1個(gè)大氣壓，到地心360萬個(gè)大氣壓，再到中子星內(nèi)部難以想象的極端壓力環(huán)境。壓力，會(huì)把我們認(rèn)為的“不可能”變成可能。

　　“氫”也有金屬態(tài)？

　　金屬氫撬動(dòng)兩項(xiàng)顛覆性技術(shù)

　　氫，通常以氣體或水的形態(tài)為人所知。然而，當(dāng)氫被置于極端超高壓下，會(huì)被壓縮成固體，進(jìn)而蝶變?yōu)榫哂袑?dǎo)電性的金屬，甚至可能成為室溫超導(dǎo)的候選材料。

　　這種物質(zhì)被稱為“金屬氫”，由諾貝爾獎(jiǎng)得主尤金·維格納于20世紀(jì)30年代首次提出。歷經(jīng)近百年科學(xué)求索，盡管目前距離在實(shí)驗(yàn)室中真正壓出金屬氫所需的壓力，在技術(shù)上仍有差距，但科學(xué)家們相信，一旦跨越這道門檻，金屬氫必將問世。

　　金屬氫會(huì)給人類帶來什么？靳常青介紹，金屬氫一旦實(shí)現(xiàn)，不僅可以作為超導(dǎo)材料進(jìn)行應(yīng)用，還能作為聚變的初級(jí)點(diǎn)火裝置——因?yàn)樗侨祟愐阎瘜W(xué)能中能量密度的天花板，再往上就是核能。

　　2003年，諾貝爾獎(jiǎng)得主維塔利·金茨堡教授在演講中將“金屬氫”列為21世紀(jì)上半葉物理學(xué)最重要的三大科學(xué)問題之一，與“可控核聚變”和“室溫超導(dǎo)”并列。換句話說，攻克金屬氫，可能一舉撬動(dòng)兩項(xiàng)顛覆性技術(shù)：讓超導(dǎo)走進(jìn)日常生活，也讓“人造太陽”離我們更近一步。

　　室溫超導(dǎo)若實(shí)現(xiàn)

　　生活會(huì)變成什么樣？

　　醫(yī)療領(lǐng)域：核磁不再依賴昂貴液氦→設(shè)備小型化、降價(jià)→進(jìn)社區(qū)/鄉(xiāng)村醫(yī)院

　　交通領(lǐng)域：超導(dǎo)磁懸浮突破高鐵600km/h上限→京滬通勤壓縮至1.5小時(shí)左右

　　信息領(lǐng)域：芯片零發(fā)熱瓶頸→突破現(xiàn)有算力天花板

　　能源領(lǐng)域：超導(dǎo)輸電無損耗→載流量是普通電纜10倍以上

超導(dǎo)的出現(xiàn)

就像為世界安裝了一個(gè)“無形的輪子”

也許用不了多久

這些實(shí)驗(yàn)室里的“小方塊”

就會(huì)變成我們身邊的日常

到那時(shí)，京滬通勤僅1.5小時(shí)

也許不過是個(gè)尋常的早晨