韓國這次室溫超導,究竟是真是假?
來源:盧克文工作室(ID:lukewen1982)
作者:風雨如歌
2010年10月5日,英國曼徹斯特大學教授蓋姆和諾沃肖洛夫獲得了諾貝爾物理學獎,他們的研究成果極具戲劇性,因為他們成功證明了一個定律:
高端的科研成果,往往只需要最樸素的研究手法。
蓋姆和諾沃肖洛夫的研究成果是成功分離出了石墨烯,石墨烯就是石墨的單層結構,只有一個碳原子厚度,簡單粗暴一點的話,你可以理解為一大塊石墨,被削到最薄后,剩下的一層就是石墨烯。
石墨烯的特性非常優異,包括但不限于:重量最輕、硬度最高、導電性最好等等。
注意,重點在于多個“最”,通常而言,一種材料能有一個“最”就不錯了,而石墨烯竟然有多個“最”,Buff疊得滿滿當當,所以石墨烯也被譽為“新材料之王”。
但問題在于,石墨烯一直被認為無法單獨存在,需要通過一些特殊方法,才能分離出來,從上個世紀開始,就有無數科學家研究起了分離方法。
這些方法都很復雜,動輒加入一種或多種材料,步驟也需要許多步,時間和金錢成本相當高。
這也正常,畢竟是“新材料之王”,怎么可能輕易得到呢?所以科研人員普遍認為需要復雜的辦法。
無一例外,這些分離石墨烯的努力都失敗了,直到2004年,當年蓋姆偶然看到自己的學生在用膠帶粘石墨的表面后,突發奇想,有沒有可能直接用膠帶把石墨烯分離出來呢?
靈感迸發的蓋姆和諾沃肖洛夫一起努力,先用膠帶粘在石墨表面,這樣就粘上了大量的石墨層,然后把膠帶打對折,再粘再拉開,石墨層的數量就變薄了。
如此反復多次,石墨層越來越薄,最后終于得到了只有一個碳原子厚度的石墨,也就是石墨烯,石墨烯第一次被成功分離出來。
無數科學家用了無數復雜的方法都沒有成功分離出的石墨烯,最后竟被他們直接用膠帶給粘下來了,其簡單粗暴的過程,由此成為了科學界的一段佳話。
而石墨烯的成功分離也證明了一個思路,那就是科研不一定都是復雜的,也可以是簡單的,高端的科研成果,可能只需要最樸素的研究手法。

蓋姆和諾沃肖洛夫
在蓋姆和諾沃肖洛夫獲獎13年后,科學界再一次出現了類似的事件,而且這次,比石墨烯更大更勁爆。
最近,一個韓國團隊發表了論文,聲稱他們成功制備出了一種名為“LK-99”的室溫超導材料,所謂室溫超導,就是能在不用特殊條件的情況下,實現零電阻和抗磁性的材料。
室溫超導如果實現,那么毫不夸張地說,人類即將進入革命性的新紀元!
第一個革命的就是常溫可控核聚變,可控核聚變之所以這么難,其實就是因為反應堆在運行時,其內部溫度可達上億攝氏度,一般的材料完全無法承受,只能用電能產生的磁場進行約束。
問題在于,電能產生磁場的時候,因為電阻的存在,絕大部分電能變成熱量消耗掉了,導致如今的核聚變始終無法解決投入大于產出的問題,也就不具備實用性。
所以核聚變的一大瓶頸就是電阻,而要降低電阻,最好的辦法就是實現超導,超導過去只能靠低溫實現,舉全世界之力造的國際熱核聚變堆ITER,就是采用了超低溫超導技術,但因為要配套復雜的液氦冷卻系統,工藝復雜,造價高昂,已經花了上千億人民幣,還沒造好。
如果實現了常溫超導,就不再需要那些冷卻設備,可控核聚變的難度馬上降低90%以上,核聚變發電投入商用就不遠了,到時候發電就是白菜價中的白菜價。
發電的問題解決了,輸電的問題靠超導同樣能解決,在過去,三峽大壩發10億度電,但經過長輸電網的傳輸,損耗能達到三分之一,只能靠特高壓輸電網來減少損耗,但投資巨大。
有了常溫超導材料,電阻無限接近于零,傳輸電流也就不會有損耗,同樣能夠成幾何數降低輸電損耗,再次降低用電成本,當電能極度廉價后,會給人類帶來巨大福利。
可以用電淡化海水,就有了用不完的淡水,可以直接將沙漠變成森林;
可以用移動式光源照射大棚立體種植,意味著人類有吃不完的糧食和蔬菜;
可以用電能實現二氧化碳合成淀粉,如果拿來養牲畜的話,意味著人類有了吃不完的肉;
城市中的霓虹燈永遠不關停,任何時候都是一篇燦爛星海;
交通行業,高鐵會磁懸浮化,不僅票價更便宜,而且跑得更快,一小時說走就走上千公里;
醫療行業,醫院里常見的MRI(磁共振成像)技術,會因為超導技術的實現迅速廉價化,讓所有人都看得起;
甚至我們的電動車,也會因為超導材料的使用,實現充電一次,續航2000公里,當然,我更愿意相信,有了室溫超導,我們極大概率不需要電動車這種玩意了,會有更先進的交通工具;
室溫超導帶來革命的行業還有很多,我們已經無法一一列舉,總之,如果這次室溫超導是真的的話,那個我們想象中的未來世界,好像真的不遠了。
正因茲事體大,看到這個消息后,我的第一反應是,這會不會又是一次學術詐騙。
之所以說又,是因為很多人都對“迪亞斯事件”有深刻印象,今年3月,美國羅切斯特大學教授迪亞斯發表論文稱,成功發現了一種常溫超導材料,隨即引起了全世界的輿論轟動。
但很快,貓膩來了,由于迪亞斯的實驗過于復雜,沒有任何科研小組能夠實現復現,而在科研中,能夠實現復現,是真實性的關鍵。
一個無法復現的實驗,99%是造假。

