千萬不要在別人已經展望下一個宇宙文明的時候，你還在討論怎樣騎駱駝！

首先，請允許我小激動一下。此刻的心情如今天的標題所言，我知道未來會來，但想不到竟然這麼快！昨天晚上看到的一則消息，讓我這樣一個硬核理工男瞬間睡不著覺。這算是近期以來的第三次。上兩次分別是“可控核聚變實現淨能量增益”和ChatGPT。

坐標美國，拉斯維加斯。在2023 年美國物理學會年會上，來自羅徹斯特大學的Ranga Bias團隊現場發表了一個堪稱“石破天驚”的論文。這是一項業內稱其為引爆整個物理學界，普通人認為是科幻成為現實的重大發現。從當日照片來看，也算對得起這份評價。包括高溫超導先驅朱經武教授，日內瓦大學凝聚態物理學家Dirk van der Marel都在現場。這一時刻，物理學界的大牛雲集。小小的報告廳門外也聚集了越來越多的想要一窺究竟的人群。以至於保安不得不持續吼叫著驅趕陸續趕來的觀眾。

由Ranga Bias團隊公佈的這項成果就是一直頗受關注的“室溫超導”。研究團隊稱，發現了一種由镥-氮-氫（Lu-NH）構成的新材料。這種材料不僅能在21℃的室溫條件下實現超導，還把以前需要的上百GPa的壓強降低到了1GPa。雖然1GPa等於1萬個標準大氣壓。但想一想人工合成鑽石還需要5-6萬個大氣壓就會知道為什麼這項成果如此令人興奮。這意味著從高壓到近常壓的重大突破。如果這項實驗的結果可以得到認可，斬獲諾貝爾獎不會有任何懸念。

那麼，可能有朋友會問，什麼叫超導？什麼叫常溫超導？為什麼如此難以實現？超導對未來意味著什麼？

讓我們設想這樣一個場景。在一個操場上有很多人隨意走動。你想從操場的這頭跑到操場的那頭，就必須穿過這些人群。因為人群是隨意走動的，所以你很可能會與其中的人發生碰撞。這時候你就會耗費比穿過一個沒有人的操場更多的力氣。這個站滿人的操場就是一個金屬導體。那些不斷走動的人就是導體中的一個個原子核。而你就是一個電子。當電子碰撞到原子核的時候會損失一部分能量。這就是電阻。反過來說，假如電子不碰撞任何一個原子核，就可以不損失能量的一直跑下去。這便是超導。1911年，荷蘭萊頓大學的卡末林·昂尼斯意外地發現，將汞冷卻到-268.98°C時，電阻突然消失。後來他又發現許多金屬和合金都具有類似的低溫下失去電阻的特性。卡末林·昂尼斯將這項研究結果稱之為超導態。他也因此獲得了1913年諾貝爾獎。

那麼，如何能讓電子不碰撞原子核而通過導體呢？把操場上的人清乾淨顯然是不可能的。假如讓所有人站在原地不動，你就有機會從人縫中穿過去。研究發現，想要讓原子核保持原地不動，可以通過降低溫度來實現。就像卡末林·昂尼斯實驗中的那樣。這便是所謂的“低溫超導”。在物理學上低溫的極值被稱為絕對零度。熱力學溫標寫成0K，等於攝氏溫標−273.15℃。在這個溫度條件下，粒子的動能將會低到量子力學的最低點。當然，絕對零度只是一個理論極值。以人類目前的科技水平是無法達到的，但目前已經可以創造出接近絕對零度的低溫。例如，液氮已經可以提供一個大約77K到300K （室溫）的低溫環境。氦氣的液化溫度為4.2K，再加上揮發技術可以提供2-300K的低溫環境。如果使用氦的同位素氦-3作為工質，甚至可以達到0.3-0.4K的低溫。但無論是創造還是維持這樣的低溫環境都非常不容易。就使得低溫超導的應用被局限在實驗室研究的層面。而在液氮溫度（77K）以上的，通常被稱為高溫超導體。研發出新的可以應用的“高溫超導”材料成為各國科技競逐的目標。

讓我們再回到那個站滿人的操場上。假如讓這些人都整齊的排列成兩行，給你留出一條通道。不就可以讓你順利通過了嗎？於是，科學家們發現，通過增加壓力的方式可以創造出讓電子快速通過的“路徑”。例如，將汞置於高壓條件下，其臨界溫度能達到164K (-109℃)。但又有一個新的難題出現了。那就是，如何能產生如此巨大的壓力。如果單純用氫，需要1000萬個大氣壓才能實現超導體目標。地球上還沒有能產生如此巨大壓力的設備。目前的方法是，用兩顆鑽石的尖角相對，再施加壓力，讓鑽石尖端的接觸面上產生出巨大的壓強。這種裝置就叫“金剛石對頂砧” （如題圖）。但鑽石能承受的壓力也是有限的。於是科學家們開始用化合物來取代單一材料。用化學的方式讓其他元素幫忙“拉兄弟一把”，以降低所需的壓強。這就叫“化學預壓縮”。

