鑒往知來說超導(dǎo)

3月7日，在拉斯維加斯舉行的美國物理學(xué)會三月會議上，美國羅切斯特大學(xué)的迪亞斯教授宣布發(fā)現(xiàn)了“近常壓室溫超導(dǎo)”材料，隨后又在《自然》雜志上發(fā)表了正式的學(xué)術(shù)論文，引發(fā)了科技界和公眾的廣泛興趣，已經(jīng)有很多新聞報(bào)道和評論文章，甚至出現(xiàn)了一些嘗試復(fù)現(xiàn)其工作的科學(xué)報(bào)告。

什么是超導(dǎo)？室溫超導(dǎo)有什么重要性？迪亞斯的新發(fā)現(xiàn)到底有多重要？如果你不是專業(yè)人士，又對這些問題感興趣，就可以讀一讀羅會仟的科普書《超導(dǎo)“小時代”：超導(dǎo)的前世、今生和未來》（以下簡稱《超導(dǎo)“小時代”》），了解超導(dǎo)的歷史，學(xué)習(xí)一些超導(dǎo)的基礎(chǔ)知識。至于說這個熱點(diǎn)新聞到底是茶杯里的風(fēng)暴，還是革命前夜的疾風(fēng)驟雨？請你先自己判斷一下。真的假不了，假的真不了。最多只要幾個月，我們肯定就會知道真相了。

超導(dǎo)就是超導(dǎo)電性，指的是一些材料在低溫下具有非常特殊的性質(zhì)：它們傳輸電流的時候沒有任何阻力，不會發(fā)熱，也就不會浪費(fèi)能量。超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)于100多年前，包含了豐富的物理內(nèi)容，具有廣泛的應(yīng)用場景，吸引了許多科學(xué)家和工程師的關(guān)注。近年來，許多有關(guān)的應(yīng)用逐漸進(jìn)入公眾的視野，越來越多的人開始關(guān)心超導(dǎo)。

《超導(dǎo)“小時代”》一書的作者羅會仟是中科院物理研究所研究員。正如副標(biāo)題“超導(dǎo)的前世、今生和未來”所示，本書全面介紹了超導(dǎo)的歷史和現(xiàn)狀，并對未來作出一些展望。

我跟會仟是老朋友了，因?yàn)槲覀兗仁歉阄锢硌芯康拇笸?，也是對科普感興趣并做了些相關(guān)工作的科普愛好者。這幾天，我把這本書又讀了一遍，有了更多收獲?！冻瑢?dǎo)“小時代”》出版不久，為什么要說“又讀了一遍”？因?yàn)槲椅辶昵熬驮凇段锢怼冯s志上、在他的博客里讀過其中大部分內(nèi)容。

那時候，他差不多每個月都會寫一篇關(guān)于超導(dǎo)的科普文章，以通俗易懂的方式介紹超導(dǎo)的基本知識、發(fā)展歷程和前沿進(jìn)展。當(dāng)時他應(yīng)該就有將來匯集出版的計(jì)劃，現(xiàn)在這本書的內(nèi)容基本上依照當(dāng)初文章的排序，并且保持了以前的特色，比如說，全書一個公式也沒有，很有科普書籍的樣子，但是有很多參考文獻(xiàn)，這又是科學(xué)論文的范兒。不同的是，比此前我看的增加了一些內(nèi)容，如圖片增加了很多，有些還是重新繪制的。

羅會仟在超導(dǎo)物理領(lǐng)域?qū)W習(xí)和工作差不多有20年了。從作者“自序”里，可以了解到他和超導(dǎo)的關(guān)系經(jīng)歷了三個階段，即大學(xué)時為超導(dǎo)著迷、讀研時與超導(dǎo)結(jié)緣、工作后和超導(dǎo)“相戀”。他幸運(yùn)地趕上了鐵基超導(dǎo)的研究熱潮，十幾年來發(fā)表了上百篇高水平的研究論文。

他對超導(dǎo)的感情很深，“后記”里說這本書的內(nèi)容構(gòu)思開始于2009年，動筆于2015年，用了3年時間完成初稿，又用了3年才修改完畢，以書的形式和大家見面。

以前的中學(xué)物理對超導(dǎo)的介紹是一帶而過，只提到它沒有電阻，但是要在很低的溫度下工作；現(xiàn)在的中學(xué)物理會提及一些應(yīng)用，科普文章里會講到科學(xué)家因超導(dǎo)研究得過幾次諾貝爾獎，但是講得都很零散。

本書第一章是《啟蒙時代》，作者從遠(yuǎn)古的神話講到科學(xué)的萌芽，從中國和古希臘對電和磁的最早觀察，講到現(xiàn)代西方科學(xué)發(fā)現(xiàn)電和磁的奧秘，可以讓讀者大致了解與超導(dǎo)有關(guān)的科學(xué)歷史，即超導(dǎo)的“前生”。

第二章是《金石時代》，介紹了低溫技術(shù)的發(fā)展、超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和超導(dǎo)理論的建立；從昂尼斯把氦氣液化并發(fā)現(xiàn)汞的超導(dǎo)電性，講到超導(dǎo)體的完全抗磁性和宏觀量子干涉效應(yīng)；從幾個成功的唯象理論講到諸多失敗的理論嘗試，其中的參與者不乏愛因斯坦、玻爾、海森堡和費(fèi)曼這樣的大科學(xué)家，最后迎來了巴丁、庫珀和施隸弗的成功理論（BCS超導(dǎo)微觀理論）。

