誰發現了超導？

韓國的室溫超導研究，讓超導這一物理現象，重新進入大眾的視野。

國內資本市場率先給出了反應。阿爾法工場創始人在微博里感慨：“人類從發現導體到發現超導現象用了180年，從發現超導現象到疑似發現室溫超導用了112年，A股從發現室溫超導到實現可控核聚變用了60分鐘”，并放出了一張受此消息影響、連續漲停的某上市公司股價走勢圖。

而杜克大學教授陳怡然今天也在微博提及另外一則信息，美國超導公司（AMSC）股票價格盤前跳漲71%，最高漲幅150%。

毫無疑問，如果室溫超導材料被證實，將是改變人類科技樹的一次發現。但目前為止，對韓國這一研究的復現還尚在進行中，正面和反面信息都有，還沒有一錘定音的結論。

不過，這并不妨礙我們對超導現象做一番回顧。

就像很多重大科學發明一樣，超導現象的發現其實也是一個意外產物。他的發現者是?？?middot;卡末林·昂內斯（Heike Kamerlingh Onnes）。

昂內斯1853年9月21日出生于荷蘭，因“對低溫下物質特性的研究，特別是導致了液氦的產生”而獲得1913年諾貝爾物理學獎。他發現，當一些材料冷卻到接近絕對零度時，電阻幾乎完全消失。而他發現的第一個呈超導現象的材料，是固態汞。

作為一個生化環材的頂尖學者，昂內斯的出身是典型的“土木工程”——父親是屋頂瓦工廠的老板，母親有藝術家的天賦。昂內斯是長子，有兩個兄弟姐妹，弟弟門索后來成為著名畫家，妹妹珍妮嫁給了著名畫家弗洛里斯·維斯特。

中學時，昂內斯對文學很感興趣，是學校公認的小詩人。后來，他在廣泛的閱讀中對物理學產生濃厚的興趣，總想弄清看不見摸不著的氣體。

1870年，17歲的昂內斯中學畢業后，沒有像母親期盼那樣進入藝術學院進修，而是選擇了格羅寧根大學，攻讀物理學。后來，由于成績優異，他轉入德國著名的海德堡大學學習。在那里，他遇到了著名的物理學家基爾霍夫和化學家羅伯特·威廉·本生，并與他們結下了深厚的師生之緣。

有名師指導，青年昂內斯滿腔熱血。1882年他受聘為萊頓大學物理學教授之后，就想改善物理實驗室向低溫實驗研究進軍。

超導是一種微觀物理現象，而昂內斯最早的課題研究，則是宏觀現象。1879年，他靠一篇《地球旋轉的新證據》拿到了博士學位。在這篇論文中，他給出了新的理論和實驗證據，用更簡單的方式用來證明地球的旋轉運動。

但3年后的1881年，他發表了一篇論文《液體的一般理論》，被視為他一生對低溫物質性質研究的開始。這篇論文討論了液態的動力學理論，從力學的角度接近了Van der Waals（范德瓦爾斯）的對應狀態原理。

所謂范德瓦爾斯對應狀態原理，是一種描述氣體和液體行為的理論。它指出，所有物質在適當的條件下（如壓力和溫度），行為將相似。這個理論是熱力學的基礎部分，對于理解物質在不同狀態下的行為非常重要。不過，它并不是在所有情況下都完全準確，在極端的壓力和溫度條件下，或者對于某些特殊的物質，這個定律可能無法準確預測其行為。

盡管如此，范德瓦爾斯的對應狀態原理仍然是物理學和化學中的一個重要工具，為我們理解和預測物質的行為，提供了一個有用的框架。

總之，從1882年到1923年，昂內斯在萊頓大學擔任實驗物理學教授，并于1904年，在那里建立了一個大型低溫實驗室。1908年7月10日，他首次實現了液化氦，他將溫度降低到了氦的沸點4.2K(-269攝氏度)(K是溫度單位，開爾文，0K又叫絕對零度)。并通過降低液氦的壓力，實現了接近1.5K的溫度，這是當時在地球上實現的最低溫度。他也因此被稱為“零度先生“。

