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超導(dǎo)之夢:巧合,宮斗,理想主義,恍如玩笑,也如定數(shù)

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(zhuǎn),業(yè)內(nèi)暗語稱之為“全球煉丹”。

暗流源自韓國科學(xué)家公開發(fā)表的論文,論文主題為室溫超導(dǎo)。

即便已失望無數(shù)次,這四個字仍有強大魔力。那是物理學(xué)圣杯,那是歷代科學(xué)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(chǎn)品都將重構(gòu),交通能源都將顛覆,量子超算和可控核聚變將會實現(xiàn),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(biāo),就是潘多拉上的室溫超導(dǎo)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(dǎo)輸電皆依靠礦石,室溫超導(dǎo)是文明的基石。

而今,蘊藏魔力的室溫超導(dǎo)材料,或許就藏在韓國論文之中,材料皆可網(wǎng)購,高中實驗室即可復(fù)現(xiàn),煉制時間34小時。

人類屏息凝神,在爐前等待結(jié)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(xué)家昂內(nèi)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(nèi)斯綽號“絕對零度先生”,因擅長制造低溫聞名。超導(dǎo)只是他意外發(fā)現(xiàn),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(zhàn)陰云正在積蓄,福特汽車和豹式坦克先后咆哮,超導(dǎo)只是實驗室臺上的火種。

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

此后40年,科學(xué)家一直測試金屬化合物,然而超導(dǎo)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(xué)界推出麥克米蘭紅線,即超導(dǎo)溫度不可超過40K(-233℃)。

那個溫度恍如天條,不可逾越。

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

被壓制75年的溫度,一夕激增,兩位年輕科學(xué)家不敢相信,反復(fù)測試8個月后,才在當(dāng)年9月發(fā)表論文。

論文飄揚過海傳至日本,東京大學(xué)教授,隨手將其布置成本科生作業(yè),然而未曾料到,一個月后,本科生證實了實驗結(jié)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(chǎn)品雜質(zhì)多,竟意外指明突破方向。

1986年12月,日本團隊將超導(dǎo)溫度提升為52.5K,同月,中國團隊發(fā)現(xiàn)70K超導(dǎo)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(dǎo)沸騰之年。當(dāng)年2月,科學(xué)家手持一小塊綠色超導(dǎo)材料,登上《時代》封面。

美國成立超導(dǎo)委員會,國會撥款1.5億美元,總統(tǒng)里根專門發(fā)表講話,提出11點超導(dǎo)倡議:

“科學(xué)告訴我們,超導(dǎo)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(nèi),物理學(xué)家召開超導(dǎo)會議,3000余學(xué)者涌入,走廊都被坐滿,氣氛如音樂節(jié)。

20年后,參會學(xué)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(xù)凌晨3點15分,歡呼聲潮水起伏,演講里盡是“世界已經(jīng)改變了”。

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

按照此前突破速度推算,媒體稱,人類一年之內(nèi)將實現(xiàn)室溫超導(dǎo)。

然而,超導(dǎo)故事卻轉(zhuǎn)向低潮,直至1994年,超導(dǎo)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(xué)。

2011年,日本國家材料實驗室突發(fā)奇想:鐵化合物泡在酒中會否創(chuàng)造超導(dǎo)材料?

科學(xué)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(fā)現(xiàn)紅酒表現(xiàn)最好,但依舊不明所以。

微小化合物浸泡在紅酒內(nèi),世界仍在酣醉之中。

1994年,超導(dǎo)溫度停滯之后,在韓國高麗大學(xué),教授崔東植發(fā)布“原子超導(dǎo)帶”理論,因離經(jīng)叛道,關(guān)注者寥寥。

漫長時間內(nèi),只有他帶的碩士李石培,寫了一篇相關(guān)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(dǎo)小組,順便攻讀博士學(xué)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(shù)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(fā)現(xiàn)儀表上出現(xiàn)一個微弱波動,疑似超導(dǎo)所致。

三人激動,重復(fù)試驗,但波紋再難重現(xiàn),恍如幽靈。

最終,失望的金智勛放棄超導(dǎo),轉(zhuǎn)回電池研究,以電池材料研究獲得博士學(xué)位。畢業(yè)后,他到一家生產(chǎn)助聽器電池的小公司上班。