迪亞斯本人
隨后,迪亞斯本人被扒出了前科,他在2017年也曾參與過一個大新聞,當時哈佛大學的艾薩克教授聲稱,他成功制備出了金屬氫。
金屬氫一旦實現,可控核聚變的實用性問題將被解決90%,從而讓第四次工業革命降臨,因此被譽為“物理學的圣杯”。
但很快,當世界各地的探訪者想去哈佛大學的實驗室里看看金屬氫的廬山真面目時,艾薩克教授卻聲稱因操作不當,“金屬氫不見了”,和“扇貝不見了”有異曲同工之妙。
迪亞斯當時是艾薩克教授的團隊成員,全程參與了此事。
所以當韓國的“LK-99”室溫超導材料被公布后,外界的第一反應普遍是--不會又是一個迪亞斯吧。
但“LK-99”和迪亞斯的最大不同在于,它非常簡單。
迪亞斯提到的常溫超導材料之所以難以復現,其中一個重要原因是他設計的實驗過于復雜,越復雜,就越能甩鍋,你們復現不了,那是你們功夫不到家,不怪我。
而LK-99的制備幾乎沒有難度,專業的詞匯這里就不講了,你可以簡單粗暴地理解為,只需要將鉛、磷等多種材料按一定比例進行混合,然后放進高壓鍋中煮幾天,就可以得到鉛磷灰石,也就是LK-99。
整個過程簡單到高中生都可以完成,復現難度為0,沒有甩鍋空間,此時全世界已經有無數個小組在進行實驗了,能不能復現很快就會知道,這就極大地增添了可信度。
從上限來說,如果LK-99真的是常壓室溫超導材料,那將是人類歷史上最幽默的事情。
因為用高壓鍋煮這樣的條件,放在一百年前也毫無難度,換句話說,一百年前我們就應該實現室溫超導了,一百年前我們就應該開始第三次工業革命了,這一百年來,全世界走了這么多彎路,投入了無數的資源,使用了無數種高難度的方法,竟然是毫無必要的。
將再次證明,高端的科研成果,只需要最樸素的研究手法。
從下限來說,如果LK-99不是常壓室溫超導材料,根據各方的解讀,也極大概率是個不錯的抗磁材料,理論上有廣泛的應用前景,比如磁懸浮,并且根據LK-99的樸素制備方法,未來可以制造出更多更好的抗磁材料。
究竟是上限還是下限,目前的消息太亂,還得讓子彈再飛一會兒。
假設是上限的話,很多人一定會意外,這個成績是由韓國來取得,其實也沒有什么好意外的,韓國這些年,在科研投入上都是真金白銀。
和我們想象中不同,部分發達國家在科研上的投入并沒有傳說中的那么高。
比如英國,科研投入占GDP比重常年不到2%,絕大多數發達國家也沒有超過3%,而韓國超過了4%,可見在發達國家中都算最高的一檔。
在科研上,韓國也有“三星問題”,51%的科研投入來自于三星公司,形成了高度依賴,比如這次LK-99的研究團隊中,一部分人就來自高麗大學,而高麗大學就是三星旗下的。
拋開依賴問題,這么多投入,不可能沒有成果,以2021年的“自然指數”為例,韓國雖遠不及中美,只有1560.62,不過放在全世界,依然能排在第7位,并不低。

而由《自然》雜志整理發布的“自然指數”,是用于衡量科研質量的重要指標,世界第7絕不是吃干飯的。
比起投入,對科研耐心更值得我們思考,本次研究的三名主要成員金智勛、李石培和權英完,從事相關的研究已經20多年了。
20多年的潛心研究,才能取得成果,最終還不一定真的是成果,這也是科研的一個縮影,絕大多數科研人員終其一生,投入了無數的心血,也沒有發現什么有價值的定律或材料,只是積累了一些數據。
后面的人積累更多的數據,由量變逐漸達到質變,連牛頓都說,自己是站在巨人的肩膀上,這個巨人,就是無數默默無聞的前人所積累的數據。
我們可以用一個場景來形容科研的本質,假設你是一名科研人員,你需要發明一種新材料,發明的組合方式可能有一萬種,你不知道哪一種是對的。
唯一的辦法,就是把這一萬條道路都走一次,這還是有明確指向性的情況下,絕大多數科研活動都是沒有指向性的,可能你走了十萬次,才發現全是彎路。
有時候你的運氣又會特別好,只走一次就通關了,這種是極少數極少數,更多的是終其一生都沒有取得什么成就。
如果你指望今天投入一萬億,明天就得到EUV光刻機,后天就發現劃時代的物理定律,獲得諾貝爾獎,那大概率會失敗,說到底,科研是一個沒有辦法設立KPI的活動,這就是科研的規律。
急躁不得,焦慮不得,功利不得,必須沉下心來,任何違背科研規律的行為,最終只會被規律所懲罰。

