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超導之夢:巧合,宮斗,理想主義,恍如玩笑,也如定數

2023-08-03 15:51
來源:澎湃新聞·澎湃號·湃客
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LK-99。

7月22日起,世界各地實驗室暗流涌動,高溫爐悄然運轉,業內暗語稱之為“全球煉丹”。

暗流源自韓國科學家公開發表的論文,論文主題為室溫超導。

即便已失望無數次,這四個字仍有強大魔力。那是物理學圣杯,那是歷代科學家魔咒,那是貫穿122年的人類野望,那是貨真價實改變時代的力量。

如果成真,大疫后奄奄一息的世界,俄烏沖突的陰云,蔓延全球的蕭條,都只是歷史的插曲,文明將翻開全新一頁。

所有電子產品都將重構,交通能源都將顛覆,量子超算和可控核聚變將會實現,更重要的是,停滯許久的物理認知,能突破枷鎖,世界將展示更深之秘。

電影《阿凡達》中,人類遠征的目標,就是潘多拉上的室溫超導礦石,為此不惜征伐文明。

在那個未來之中,星際飛船、磁懸浮列車、超導輸電皆依靠礦石,室溫超導是文明的基石。

而今,蘊藏魔力的室溫超導材料,或許就藏在韓國論文之中,材料皆可網購,高中實驗室即可復現,煉制時間34小時。

人類屏息凝神,在爐前等待結果。等待之時,讓我們不妨回到長夢的起點。

1911年春天,58歲的荷蘭物理學家昂內斯,在極低溫度下,測試水銀電阻,溫度4.2K(-268.95℃)時,電阻消失了。

昂內斯綽號“絕對零度先生”,因擅長制造低溫聞名。超導只是他意外發現,無人知曉原理。

那一年,二十世紀剛開始混亂序章,東方王朝轟然坍塌,一戰陰云正在積蓄,福特汽車和豹式坦克先后咆哮,超導只是實驗室臺上的火種。

此后十年,物理學家不斷更換金屬材料,最后止步于1930年的金屬鈮,超導溫度停留在9K(-264℃)。

此后40年,科學家一直測試金屬化合物,然而超導溫度一直在23K(-250℃)以下徘徊,仿佛被看不見的魔咒喝止。

最后,學界推出麥克米蘭紅線,即超導溫度不可超過40K(-233℃)。

那個溫度恍如天條,不可逾越。

超導研究因此凋零,淪為冷門學科,直至1986年,瑞士科學家和伙伴,另辟蹊徑,用絕緣體陶瓷測試,超導溫度升為35K(-238℃)。

被壓制75年的溫度,一夕激增,兩位年輕科學家不敢相信,反復測試8個月后,才在當年9月發表論文。

論文飄揚過海傳至日本,東京大學教授,隨手將其布置成本科生作業,然而未曾料到,一個月后,本科生證實了實驗結果。

同月,論文也傳至中國,中科院物理所研究員趙忠賢,在圖書館最新的美國雜志中看到論文,開始著手實驗。

冥冥中,歷史寫滿吊詭。中國實驗突破的契機,在于使用五十年代的庫存材料,因那時工廠水平差,產品雜質多,竟意外指明突破方向。

1986年12月,日本團隊將超導溫度提升為52.5K,同月,中國團隊發現70K超導體,隔年1月,中國團隊將紀錄提升至100K,3月,日本團隊將紀錄刷至123K(-150℃)。

紅線沖破,天條抹去,1987年成為超導沸騰之年。當年2月,科學家手持一小塊綠色超導材料,登上《時代》封面。

美國成立超導委員會,國會撥款1.5億美元,總統里根專門發表講話,提出11點超導倡議:

“科學告訴我們,超導方面的突破使我們進入了一個新時代的門檻”。

一個月后,紐約曼哈頓酒店內,物理學家召開超導會議,3000余學者涌入,走廊都被坐滿,氣氛如音樂節。

20年后,參會學者仍對那夜歡騰念念不忘,“就像參加烹飪大賽,見人就問你用了什么秘制配料?”

