人类技术闹过几次革命。
第一次:蒸汽机,一台机器。
第二次:电气技术,一个领域。
第三次:计算机、航天、生物、纳米…
为什么第三次革命闹得这么没有章法?因为任何单一枝干都很难让枝繁叶茂的科技树主干动摇分毫,无奈大家只能组团闹革命了。所以第三次工业革命没有明显的标志,甚至没有明确定义。没办法,组团闹革命,革命功绩不好分嘛!
那么接下来的革命路线该怎么走呢?第四次工业革命,是继续组团模式,把什么人工智能、3D打印、新能源,等等,一锅烩了?还是会出现孤胆英雄,单凭一项战略级技术,撼动整棵科技大树?
吃瓜群众自然是喜欢英雄的,虽然眼下没什么指望,但目前台面上的技术,有哪些将来可能担此重任呢?除了前文说过的可控聚变,这回再说一位百年如一日奔波在革命道路上的老前辈。
革命种子
超导,最早被认为可能引发工业革命的技术,结果革到今天,依然尚需努力。其中最接近革命成功的时刻是1986年和1987年,有俩哥们发现氧化物陶瓷也能超导,临界温度蹭蹭涨,一下炸了锅!
第二年火急火燎送来一座诺贝尔奖,创下了获奖时间距成果发表时间最短的先例(引力波得奖也是这个速度,咱们屠呦呦的青蒿素等了43年)。
当时中国从事超导的人数从几百暴增到几万,全世界呈现出一种跑步进入共产主义的夸张氛围。仅仅1987年上半年,人民日报报道超导数十次,标题一次比一次惊人!
我发现迄今世界转变温度最高超导体
超导材料研究突破性进展意义大
我超导材料研究获重大进展
我国超导材料研究继续居世界前列
超导材料正在进入应用阶段
说实在的,改革开放之后,人民日报还是很严谨的媒体,在技术方面轻易不吹牛,而超导却在半年之内刷版无数,头版头条不在话下!试问,还有后来者吗!
不光中国,全世界都以为超导革命成功在望,一片欣欣向荣……
纠正个容易混淆的概念,这里说的是技术革命,不是科学革命。呃,准确点说是工业技术,不包括管理技术、画画技术、演唱技术……用英文可能更明了:technology和science,科学革命以量子力学相对论为代表。
那么问题来了,超导凭什么能成为革命种子?这事还得从电说起。
电,妙不可言!
当年法拉第发现电磁感应现象(这是科学),进而折腾出发电机(这是技术),被人嘲笑:这种只会在导体里流动的东西有什么用?如今,电是现代科技最重要的载体,所以能革了电的命,也就等于革了技术的命。
先明确一下超导的革命方向。
对于金属导体来说,电流的本质是电子的移动,温度的本质是原子的振动。记牢这点。
自然而然,电子在导体中移动时会与振动的原子不停发生碰撞,跌跌撞撞就很影响电子的移动速度,这就是电阻。
原子被电子撞啊撞,振动就会越来越快,宏观表现为温度上升,这是导体发热的原理。
原子振动加快,与电子的碰撞就越多,所以导体温度越高,通常电阻越大。这些都是中学课本上的内容。
思路来了,原子如果不振动的话,电子在移动时岂不是就没阻力了?
嗯,沿着这个思路往下走。气体的温度本质是分子的移动速度,固体的温度本质是原子的振动速度,如果原子不动,也就没有了温度的概念,这就是:绝对零度,0K。折算一下是-273.15℃,这是温度的起点,不存在-300℃的东西。这还是中学课本的内容。
但是想让原子完全不动几乎不可能,达到0K的难度和达到光速的难度是差不多的,这是当前,当前的,物理理论不可逾越的两条边界。
理清了电阻的本质和温度的本质,超导的革命方向就明确了,原子的振动减弱到什么程度,才能让电子无阻力地移动?换个等价的表述:温度低到多少才能实现超导?这个转变温度叫临界温度。如果谁能在室温下实现超导,那么革命就算成功了。
顺便说一下,电阻为零并不会产生无限大的电流,一则导体内的电子数量有限,二则电子的移动速度同样不能超过光速,而电流大小取决于单位时间内通过的电子数量。
革命成功
让我们来憧憬一下超导革命的美好场景。
一:省电的意义