這兩章的內(nèi)容寫得通俗易懂，感興趣的中學(xué)生也可以理解。但有些細(xì)節(jié)我也是第一次知道，比如說，愛因斯坦、埃倫費(fèi)斯特、朗之萬和外斯等著名物理學(xué)家和昂尼斯的交往很密切，有一張照片顯示他們一起在昂尼斯的家里討論問題，小黑板上似乎還寫著量子力學(xué)的公式。

我比會仟虛長幾歲，也跟超導(dǎo)有些瓜葛。我參加過1987年的全國中學(xué)生物理競賽，有一道題我現(xiàn)在還記得：

“近年來，人們制成了高轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)材料，其中一種成分是釔、鋇、（ ）、（ ）四種元素，據(jù)報(bào)道，我國研制的這類超導(dǎo)材料的零電阻溫度已經(jīng)達(dá)到（ ）K左右。在這類超導(dǎo)材料出現(xiàn)以前，超導(dǎo)材料的零電阻溫度只達(dá)到（ ）左右?！?/p>

這是我首次聽說高溫超導(dǎo)，中國科學(xué)家在超導(dǎo)研究的舞臺上引起了世界的關(guān)注。這部分內(nèi)容出現(xiàn)在第四章《黑銅時代》，里面不僅介紹了柏諾茲和繆勒發(fā)現(xiàn)銅氧化物高溫超導(dǎo)材料的歷程，這其中包括艱苦的探索和輕松的獲獎——“成如容易卻艱辛”，還講了競爭激烈、燃遍全世界的高溫超導(dǎo)研究熱潮，不僅有許多參與者的情況，還重新繪制了一些當(dāng)年的數(shù)據(jù)圖片，以及物理學(xué)家、中科院院士趙忠賢在美國物理年會上作大會報(bào)告后回家騎三輪車?yán)涓C煤的照片。

這些內(nèi)容和第三章《青木時代》里介紹的各種奇形怪狀的超導(dǎo)材料與千奇百怪的物理性質(zhì)，我多少知道一些，因?yàn)槲遗銮稍谥袊萍即髮W(xué)物理系低溫物理專業(yè)學(xué)習(xí)過一年。我覺得任何對此感興趣的大學(xué)生都可以理解這兩章的大部分內(nèi)容，即使是中學(xué)生也可以理解許多，但是其中也有很多我初次了解的內(nèi)容，以及一些我現(xiàn)在也不大看得懂的部分。

我自己不研究超導(dǎo)，但是2008年出現(xiàn)鐵基超導(dǎo)研究的熱潮，我的一些同事和朋友從事相關(guān)研究，我也在會議上聽到過許多故事。

當(dāng)然，羅會仟有親身經(jīng)歷，他在第五章《白鐵時代》介紹得很全面，從中可以看到很多新知識，看到我國許多科學(xué)家作出的貢獻(xiàn)。我們自然也會問：我國的超導(dǎo)研究力量這么強(qiáng)，但為什么最早發(fā)現(xiàn)鐵基超導(dǎo)的是日本科學(xué)家細(xì)野秀雄？答案在書中可以找到。

需要提醒讀者，這一章有些過于前沿，一些圖片似乎取自學(xué)術(shù)文章或者是綜述性的學(xué)術(shù)文章，遇到看不懂的部分，可以考慮像我一樣直接跳過去。

從1911年昂尼斯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象開始，超導(dǎo)研究有100多年歷史了，諾貝爾物理學(xué)獎已5次花落相關(guān)研究成果，但是超導(dǎo)研究依然長盛不衰，室溫超導(dǎo)的夢想仍然沒有實(shí)現(xiàn)。

最后一章《云夢時代》則介紹了當(dāng)前研究的最新進(jìn)展，包括“壓力對超導(dǎo)的調(diào)控”——2020年在《自然》雜志上發(fā)表的一篇文章聲稱，在高壓條件下實(shí)現(xiàn)了15攝氏度的超導(dǎo)電性。超導(dǎo)的研究仍然大有可為。

以上只是一些浮光掠影的介紹，這本書里還有很多有趣的內(nèi)容。比如說，有趣的演示（磁懸浮的青蛙、“飛毯”上的老鼠）、扎實(shí)的應(yīng)用（醫(yī)院里的核磁共振、無損耗輸電的高溫超導(dǎo)線纜）、先進(jìn)的理念（超導(dǎo)量子計(jì)算、超導(dǎo)太赫茲系統(tǒng)），甚至還有很多宣稱實(shí)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)電性的烏龍事件——這個很有趣，我就不“劇透”了。

總之，這是一本很有趣的科普書，任何關(guān)心超導(dǎo)的人，都可以看一看。無論是中學(xué)生還是大學(xué)生，無論是專業(yè)人士還是普通讀者，都會有所收獲，且每個人的收獲可能各不相同。即使你是打算從事超導(dǎo)研究工作的研究生，也可以從中獲益，也許收獲更大——因?yàn)闀械囊恍﹥?nèi)容簡直就是來自科學(xué)前沿的現(xiàn)場報(bào)道。