每段5分鐘的演講,從晚上19點30分,一直延續凌晨3點15分,歡呼聲潮水起伏,演講里盡是“世界已經改變了”。

那一年,全世界都以為即將跑步進入超導紀元,中國超導研究者從幾百增至幾萬,《人民日報》頻繁報道超導新聞,一代人科幻小說中寫滿超導。

按照此前突破速度推算,媒體稱,人類一年之內將實現室溫超導。

然而,超導故事卻轉向低潮,直至1994年,超導溫度停步于164K(-109℃)。

圣山冷落,盜火者寥寥,因缺理論支撐,研究者多盲選材料,近乎玄學。

2011年,日本國家材料實驗室突發奇想:鐵化合物泡在酒中會否創造超導材料?

科學家測試了紅葡萄酒、白葡萄酒、日本清酒、日本燒酒和威士忌,最后發現紅酒表現最好,但依舊不明所以。

微小化合物浸泡在紅酒內,世界仍在酣醉之中。

1994年,超導溫度停滯之后,在韓國高麗大學,教授崔東植發布“原子超導帶”理論,因離經叛道,關注者寥寥。

漫長時間內,只有他帶的碩士李石培,寫了一篇相關論文,除此之外,再無人問津。

1997年,崔東植看中24歲的碩士金智勛,金智勛原本研究電池,在他勸說下,加入超導小組,順便攻讀博士學位。

三人小組開始寂寞的研究。他們沿著八十年代思路,兩年間測試了數十種陶瓷材料,但都無法驗證崔教授的理論。

1999年,瀕臨放棄的金智勛,測試鉛磷灰石樣品時,發現儀表上出現一個微弱波動,疑似超導所致。

三人激動,重復試驗,但波紋再難重現,恍如幽靈。

最終,失望的金智勛放棄超導,轉回電池研究,以電池材料研究獲得博士學位。畢業后,他到一家生產助聽器電池的小公司上班。

另一位學生李石培繼續堅持了9年,最后以超導理論研究完成博士論文。他的科研激情已消磨殆盡,到一所私立大學擔任了計算機老師。

世界平庸如常,日子朝九晚五,工作之外,金智勛和李石培時常相聚,并成立了一家名叫量子中心的皮包公司,接一些小咨詢生意,超導更像是少年的夢。

十年匆匆而過,2017年5月,崔東植教授病危,彌留之際,召喚兩名學生見面。

病榻上,崔東植留下遺愿,希望兩人能找到1999年那個幽靈波紋:

