永动机实现了？超导体的故事了解一下

素颜马尾好姑娘i 2022-12-30 10:45 72阅读 0赞

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全文共**2174**字，预计学习时长**6**分钟

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日本的高速磁悬浮列车

朋友，你听说过永动机吗？只需启动一下机器，就可以在不耗能的情况下持续工作。诸如此类的事物将提供自由无尽的力量，因其过程匪夷所思而彻底改变世界。

“匪夷所思”一词言之有因，永动机违反了物理学定律，特别是那些描述宇宙中能量性质的热力学定律。科学家认为永动机绝不可能实现。但事实是，我们已经创造出了一种接近永动机的技术。数十年来，科学界因对其愈发了解而沸腾不已。这一技术拥有引发第二次工业革命的力量。今年秋天，该领域又有了重大发现。

这就是超导体的故事。

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达芬奇的永动机图纸，可惜这些设计都能没能成为现实。

发电厂通常建在繁荣城市附近是有原因的，它们产生的多达30%的电力会在输电线中损耗掉。大部分能量损耗为热能是电力设备的普遍问题。这也是为什么计算机内部大部分空间都为冷却部件所占，因为这些部件有助于抵抗电路产生的热量。

超导体领域的进步将使我们能够制造出比目前性能强1000倍的计算机，这些新一代计算机的空间将更紧凑，内部的超导连接将意味着处理速度会更快。

简而言之，超导体解决了能量损耗为热能的问题。这些特殊材料可以传送电力而不产生损耗，这就好比永动机能在没有任何能量输入的情况下运行。

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图源：Google

这当然是不可能的，但考虑一下:科学家们已经能够在没有能量源的情况下保持超导环上的电流超过2年，且电流停下的唯一原因仅是因为科学家无法获得液氦，而不是因为电流无法继续运行。这一实验让人们相信：超导材料中的电流可以持续几十万年，甚至更久。超导体中的电流可以永远流动，不计成本地传输能量。

液氦之所以如此重要，是因为它能将超导材料冷却到极低温度。大多数超导体只能在零下几百摄氏度工作，接近我们所说的绝对零度。

绝对零度是已知的最低温度，表示为0开尔文（-273.15°摄氏度或-459.67°华氏度）。在这种温度下原子几乎不动，这是超导体的关键。通常，通过导线移动的电子会与其他振动的原子碰撞并产生能量损耗和电阻。但是原子在如此严酷的温度下几乎完全不动，因此电子可以通过时不会与之发生碰撞，就不会损失能量。

不同物质需要被降低到不同的温度（即临界温度），才能变成超导材料。不过，像金、银和铜这样的材料不能制成超导体，即使它们在室温时是最佳导体。

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电流来自定向移动的电子，电阻来自这些自由电子与物质离子的碰撞。

80年代，科学家发现了一类新型超导体。这些材料由陶瓷制成，而且可以在比以往材料高得多的温度下生效。其它材料必须在仅比0开尔文高那么一点时才能成为超导体，而陶瓷在92开尔文时就能生效。陶瓷制作起来非常简单，只要有50美元和一台微波炉，任何人都可以在家里制造出来。

奇怪的是，陶瓷通常是不良导体。直到今天，物理学家还不能完全明白为何这些特殊的陶瓷会变成超导体。

我们的终极理想是在室温下运用这项技术。超导体的最高记录温度是138开尔文(零下211华氏度或零下135摄氏度)，仍远低于平均温度70华氏度(21摄氏度)。

具有室温超导体的世界会变成什么样？除了功能更强大，空间更紧凑的计算机之外，我们还将看到运输行业的革命。目前，地球上最快的时速可达375英里的高速磁悬浮列车，所依托的材料就是超导磁铁。船用和汽车用马达的大小将是现在的十分之一，而昂贵的用于医学诊断的MRI机器将可以放在手心里。

超导体可以制造效率更高的电磁体，就像如今在住宅、医院、建筑工地以及发电机中已实现的那样。

然而，超导体最令人兴奋的前景在于能源方面。发电厂不必建在城市附近，因为传输过程不会损失太多能量。这对人们来说更安全，也能减少污染，更别说超导电线将为我们节省数十亿美元。如果强大的超导磁体能够很好地启动原子聚变反应，那将意味着为世界提供几乎无穷无尽的廉价能源。

利用超导材料实现聚变被称为高场途径，高场核聚变装置已经取得惊人成果：研究表明，这些装置产生的能量将超过其消耗的能量。

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这种含碳化合物能在59华氏度时就有超导性。

今年10月，我们向实现室温超导体又迈进了一步。科学家们创造了一种能够在59华氏度(15摄氏度)运行的无电阻材料。该材料由氢、碳、硫制成。唯一的缺点是，该化合物仅在与地球中心类似的极大压强下才能保持超导性。现在的目标是找到一种在室温和正常大气压强下都能超导的材料。

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一块瓷砖悬浮在强力磁铁上方。

用物理学家Michio Kaku的话来说，超导体技术将引领一个新时代。如果说到目前为止我们还生活在电力时代，那么室温超导体将会开启磁力时代。这个时代有丰富的能源，并以世界各地更为便捷的交通为标志。如果技术研发的速度能如磁悬浮列车一样快就好了。

黑夜里，我们在电灯的光亮中革新，朝着一个充满磁力的未来努力。

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编译组：齐鑫濛、郭芳芳

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