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室温超导:是科学奇迹,还是惊天骗局?

穆牧 ☉ 文 来源:海外文摘 2024-07-09 @ 哈希力量

【小哈划重点:超导材料具有零电阻、完全抗磁性、磁通量量子化等特点,在能源、医疗、通讯、运输等领域都有非常重要的应用。目前,超导体需要使用大量液氦或液氮来冷却到零下200多度,大大限制了其应用。一旦室温超导成功实现,整个世界将发生翻天覆地的变化。】

在经历了几个星期的热闹后,兰加·迪亚斯周围终于重归静寂。那段时间,他一直备受瞩目,像个大明星。他在拉斯维加斯办讲座,正式开始前半小时,台下就已座无虚席。据一位亲历者回忆,举办讲座的会议中心212报告厅很快人满为患,以至于安保人员不得不将晚到的人拒之门外。据说,美国罗彻斯特大学的物理教授迪亚斯将宣布一个激动人心的新发现。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

时间回到2023年3月,世界上最大规模的物理学会议——美国物理学年会开幕,成千上万名科学家远道而来,在会上展示自己最新的研究成果,其中包括量子网络、分子模拟、超快速光谱学等。参会物理学家作的主题报告往往简短而高深莫测,以至于如果研究的细分领域不同,就连专业人士也很难理解。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

然而,在迪亚斯这里,又是另一番景象。“我会介绍我们团队关于室温超导体的最新论文。”他向参会的公众宣布了这个惊人的新闻,并且列举了传说中神奇超导体的原材料:氢、氮和金属镥。他的报告视频在网络上流传,视频中,这位物理学家一边讲解幻灯片,一边相当随意地拿着麦克风。按一下,是一些关于电阻变化的彩色曲线图,再按一下,是热容量变化的曲线图,下一张,下一张,再下一张。“感谢大家对我的支持。”迪亚斯最后说。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

这次报告最终演变成了物理学界近代史中对学术骗局最激烈的指控。《自然》杂志随后发表声明:“对兰加·迪亚斯的一篇关于氢化镥制超导体的专业论文进行撤稿。”因为这篇文章中使用的测量数据遭到了科学界的严重质疑——这些数据也曾由迪亚斯的前同事发表。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

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物理学家迪亚斯Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

将自己视为室温超导体发现者的迪亚斯原本有可能因此获得诺贝尔物理学奖,现在却被当作一个骗子。问题是,事情是如何发展到如此离谱的地步,物理学对于室温超导材料的探索和梦想又是否该就此止步呢?Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

| 神奇超导材料真的存在吗?|Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

没有一种材料像室温超导体这样充满了传奇色彩,被人如此寄予厚望。一般的导体都有电阻,当电流通过时,电能会产生部分损耗——电线越长,损耗就越大。超导体则可以运输电流而不产生电能损耗。确实存在这样的超导材料,但在迄今为止的研究中,它们都需要借助液氦或液氮进行冷却。制造这些超导材料费时费力、耗资颇巨,所以它们的应用范围相当有限,只在特定领域使用,例如粒子加速器或磁共振成像中。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

但另一方面,室温超导体将会让世界发生天翻地覆的变化。就拿不起眼的电线来说吧:室温超导电线可以铺设在地下,成本比传统的铝电线或铜电线要低得多,效率却高得多。如果将整个德国电网全部换成室温超导材料,预计可以一次性关停四个大型火力发电机组。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

就连专业人士也为室温超导材料可能实现的前景着迷,因为利用室温超导可以形成超强磁铁。超导材料使得节电的超导磁悬浮轨道成为可能,甚至建设对环境零污染的核电站也不再只是痴人说梦。超导材料最具吸引力的地方在于,它可以令今天的科学家们连想都不敢想的先进科技成为现实。就像发现半导体之前,也没人能预见这一发明会让计算机问世,并最终带来智能手机等设备。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

此前,已经有数位研究人员宣称,他们在热超导方面实现了突破,但直到2023年夏天,一位韩国科学家发现的名为LK–99的材料才登上了新闻头条。一张照片在网络上被多次分享,照片上是一小块悬浮在磁场中的材料,但这种铅矿石不久就被证实并非是人们期盼已久的室温超导材料。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

许多专业人士从一开始就对LK–99持怀疑态度,因为韩国的研究者们未经科学验证就将关于LK–99的论文发表到了一个网络平台上。与之相反,物理学家迪亚斯通过最权威的专业杂志《自然》发布了他所谓“轰动的发现”,而且不止一次,是两次。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

迪亚斯的例子不仅表现了一个研究人员的野心,同时也说明了坚持科学的态度有多么困难。研究者们常常过于依赖同业评审来评判研究成果,在发表论文之前,必须将论文发给同领域的专业研究人员,由他们来判断论文中是否存在前后矛盾、不够严谨之处——如果存在实质性怀疑,他们就应当反对发表。但是,面对一个可能引起轰动的伟大发现,科学的金科玉律也失效了。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