拜托了,繼續研究下去,但它完美的實現之前不要讓世界看到它。

導師病故后,李石培決定完成遺愿,重啟實驗室,并找金智勛加盟。

金智勛表示大家人至中年,不能再如學生時代般無忌,要專心全職研究,必須要籌集資金,購買專業儀器。

在導師老友幫助下,他們向韓國國家科學基金會提交申請,但因兩人十年間沒發表過任何論文,被果斷拒絕。

此后,李石培找到高麗大學終身教授,物理學家權英完。權英完有兩臺測量儀器的使用權。

考慮到只需掛名和提供理論指導,權英完同意加盟,下班后偶爾到實驗室指導。

此時,量子中心已從皮包公司,轉為真正的物理實驗室。地點設在首爾小區邊一棟舊商業樓地下一層。

2018年,超導重啟,但矛盾很快產生。金智勛長于實驗,專注用實驗復刻1999年波紋。權英完則是學院派,認為理論研究才最重要。

李石培只能頻繁調和,爭吵之中,金智勛堅持實驗測試,在無窮組合中重尋幽靈。

2020年,全球疫情,城市割裂成孤島,金智勛關在實驗室中繼續測試,一個清晨,他意外看到儀器上陡峭的波形。

那是1999年之后,幽靈波紋再次清晰重現。他反復測試,同樣材料,同樣環境,但波紋不現。

他查看監控視頻,發現從爐中拿裝有樣品的真空石英管時,他肘部不慎碰到桌子,震動令試管出現裂痕。

裂痕導致氧氣引入,改變晶體結構,文明的躍遷恍如玩笑,也如定數。

方向至此明晰,三個月后,歷經1000余次實驗,室溫超導材料煉制成功。

在論文視頻中,它展示出超導必備的抗磁性,“可以漂浮,就像一個魔法石頭”。

新材料被命名為LK-99。L和K是李石培和金智勛姓名首字母,而99指向一切開始的1999年。

LK-99制作過程復雜又原始,需用缽杵研磨,需把握開爐時間,并在合適時機,撞擊真空石英管,三人中,只有金智勛能夠操作。

2020年,團隊完成論文,向《自然》投稿,然而,因印度裔學者剛剛上演室溫超導鬧劇,《自然》壓力巨大,論文被拒。

權英完認為被拒原因是過世的崔教授理論不完備,團隊產生巨大裂痕。

李石培轉而求助美國韓裔科學家金鉉卓,但金鉉卓并不相信室溫超導成功。直至疫情封鎖打開,他飛赴韓國,見到漂浮的晶體。

2022年,金鉉卓美國團隊開始重復LK-99制作過程,產量很低,每10次能成功1次。

此時,權英完的貢獻僅是能提供測量設備,2023年3月,他被量子中心解聘。

今年7月22日早上7時,權英完搶先發布論文,公開LK-99。

兩小時三十分鐘后,李石培等人發布更詳細論文,作者名中并無權英完。

4天后,為證明實驗為真,金鉉卓上傳視頻。視頻中,晶體一邊翹起,半懸空中。

全球實驗室開始全速運轉,第二篇論文給出詳細合成步驟。步驟并不復雜,材料也僅需一氧化鉛、硫酸鉛粉、銅和磷。

在廣袤未知面前,人類再次懵懂如煉金術士。相關話題一度在知乎熱榜榜首掛了4天,但無人證真也無人證偽。

文明的關鍵節點面前,學界保持著謹慎。最先打破沉默的是B站up主“關山口男子技師”。

他是最早一批開啟測試的人,并在B站直播動態。第一爐煉出的材料,觀測到了與論文相似的曲線。

8月1日,他在B站上傳視頻“LK-99(潛在室溫超導材料)驗證”,并公布身份。

他是華中科技大學材料學院博士后武浩,他和博士女友楊麗一起,在教授常海欣指導下,首次復現了可磁懸浮的LK-99晶體。

視頻中,微小的晶體在牙簽前抖動,展示出極強抗磁性。一天內,視頻播放超800萬。

網友回看視頻發現,測試全程,武浩手指和聲音都在顫抖,滿屏彈幕都在刷“見證歷史”。

有網友在彈幕留言:

那個在白紙上撲騰的小黑點,有蝴蝶撲棱小翅膀的美感,也許能扇動人類科技進步的颶風。

8月2日,更多消息傳來,中科大團隊稱初步測試材料表現出抗磁性,半懸浮。美國勞倫斯伯克利國家實驗室,用計算機模擬確認存在超導可能。

目前,華中科技大學團隊正在燒制第三爐樣品,驗證最終超導性。

清華學者稱,室溫超導帶來的變革將遠超人工智能。人工智能只是上一輪浪潮的迭代,而室溫超導將重新定義世界規則。

已知變化中,它能數秒完成電車充電,讓一切電子產品小型化,升級核磁共振,改變電力傳輸,顛覆能源格局,重塑地緣政治,連鎖變化將超出現有的想象。

一如里根在八十年代那次暢想中所言:

當本·富蘭克林第一次從閃電中捕獲電力時,沒有人夢想過計算機或通信衛星。

動蕩不安的時代,陡然行至岔路,蕭條的世界意外打開門扉。目前,那道門只開縫隙,結局未定。

門外的我們,只能耐心等待,期待為真。

這或將是文明至關重要的節點。

一如蘋果從樹上掉下。

一如水壺噴射蒸汽。

一如特斯拉在海角點亮璀璨的電塔。

如果說,我們的人生所能經歷最重要的歷史時刻。

那么,或許便是此刻。

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