借着常温超导这个“流量密码”，一群人赢麻了

0 星海情报局 2023-08-03 07:49:52

摘要：

毫无疑问，“常温超导”就是现在最火热的话题——自媒体炒一轮，B站up主炒一轮，资本圈炒一轮，大家都赢了自从前几天韩国团队丢出了“LK-99”这种宣称可以实现“常温超导”的物质后，全球人民都疯狂了。不仅是因为他们的样品在常温常压下就有“迈斯纳”效应， 还因为这东西从材料到工艺都过于简单，甚至有人调侃说“整个实验里最贵的东西是那个陶瓷坩锅” ，以至于中学实验室就可以实现复刻——已经有很多野生物理爱好者在试着复现“LK-99”了。

arXiv上的论文截图

这相当于什么呢？这就相当于某天你突然发现，其实你用家门口五金店里卖的东西也能攒出一台光刻机。

而且更兴奋的是，昨天下午，华中科技大学的团队复现了“LK-99”，不仅是中国团队，美国劳伦斯实验室和俄罗斯实验室也都用各自的方法或证明或复现了“LK-99”的可靠。

这和之前迪亚斯的“超导”就完全不同了。因为可以复现，说明韩国团队没有忽悠，这事儿至少是有门的。

制备极度简单且便宜的常温常压超导材料……看到这大家都有点恍惚：佛祖、玉帝和上帝突然决定给人类调低游戏难度了？这“物理学圣杯”来的是不是过于轻松了些？

来源：中科院高能物理研究所粒子加速器中的超导磁体技术

最后，随着美股AMSC（美国超导）昨天直接上涨了140%——大家都绷不住了——人类的未来、暴富的诱惑、尖端的科技……人类似乎已经站在新一代工业革命的门槛上了。

但很遗憾，且不论这次LK-99是不是真的成为“人类新希望”，我们距离真正梦想的“常温超导”还有十万八千里的距离。

其实这几天局长一直在关注这个事情，今天我们就来聊聊“常温超导”和由此想到的其他事情。

先说一个总的看法吧：没错，韩国人的确发了论文、做了实验，但即便LK-99真的是划时代的常温超导体，他们的论文和理论也不足以支撑起未来的发展。韩国人的LK-99有点意思，但距离“开创历史新纪元”恐怕还差了点意思，韩国团队的尝试值得我们尊敬，但为此而陷入狂欢，乃至重仓all-in就有点太后现代了。

“常温超导”的美丽未来

先简要了解一下“超导”的概念。

超导现象由昂内斯在1911年发现 | 诺贝尔奖官网

“导体能导电”这个大家都知道，但是即便导电性再强的物质，比如银和铜，也是存在电阻的。

常温状态下，金属导线可以看作是一条河流，“河水”是外层电子，“河里的礁石”是金属阳离子。正如河水会从高耸的山地流向低缓的平原，自由电子也会从高电势的地方流向低电势的地方，这就是“导电”。

绝缘体之所以在一定程度上可以不导电，就是因为“绝缘体”这条河里的礁石太大了，把整条河都给堵了。但我们也都知道，水势足够大的情况下，即便是大坝也拦不住水。绝缘体也并非永远不导电，在电压足够高的时候，击穿绝缘体也是情理之中。

当电子“河水”流淌的时候，必然会和金属阳离子“礁石”发生碰撞然后激起“浪花”——电阻，就是用来描述这种阻挡自由电子现象的物理量。

电阻在很多情况下是很不讨喜的，因为电阻会发热，会损耗能量——这不知道要带来多少额外的经济损失和潜在风险。

于是，自从人类认识到了电阻的负面影响，科学家们就开始想办法“干掉”电阻——要么通过极度的寒冷低温，要么通过超高的压强。这两种方法的底层逻辑，都是通过非常物理手段来按住金属阳离子，使得它们对自由电子的“拦截”能力大幅下降。

但问题是，这两种手段都不怎么实用。

于是，人们的目光瞄准了第三条路，即，利用物质本身的特性，开发一种在常温常压下即可实现超导的物质——“LK-99”就是目前这个方向上最接近人们想象的产品，它用自己独特的微观结构实现了超导材料才会有的效果——神奇的“迈斯纳”效应。

可以说，当下是人类最最接近“常温超导”的时刻。

这也就是为什么大家会这么兴奋？因为如果成功，这等于是我们找到了一种在常温下没有电阻的导体，《地球Online》这个游戏的难度直接被下调了N个级别。

首先就是“超导电器”，没有电阻后，散热问题便不再需要过多考虑。以一块显卡来说，我们将不再需要给显卡装备巨大的风扇，省下的空间足够你再塞进去几个GPU芯片。而且芯片自己也可以用超导材料去做，电脑速度会获得数十上百倍的提升——家用台式机就可以有工作站的性能。