迪亚斯在拉斯维加斯演讲时,彼得·阿米塔吉就已经收到了同事们的消息,提醒他仔细看看这所谓的轰动性发现。阿米塔吉是美国巴尔的摩市约翰霍普金斯大学的物理学家,也是研究超导现象的专家。他注意到,迪亚斯和他的同伴演讲时宁愿热情洋溢地长篇描述超导磁悬浮列车,也不愿意朴实无华地讲讲他们的测量数据,反而试图用发律师函的方式吓退批评者。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

刚得知《自然》杂志会从网站上撤掉迪亚斯论文的消息,阿米塔吉就赶紧浏览了迪亚斯排版紧凑的十页论文和他的测量数据曲线图。他的目光停在了第15张图表上,该图描述的是这种神奇材料的电阻变化。当摄氏温度达到某个值以下时,材料的电阻急剧下降,并最终抵达0欧姆,即超导状态。阿米塔吉在图注中读到,测量时有个背景信号被去除了。他认为这一点比较可疑,因为这种处理方式并不常见。他说:“如果直接去除一个数值,那每种材料都可能马上变成零电阻。”Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

阿米塔吉开始了他的调查。他下载了迪亚斯的原始数据,并把它们导入一个电脑程序,一步步按照迪亚斯论文中的指导进行操作,但他说不管如何尝试,都无法得出与迪亚斯相同的测量曲线。他向同行保证,在操作过程中没有犯任何错误。随后,他在一个专业论坛上发表了对迪亚斯论文的批评。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

还有一些专业人士求助于超级计算机来进行复杂的计算。实验物理学家则尝试在他们的实验室里探究这种神奇材料的奥秘,然而却徒劳无功。于是,更多负面的声音出现了。一个研究小组写道:“超导材料显然并未面世。”另一个研究小组则认为,迪亚斯的温度测试“无论如何都说不通”。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

科学的进步往往出现在某个专业领域的边缘地带。进步往往意味着与大多数人的意见相左。被激烈地批评,却最终被证实是正确的,这就是进步。因此,在有人对一篇专业论文提出质疑时,最有效的应对方式是先让作者进行回应。2023年5月,《自然》杂志的编辑部收到关于迪亚斯论文的质疑时,第一时间便给他寄去了一份疑问汇编。但迪亚斯并未回复同行的疑问。或许他认为,无需回复就能渡过难关?又或者他觉得在实验室里就能生产出这种神奇的材料?Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

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磁场中悬浮着的超导体Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

我们对迪亚斯这个人所知不多,只知道他在斯里兰卡长大,也是在那儿完成了大学物理专业的学业。他曾在一次采访中谈到自身经历,说自己从来就不是个好学生,“经常翘课,到考试之前才临时抱佛脚抄抄朋友们的笔记。”Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

但迪亚斯显然并不缺乏自信。2023年春天,迪亚斯的测量结果遭到了越来越多的质疑,他不但不为所动,还为自己所在的大学发了一个视频宣传片,在视频中声称自己目前取得的研究成果只是“迈向未来更多发现的第一步”。作为系主任的迪亚斯对自己的研究成果引以为傲,因为人们从未像现在这样离室温超导的“圣杯”只有“一步之遥”。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

| 室温超导体的探索之路 |Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

早在100多年前,人们就发现了极端低温条件下的超导材料。1911年,荷兰科学家卡末林·昂内斯测试了一个装有水银的玻璃毛细管中的电流。当他用液氦冷却水银时,水银的电阻陡然降到了一个仪器测量不出的值。人们后来又在其他金属和合金上发现了同样的现象。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

为了解释超导原理,三位物理学家在上世纪50年代末提出了一个开创性的理论,即当温度低于所谓的“超导转变温度”时,超导体中的电子会两两结对,此时电子的运动情况与普通导体中单个电子的运动情况不同,不再受到阻力的制约,可以在超导体中自由运动。可以把电子看作在人行道上走路的行人,如果遇到路上的坑洼,一个人容易被绊住跌倒,但如果两个人手挽着手,就可以互相搀扶、互相帮助。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

虽然这一理论并不能准确地描述所有超导材料,但它还是能够精准预测很多超导材料的转变温度。根据这一理论,人们得出了一个令人激动的预言:恰好是那些含有宇宙中最常见元素——氢元素的合金可以在相对高温时变为超导体,甚至有可能实现室温超导。也正是这个预言给了迪亚斯和其他许多物理学家探索研究的动力。但预言成真还需要解决一个问题:氢实现超导是有前提条件的,需要极端高压。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

德国马普学会的科学家米哈伊尔·埃雷梅茨是迪亚斯最著名的反对者之一,他同样热衷于室温超导体的研究。74岁高龄的他本来早就可以退休了,但他仍希望继续从事研究工作,直到完成发现室温超导的使命。他办公室的门梁上方安装着一根横杠,这是他定期做引体向上的工具,也是他老当益壮的佐证。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

