京沪通勤仅需1.5小时？靠它有望实现

如果告诉您，未来从北京到上海地面通勤可能只要1.5小时，核磁共振设备能小到放进乡村诊所，计算机芯片再也不用担心发热问题……您会认为这是科幻电影里的桥段吗？这些看似遥远的构想，都指向一个核心词汇——室温超导。在最新一期《开讲啦》节目中，中国科学院物理研究所研究员靳常青借助一系列直观且震撼的实验，阐述了室温超导一旦变为现实，将怎样颠覆我们的日常生活。超导到底蕴藏着怎样的奥秘？自1911年超导现象被发现至今，无数科研工作者持续钻研，却始终发现，绝大多数材料必须借助制冷剂维持在极低温环境下，才能显现超导特性。超导究竟是什么？靳常青用通俗的例子解释，特定材料在足够低的温度下，会形成两个令人称奇的特性：零电阻——电流通过时毫无能量损耗且不产生热量；完全抗磁性（迈斯纳效应）——磁场无法渗透，能让磁铁“悬浮”。以钇钡铜氧高温超导体为例，当液氮将其冷却到约-196℃后，置于永磁轨道上，它会稳定悬浮。即使将轨道完全颠倒过来，超导体依旧悬浮在轨道下方，既不会掉下，也不会触碰轨道，仿佛被一股无形的力量牢牢固定在那里。靳常青解释道，在第2类超导体内部，同时存在超导态与常态。当这类超导材料置于磁场中，超导体内部常态区域的磁通线就像“钉子”一样锁住超导体，使其与磁铁紧密连接。水在常温下为何能结冰？高压如何造就新世界？许多超导材料的制备需要借助极端条件，特别是高压技术。在我们的认知里，水在常温下是液态，只有降至0℃才会结冰。然而，一个实验却刷新了人们的认知：在室温约20℃的环境下，对普通液态水施加约1万个大气压，水中竟然“生成”出一块半透明的冰晶，并且随着压力增大，通过显微镜能够清晰地观察到冰晶逐渐扩大，并呈现出完美的晶体形态。靳常青指出，这一现象源自水的独特性质——大多数物质的固态比液态密度大，唯有水例外。常压下冰浮在水面上，这个“反常”特性对地球生命至关重要，倘若冰比水重，海洋在冬季会完全冻结，生命演进可能就此中断。在高压下形成的热冰，无论是在结构、形态还是密度上，都与自然界常压下的冷冰截然不同。靳常青强调，高压是一种极具奇特的方式。宇宙空间中，大部分固态物质内部都承受着高压环境，从地表的1个大气压，到地心的360万个大气压，乃至中子星内部难以想象的超高压环境。压力，能将我们认定的“不可能”转变为现实。“氢”为何会呈现金属态？金属氢或将引发两项革命性技术突破氢，多以气体或水的形态存在。但当它被施加极端超高压后，会压缩成固态，进而转变为具有导电性的金属，甚至可能成为室温超导的材料基础。这种物质被称为“金属氢”，由诺贝尔奖得主尤金·维格纳在20世纪30年代首次预言。经过近百年的科学探索，虽然目前距离在实验室中制造金属氢所需的压力，在技术上尚存距离，但科学家们确信，一旦跨越这个障碍，金属氢必将被发现。金属氢将给人类带来什么？靳常青介绍，金属氢一旦成功制备，不仅能用作超导材料，还能作为核聚变的初级点火装置——毕竟它是人类已知的化学能密度之最，再往上只有核能。2003年，诺贝尔奖得主维塔利·金茨堡教授在演讲中把“金属氢”列为21世纪上半叶最重要的物理学三大难题之一，与“可控核聚变”和“室温超导”并列。换言之，攻克金属氢，或许将同时推动两项颠覆性技术：让超导走进千家万户，也让“人造太阳”离我们更近。若室温超导得以实现，我们的生活会发生怎样变化？医疗领域：核磁共振不再依赖昂贵的液氦→设备小型化且降价→可普及至社区及乡村医院交通领域：超导磁悬浮突破现有高铁600km/h的时速限制→北京到上海通勤时间或缩短为1.5小时信息领域：芯片摆脱发热瓶颈→算力上限将得到突破能源领域：超导输电实现零损耗→载流量是普通电缆的10倍