同样，手机的发热和耗电问题将得到巨大改善。电阻都没了，还发什么热呢？摘掉电阻发热丧失的能量，手机的续航也会大大增加。新能源汽车也会感谢常温超导材料的出现，因为用超导材料制造的电机动力将极为澎湃，本身电车功率就比油车大，用了超导材料后怕是功率可以和卡车相比。

最头疼的电池问题也会得到史诗级解决——超导电池充电时间可能是毫秒级，如果技术成熟，把能量密度做起来，只要你把“插进去再拔出来”这个动作做完，电也就充满了。更何况超导电池还不存在充放电减寿命的问题，更不会像锂电池那样有受到撞击后燃烧爆炸的风险。

既然新能源汽车会史诗级强化，那么同样是用电驱动的高铁呢？其实这都属于保守了，常温超导都出来了，大规模上磁悬浮列车也就不是什么可望而不可及的事情了。

图 (a)HL-LHC高亮度升级中各个国家所承担超导磁体任务分布，(b)中国团队为HL-LHC研制的新型CCT超导磁体全尺寸样机

再一个就是“超导发电”，用超导材料制造的发电机的发电能力会大幅增强，但体积却可以做得更小。而且由于没了电阻，所以一些不太起眼的能量也可以被积累、利用起来了。今天最新消息是“我国再生能源发电量首次超越了煤电”——如果常温超导材料崛起，再搭配上先进的储能系统，我们的能源问题可能会被彻底解决。

甚至，我们心心念念、永远“还有50年”的可控核聚变，也将变成“还有20年”。

图 (a)中国科学家提议建设的CEPC-SPPC，(b)欧洲核子研究中心提议建设的FCC，均基于高场超导磁体技术，以达到100 TeV以上的对撞能量

LK-99，真的值得狂欢吗？

好话说完了，该说点不好听的了。

现在为了常温超导的实现而激动，确实还有点早。常温超导提供的美丽前途的确诱人，但不代表我们现在就已经站在新工业革命门口。

别说人家门口了——咱们可能刚刚才穿好了鞋，连自家单元门还没出呢。

新闻再多、资本市场再怎么热闹，我们都不能忘掉一个事实：LK-99的电阻测试至今还没通过。而且不利消息是：北航和印度国家物理实验室的报告都说没有观察到LK-99的磁悬浮和零电阻。

而且真正的超导体的磁悬浮可不仅仅是悬浮在磁体上方，你把它放在磁体下面，它依旧可以违反常识一样地悬浮。

而韩国人这次做出来的东西……emmmmmm

arXiv发布论文的门槛很低，几乎每年都有团队声称发现了室温超导的材料，可至今没有一个得到严谨的实验证明。图为2016年发表在arXiv的论文

巴丁、库柏、施里弗的BCS理论还没落伍呢！——常压情况下，超导转变温度不能超过40K。虽然也发现了几种不遵守BCS理论的“高温超导体”，但目前的理论发展跟不上实验结果——简单来说就是，现实中确实是烧出了这么一个东西，但至于这东西到底是怎么烧出来的，理论上完全找不到支撑，甚至没有相关的理论支撑。

韩国人告诉了我们怎么烧出来这种东西，但为什么这样烧就能烧出来，恐怕他们自己的解释也站不住脚——这就好像古代人虽然也知道如何烧火，但是他们并不知道火是一种化学反应。

可问题是，现代科学是容不下这种“知其然不知其所以然”的。

论文尝试从结构上解释LK-99室温超导的原理

如果不能建立起一套能完美解释LK-99超导性来源的理论，那么我们恐怕就没有办法对LK-99实现工业级量产，前面的那些美好畅想就只能是“镜花水月”。

说一千道一万，如果LK-99不能通过电阻测试，那么恐怕这次大家又是“空欢喜”一场了。

更何况，即便LK-99真的成功，建立理论、摸索出一套稳定的制备方法也需要很长时间。从试验性质的不稳定样品，到实验室里的成熟样品，再到工业化稳定量产，再到广泛普及应用。

而且大家不要忘了，万事万物都还是有个时间考量的——势能是需要时间去积累的，半导体行业发展了几十年才从当初笨拙的样子发展成了今天3nm的制程，就算我们用现在的计算技术为超导材料产业化助力，就算LK-99是真的，我们也需要至少10年的时间才能等到价格能够商用的常温超导材料，然后花不知道多少年时间才能把现在的一切换成超导材料。

总而言之，且等着吧……