埃雷梅茨有一个装有针头大小极细碎钻的小匣子,这些钻石决定着他实验的成败。他用了很多时间来打磨和抛光这些钻石。为了发现超导体,他将极微小的样品放入一对金刚石对顶砧里,再将对顶砧放进一个圆柱体,旋紧四个六角螺丝,这样他就能在圆柱体压砧装置中创造出极端高压。埃雷梅茨解释说,“比地球内部的压强还要高。”Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

2014年,埃雷梅茨开始用氢和硫进行室温超导实验。他常常在夜里准备试样,因为硫会散发出类似臭鸡蛋的难闻气味。他有时先把样品放进金刚石中压砧,再用低温冷却;有时又反过来,先压砧,再冷却。最终他的压砧装置取得了成功:零下70摄氏度时,样品的电阻降到了0。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

| 撤稿事件始末 |Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

三年前,埃雷梅茨在《自然》杂志上读到了迪亚斯的一篇文章,文章称存在由硫化氢和碳组成的室温超导体。他说,他很高兴有人能在自己的研究基础上发现新成果。于是,他给迪亚斯打电话表示祝贺。“我愿意尽我所能帮助你。”他当时这么说。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

但是,据埃雷梅茨讲,迪亚斯拒绝任何形式的帮助。他既没有给埃雷梅茨寄来样品,也没有透露他所谓“神奇室温超导材料”的成分。在他已发表的论文里也缺乏精准的描述:比如样品需要被分割成怎样的大小?需要用绿色激光对样品照射多长时间?用哪种能源供能?埃雷梅茨与他的研究小组花了好几个月时间,希望重现迪亚斯的测量结果,但最终还是放弃了。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

埃雷梅茨一直在远处默默观察,看其他研究者会怎样发现迪亚斯测量数据中的荒谬之处,他也看到有人指责迪亚斯的博士论文存在抄袭。最终《自然》杂志盖棺定论,不顾作者反对,对文章撤稿。那时还没人知道,迪亚斯的另一篇手稿正在等待评审——历史将再次重演。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

为什么评审专家在迪亚斯第二次声称取得重大突破,即发现氢化镥为室温超导材料时,没能像第一次那样严格呢?这已经成为了一个不解之谜。《自然》杂志对他们的评审专家名单保密,这样就没有任何同行能向专家们施加压力了。一位匿名科学家猜测,迪亚斯向《自然》杂志提交了一份与他交好的专业人士名单作为建议评审人选。对此,《自然》杂志的回复是,所有评审员均由该刊自主选择。据说评审专家提出了一系列的问题,其中“大部分都在后来的二次审查中得到了解答”。而且,“同业评审”并不能判断论文是否“足够清晰准确地反映了实验步骤和实验过程”。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

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迪亚斯的竞争对手埃雷梅茨Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

但我们知道的是,在迪亚斯发表第二篇论文后的几个月里,他的“自己人”也逐渐疏远了他。后来,该论文十位共同作者中的八位向《自然》杂志提交了联名信,表示早在论文撰写过程中,他们就已经向迪亚斯提出“论文手稿中存在明显具有误导性或不准确的描述”。联名信的内容后被《华尔街日报》引用。迪亚斯对联名信的问题也未予回复,但他声称:“我从未参与伪造、操控或虚假描述实验数据。”Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

最迟到联名信发布以后,大家就知道迪亚斯的论文很快就会被撤了。《自然》杂志的一位主编在撤回迪亚斯的第二篇论文后表示,“目前的情况令人沮丧。”其他人则把这次撤稿事件视为这本权威科学杂志的耻辱。Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

| 室温超导之梦未来能否成真?|Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

物理学不像数学,一个物理学论断永远无法得到最终证明,人们只能不断尝试推翻前人的论断,只有经得起这种永恒考验的理论才能成为被证实的知识。理论物理学家莉莉娅·柏瑞表示,所以,迪亚斯的事例也给一些人上了意义非凡的一课,那就是,在科学界的共同努力下,尝试造假有多容易原形毕露。她同时强调,迪亚斯给以氢元素为基础的超导体研究领域造成了巨大的损失,“这一案例令人对整个研究领域的可信度都产生了怀疑。”Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

但埃雷梅茨的信心并未被动摇:他最重要的研究成果已经在其他多个实验室得到了证实。他说自己目前正在尝试两种全新的材料,希望很快就能实现目标——发现室温超导材料。他同样相信,总有一天,不需要超高压环境也能实现室温超导,这也是将超导材料广泛应用于电缆或磁力领域的前提。“您看这些钻石,”他说,“以前只有在高压条件下才能合成人工钻石,现在我们通过气相沉积法就可以把钻石‘蒸’出来了。”Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

迪亚斯并没有放弃,而是继续在社交平台上发布自己的实验视频,声称这些视频能够证明室温超导的真实性。但关于他发现室温超导的文章已经从他所在大学的官网上悄然消失了。当点击相应的链接时,只会出现一行提示:“无法访问此页面。”Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟

编辑:周丹丹Dm3哈希力量 | 消除一切智能鸿沟



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