另一位學(xué)生李石培繼續(xù)堅持了9年,最后以超導(dǎo)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(xué)擔(dān)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(dǎo)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(xué)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(xù)研究下去,但它完美的實現(xiàn)之前不要讓世界看到它。

導(dǎo)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(xué)生時代般無忌,要專心全職研究,必須要籌集資金,購買專業(yè)儀器。

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

此后,李石培找到高麗大學(xué)終身教授,物理學(xué)家權(quán)英完。權(quán)英完有兩臺測量儀器的使用權(quán)。

考慮到只需掛名和提供理論指導(dǎo),權(quán)英完同意加盟,下班后偶爾到實驗室指導(dǎo)。

此時,量子中心已從皮包公司,轉(zhuǎn)為真正的物理實驗室。地點設(shè)在首爾小區(qū)邊一棟舊商業(yè)樓地下一層。

2018年,超導(dǎo)重啟,但矛盾很快產(chǎn)生。金智勛長于實驗,專注用實驗復(fù)刻1999年波紋。權(quán)英完則是學(xué)院派,認為理論研究才最重要。

李石培只能頻繁調(diào)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(guān)在實驗室中繼續(xù)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(xiàn)。他反復(fù)測試,同樣材料,同樣環(huán)境,但波紋不現(xiàn)。

他查看監(jiān)控視頻,發(fā)現(xiàn)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(xiàn)裂痕。

裂痕導(dǎo)致氧氣引入,改變晶體結(jié)構(gòu),文明的躍遷恍如玩笑,也如定數(shù)。

方向至此明晰,三個月后,歷經(jīng)1000余次實驗,室溫超導(dǎo)材料煉制成功。

在論文視頻中,它展示出超導(dǎo)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(fù)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(xué)者剛剛上演室溫超導(dǎo)鬧劇,《自然》壓力巨大,論文被拒。

權(quán)英完認為被拒原因是過世的崔教授理論不完備,團隊產(chǎn)生巨大裂痕。

李石培轉(zhuǎn)而求助美國韓裔科學(xué)家金鉉卓,但金鉉卓并不相信室溫超導(dǎo)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(fù)LK-99制作過程,產(chǎn)量很低,每10次能成功1次。

此時,權(quán)英完的貢獻僅是能提供測量設(shè)備,2023年3月,他被量子中心解聘。

今年7月22日早上7時,權(quán)英完搶先發(fā)布論文,公開LK-99。

兩小時三十分鐘后,李石培等人發(fā)布更詳細論文,作者名中并無權(quán)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?qū)嶒炇议_始全速運轉(zhuǎn),第二篇論文給出詳細合成步驟。步驟并不復(fù)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(shù)士。相關(guān)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(guān)鍵節(jié)點面前,學(xué)界保持著謹慎。最先打破沉默的是B站up主“關(guān)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(tài)。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(dǎo)材料)驗證”,并公布身份。

他是華中科技大學(xué)材料學(xué)院博士后武浩,他和博士女友楊麗一起,在教授常海欣指導(dǎo)下,首次復(fù)現(xiàn)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(nèi),視頻播放超800萬。

網(wǎng)友回看視頻發(fā)現(xiàn),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(wǎng)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(fēng)。

8月2日,更多消息傳來,中科大團隊稱初步測試材料表現(xiàn)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(dǎo)可能。

目前,華中科技大學(xué)團隊正在燒制第三爐樣品,驗證最終超導(dǎo)性。

清華學(xué)者稱,室溫超導(dǎo)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(dǎo)將重新定義世界規(guī)則。

已知變化中,它能數(shù)秒完成電車充電,讓一切電子產(chǎn)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(xiàn)有的想象。

一如里根在八十年代那次暢想中所言:

當(dāng)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(wèi)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(jié)局未定。

門外的我們,只能耐心等待,期待為真。

這或?qū)⑹俏拿髦陵P(guān)重要的節(jié)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(jīng)歷最重要的歷史時刻。

那么,或許便是此刻。

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