在1911年，昂內斯測量了純金屬（汞，后來是錫和鉛）在極低溫度下的電導率，從而發現了石破天驚的超導現象。有意思的是，當時的一些科學家，如威廉·湯姆森（Lord Kelvin），認為電子流經導體時會完全停止，或者換句話說，金屬的電阻會在絕對零度時變得無窮大。而包括昂內斯在內的一些人，則認為導體的電阻會穩步下降并降至零。

現在，在超導現象發現一百年后，超導研究終于出現了新的重要進展（再次強調，還沒有蓋棺定論的結論）。如果成真，那么信息技術、能源等諸多行業將迎來重大變革。Nextgov網站曾經給過一些分析，我們在這里摘錄如下：

在能源領域，超導電纜可以在沒有電阻的情況下傳輸電力，這將大大提高電力傳輸的效率，減少能源損失。此外，超導材料還可以用于制造大容量的超導電磁儲能系統（SMES），這將有助于解決可再生能源的儲存問題。

在電子設備領域，超導材料可以用于制造無損耗的電子設備，如超導電路和超導電磁鐵。這將極大地提高電子設備的性能和效率。具體到大家關心的芯片領域，將實現：

1、能效提升：在芯片設計和制造中，電阻是一個重要的問題，因為它會導致能量損失和發熱。如果芯片可以使用超導材料制造，那么電阻將被消除，從而大大提高能效。

2、性能提升：超導材料可以使電流無損耗地流動，這意味著信號傳輸速度將大大提高，從而提高芯片的性能。

3、尺寸縮?。河捎诔瑢Р牧系母吣苄?，可以設計出更小的芯片，同時保持或提高其性能。

在交通行業，超導材料可以用于制造無損耗的電動機和發電機，這將極大地提高電動車和電動飛機的性能和效率。此外，超導材料還可以用于制造磁懸浮列車，這將極大地提高列車的速度和效率。

在醫療設備方面，超導材料可以用于制造高性能的醫療設備，如磁共振成像（MRI）設備，將極大地提高醫療設備的性能和精度。

在更廣泛的科研設備，超導材料可以用于制造高性能的科研設備，如粒子加速器和量子計算機。這會提高科研設備的性能和精度。

總之，改變絕對是全方位的。

昂內斯在其《物理學中定量研究的重要性》一文中，提出了他的著名格言“通過測量獲得知識”（Knowledge through measurement）?，F在，全世界無數科研團隊，正在努力通過測量，復現驗證韓國團隊的發現。

【參考資料】

1.維基百科：室溫超導體

https://en.wikipedia.org/wiki/Room-temperature_superconductor

2. CERN：《超導性》

https://home.cern/science/engineering/superconductivity

3. Discover Walks Blog：《關于Heike kamerling Onnes的十大事實》

https://www.discoverwalks.com/blog/netherlands/top-10-sensational-facts-about-heike-kamerlingh-onnes/

4. NEXTGOV：《室溫超導體可能徹底改變電子學——一位電氣工程師解釋了這種材料的潛力》

https://www.nextgov.com/ideas/2023/03/room-temperature-superconductors-could-revolutionize-electronics-electrical-engineer-explains-materials-potential/384532/

5. The Nobel Price：《Heike kamerling Onnes》

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1913/onnes/facts/

6. 不列顛百科全書：“Heike Kamerlingh Onnes”

https://www.britannica.com/biography/Heike-Kamerlingh-Onnes

7. The Conversation：《室溫超導體可能會給電子學帶來革命性的變化》

https://theconversation.com/room-temperature-superconductors-could-revolutionize-electronics-an-electrical-engineer-explains-the-materials-potential-201849

8.Physicsworld：

https://physicsworld.com/a/mercurys-superconductivity-explained-at-long-last/