韓國(guó)的室溫超導(dǎo)研究，讓超導(dǎo)這一物理現(xiàn)象，重新進(jìn)入大眾的視野。

國(guó)內(nèi)資本市場(chǎng)率先給出了反應(yīng)。阿爾法工場(chǎng)創(chuàng)始人在微博里感慨：“人類(lèi)從發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體到發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象用了180年，從發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象到疑似發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)用了112年，A股從發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)到實(shí)現(xiàn)可控核聚變用了60分鐘”，并放出了一張受此消息影響、連續(xù)漲停的某上市公司股價(jià)走勢(shì)圖。

而杜克大學(xué)教授陳怡然今天也在微博提及另外一則信息，美國(guó)超導(dǎo)公司（AMSC）股票價(jià)格盤(pán)前跳漲71%，最高漲幅150%。

毫無(wú)疑問(wèn)，如果室溫超導(dǎo)材料被證實(shí)，將是改變?nèi)祟?lèi)科技樹(shù)的一次發(fā)現(xiàn)。但目前為止，對(duì)韓國(guó)這一研究的復(fù)現(xiàn)還尚在進(jìn)行中，正面和反面信息都有，還沒(méi)有一錘定音的結(jié)論。

不過(guò)，這并不妨礙我們對(duì)超導(dǎo)現(xiàn)象做一番回顧。

就像很多重大科學(xué)發(fā)明一樣，超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)其實(shí)也是一個(gè)意外產(chǎn)物。他的發(fā)現(xiàn)者是?？?middot;卡末林·昂內(nèi)斯（Heike Kamerlingh Onnes）。

昂內(nèi)斯1853年9月21日出生于荷蘭，因“對(duì)低溫下物質(zhì)特性的研究，特別是導(dǎo)致了液氦的產(chǎn)生”而獲得1913年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一些材料冷卻到接近絕對(duì)零度時(shí)，電阻幾乎完全消失。而他發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)呈超導(dǎo)現(xiàn)象的材料，是固態(tài)汞。

作為一個(gè)生化環(huán)材的頂尖學(xué)者，昂內(nèi)斯的出身是典型的“土木工程”——父親是屋頂瓦工廠(chǎng)的老板，母親有藝術(shù)家的天賦。昂內(nèi)斯是長(zhǎng)子，有兩個(gè)兄弟姐妹，弟弟門(mén)索后來(lái)成為著名畫(huà)家，妹妹珍妮嫁給了著名畫(huà)家弗洛里斯·維斯特。

中學(xué)時(shí)，昂內(nèi)斯對(duì)文學(xué)很感興趣，是學(xué)校公認(rèn)的小詩(shī)人。后來(lái)，他在廣泛的閱讀中對(duì)物理學(xué)產(chǎn)生濃厚的興趣，總想弄清看不見(jiàn)摸不著的氣體。

1870年，17歲的昂內(nèi)斯中學(xué)畢業(yè)后，沒(méi)有像母親期盼那樣進(jìn)入藝術(shù)學(xué)院進(jìn)修，而是選擇了格羅寧根大學(xué)，攻讀物理學(xué)。后來(lái)，由于成績(jī)優(yōu)異，他轉(zhuǎn)入德國(guó)著名的海德堡大學(xué)學(xué)習(xí)。在那里，他遇到了著名的物理學(xué)家基爾霍夫和化學(xué)家羅伯特·威廉·本生，并與他們結(jié)下了深厚的師生之緣。

有名師指導(dǎo)，青年昂內(nèi)斯?jié)M腔熱血。1882年他受聘為萊頓大學(xué)物理學(xué)教授之后，就想改善物理實(shí)驗(yàn)室向低溫實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)軍。

超導(dǎo)是一種微觀(guān)物理現(xiàn)象，而昂內(nèi)斯最早的課題研究，則是宏觀(guān)現(xiàn)象。1879年，他靠一篇《地球旋轉(zhuǎn)的新證據(jù)》拿到了博士學(xué)位。在這篇論文中，他給出了新的理論和實(shí)驗(yàn)證據(jù)，用更簡(jiǎn)單的方式用來(lái)證明地球的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

但3年后的1881年，他發(fā)表了一篇論文《液體的一般理論》，被視為他一生對(duì)低溫物質(zhì)性質(zhì)研究的開(kāi)始。這篇論文討論了液態(tài)的動(dòng)力學(xué)理論，從力學(xué)的角度接近了Van der Waals（范德瓦爾斯）的對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理。

所謂范德瓦爾斯對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理，是一種描述氣體和液體行為的理論。它指出，所有物質(zhì)在適當(dāng)?shù)臈l件下（如壓力和溫度），行為將相似。這個(gè)理論是熱力學(xué)的基礎(chǔ)部分，對(duì)于理解物質(zhì)在不同狀態(tài)下的行為非常重要。不過(guò)，它并不是在所有情況下都完全準(zhǔn)確，在極端的壓力和溫度條件下，或者對(duì)于某些特殊的物質(zhì)，這個(gè)定律可能無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其行為。

盡管如此，范德瓦爾斯的對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理仍然是物理學(xué)和化學(xué)中的一個(gè)重要工具，為我們理解和預(yù)測(cè)物質(zhì)的行為，提供了一個(gè)有用的框架。

總之，從1882年到1923年，昂內(nèi)斯在萊頓大學(xué)擔(dān)任實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授，并于1904年，在那里建立了一個(gè)大型低溫實(shí)驗(yàn)室。1908年7月10日，他首次實(shí)現(xiàn)了液化氦，他將溫度降低到了氦的沸點(diǎn)4.2K(-269攝氏度)(K是溫度單位，開(kāi)爾文，0K又叫絕對(duì)零度)。并通過(guò)降低液氦的壓力，實(shí)現(xiàn)了接近1.5K的溫度，這是當(dāng)時(shí)在地球上實(shí)現(xiàn)的最低溫度。他也因此被稱(chēng)為“零度先生“。

在1911年，昂內(nèi)斯測(cè)量了純金屬（汞，后來(lái)是錫和鉛）在極低溫度下的電導(dǎo)率，從而發(fā)現(xiàn)了石破天驚的超導(dǎo)現(xiàn)象。有意思的是，當(dāng)時(shí)的一些科學(xué)家，如威廉·湯姆森（Lord Kelvin），認(rèn)為電子流經(jīng)導(dǎo)體時(shí)會(huì)完全停止，或者換句話(huà)說(shuō)，金屬的電阻會(huì)在絕對(duì)零度時(shí)變得無(wú)窮大。而包括昂內(nèi)斯在內(nèi)的一些人，則認(rèn)為導(dǎo)體的電阻會(huì)穩(wěn)步下降并降至零。

現(xiàn)在，在超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)一百年后，超導(dǎo)研究終于出現(xiàn)了新的重要進(jìn)展（再次強(qiáng)調(diào)，還沒(méi)有蓋棺定論的結(jié)論）。如果成真，那么信息技術(shù)、能源等諸多行業(yè)將迎來(lái)重大變革。Nextgov網(wǎng)站曾經(jīng)給過(guò)一些分析，我們?cè)谶@里摘錄如下：

在能源領(lǐng)域，超導(dǎo)電纜可以在沒(méi)有電阻的情況下傳輸電力，這將大大提高電力傳輸?shù)男?，減少能源損失。此外，超導(dǎo)材料還可以用于制造大容量的超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能系統(tǒng)（SMES），這將有助于解決可再生能源的儲(chǔ)存問(wèn)題。

在電子設(shè)備領(lǐng)域，超導(dǎo)材料可以用于制造無(wú)損耗的電子設(shè)備，如超導(dǎo)電路和超導(dǎo)電磁鐵。這將極大地提高電子設(shè)備的性能和效率。具體到大家關(guān)心的芯片領(lǐng)域，將實(shí)現(xiàn)：

1、能效提升：在芯片設(shè)計(jì)和制造中，電阻是一個(gè)重要的問(wèn)題，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致能量損失和發(fā)熱。如果芯片可以使用超導(dǎo)材料制造，那么電阻將被消除，從而大大提高能效。

2、性能提升：超導(dǎo)材料可以使電流無(wú)損耗地流動(dòng)，這意味著信號(hào)傳輸速度將大大提高，從而提高芯片的性能。

3、尺寸縮?。河捎诔瑢?dǎo)材料的高能效，可以設(shè)計(jì)出更小的芯片，同時(shí)保持或提高其性能。

在交通行業(yè)，超導(dǎo)材料可以用于制造無(wú)損耗的電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，這將極大地提高電動(dòng)車(chē)和電動(dòng)飛機(jī)的性能和效率。此外，超導(dǎo)材料還可以用于制造磁懸浮列車(chē)，這將極大地提高列車(chē)的速度和效率。

在醫(yī)療設(shè)備方面，超導(dǎo)材料可以用于制造高性能的醫(yī)療設(shè)備，如磁共振成像（MRI）設(shè)備，將極大地提高醫(yī)療設(shè)備的性能和精度。

在更廣泛的科研設(shè)備，超導(dǎo)材料可以用于制造高性能的科研設(shè)備，如粒子加速器和量子計(jì)算機(jī)。這會(huì)提高科研設(shè)備的性能和精度。

總之，改變絕對(duì)是全方位的。

昂內(nèi)斯在其《物理學(xué)中定量研究的重要性》一文中，提出了他的著名格言“通過(guò)測(cè)量獲得知識(shí)”（Knowledge through measurement）?，F(xiàn)在，全世界無(wú)數(shù)科研團(tuán)隊(duì)，正在努力通過(guò)測(cè)量，復(fù)現(xiàn)驗(yàn)證韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)。

【參考資料】

1.維基百科：室溫超導(dǎo)體

https://en.wikipedia.org/wiki/Room-temperature_superconductor

2. CERN：《超導(dǎo)性》

https://home.cern/science/engineering/superconductivity

3. Discover Walks Blog：《關(guān)于Heike kamerling Onnes的十大事實(shí)》

https://www.discoverwalks.com/blog/netherlands/top-10-sensational-facts-about-heike-kamerlingh-onnes/

4. NEXTGOV：《室溫超導(dǎo)體可能徹底改變電子學(xué)——一位電氣工程師解釋了這種材料的潛力》

https://www.nextgov.com/ideas/2023/03/room-temperature-superconductors-could-revolutionize-electronics-electrical-engineer-explains-materials-potential/384532/

5. The Nobel Price：《Heike kamerling Onnes》

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1913/onnes/facts/

6. 不列顛百科全書(shū)：“Heike Kamerlingh Onnes”

https://www.britannica.com/biography/Heike-Kamerlingh-Onnes

7. The Conversation：《室溫超導(dǎo)體可能會(huì)給電子學(xué)帶來(lái)革命性的變化》

https://theconversation.com/room-temperature-superconductors-could-revolutionize-electronics-an-electrical-engineer-explains-the-materials-potential-201849

8.Physicsworld：

https://physicsworld.com/a/mercurys-superconductivity-explained-at-long-last/