例如，2019年，美國科學家馬杜里·索馬亞祖魯宣布，十氫化鑭（LaH10）在190萬個大氣壓下，可以在逼近室溫的260K以上出現超導性。而Ranga Bias團隊此次發布的新材料是由镥-氮-氫（Lu-NH）三種元素構成。他們的實驗結果顯示，只需要1萬個大氣壓就可以實現超導。這簡直就是從駱駝到汽車的跨越。下面是他們發表在《Nature》網站上的論文。

這篇論文的標題是：《在氫化镥中添加氮形成近環境下超導性的證據》。我替朋友們閱讀了這篇論文。大意是說，儘管經過數十年的深入研究，近環境壓力下的常溫超導仍未實現。在過去十年中，高壓“化學預壓縮”氫主導合金引領了對高溫超導性的探索。Ranga Bias研究團隊通過在氫化镥中添加氮元素實現了在一萬個大氣壓下294 K的超導性能。以及如何通過高溫高壓合成這種化合物。然後討論了一些關於電阻、磁場，X 射線衍射等一系列的內容。鑑於內容生澀，我就不展開翻譯了。論文最後說，還需要進一步的實驗和模擬來確定氫和氮的確切化學計量及其各自的原子位置，以進一步了解材料的超導狀態。從現場拍回來的照片來看，講的也是這些內容。

那麼問題又來了。如果這項實驗成果得到證實，會給世界帶來什麼呢？首先，實現超導可以減少在電力傳輸上的電阻消耗。如果應用在核工業領域，可以進一步實現可控核聚變。這意味著人類將徹底告別能源危機。還可以被用於超導磁體。讓火車甚至飛行器不再消耗石油能源，而是靠“反重力”飛行。如果應用在量子領域，帶來的更會是一場顛覆性革命。可以讓量子計算機擺脫低溫環境，實現大規模應用。這將會給人工智能的發展帶來巨大突破。此外，在量子力學裡還有一個著名的量子穿隧效應。我們避開那些難懂的原理和公式，只要知道量子穿隧最典型的應用就是恆星核聚變，便會懂得其偉大意義。而量子穿隧還是研究量子生物學，天體化學，甚至超光速的關鍵理論。至2017年為止，由於對於量子穿隧效應在半導體、超導體等領域的研究或應用，已有5位物理學者獲得諾貝爾物理學獎。

如果我們把“常溫超導體”，“可控核聚變實現淨能量增益”和ChatGPT為代表的新型人工智能放在一起就會驚訝的發現，核聚變解決的是能源問題，人工智能解決的是計算問題，超導體解決的是材料問題。三者相結合，人類彷彿已經站在了進入下一個宇宙文明的門檻上。一旦跨越，回首來路，在未來人類的眼中，現在的我們就是一群愚蠢的原始人。放著宇宙中取之不盡的氫能源不用，為了地球上那一點點可憐的石油資源打得不亦樂乎。

當然，並不是所有人都會認同Ranga Bias研究團隊的成果。其實早在2020年，他們就向Nature提交論文，稱研究出一種含碳的硫化氫超導體CSH。這種材料在約260萬倍大氣壓力，溫度低於15攝氏度的情況下可以實現超導。這篇“首個室溫超導體”論文一度成為Nature的封面文章。但因為在其他實驗室裡無法重複實驗結果，且論文中的數據處理方式也受到質疑，被Nature強行撤稿處理。那麼，曾有過“黑歷史”的Ranga Bias團隊這次是否又是“故技重施”呢？我個人還是報以相當正面的期待。因為從Nature網站上的時間戳來看，該論文是在2022年8月投出，今年1月18日才被Nature接收。可見，Nature對於是否接收這篇論文的爭議頗大。但最終還是選擇了接收。資料表明，Ranga Bias團隊來自於羅切斯特大學（University of Rochester）。這所大學建於1850年，是美國頂級綜合研究型大學之一，也是美國大學協會和世界大學聯盟成員。背書上頗具含金量。此外，在現場聆聽的日內瓦大學凝聚態物理學家Dirk van der Marel此前一直都在質疑室溫超導的研究。Ranga Bias團隊如果沒有一定的底氣，怎麼敢直面這麼多物理學大牛。如果真的被發現有什麼學術不端，無異於給自己的職業生涯寫上一個巨大的差評。

在閱讀完了Ranga Bias團隊的論文以後，我不禁又產生了一個問題。為什麼這樣的研究成果又是來自美國。美國難道不是已經不可遏制的一天天衰落下去，不是校園GUN擊就是D品氾濫，政壇更是一片混亂，很快就要淪為末流國家了麼？難道僅僅是因為美國有錢。硬生生砸出來這麼多科技成果？

我覺得，這些成績的取得離不開一種獨立於宗教信仰、政治立場和功利得失之外的，以追求真理、探索未知為目標的科學精神。而科學精神又是教育和科學研究的靈魂。

真正的科學精神是堅持理性思考和客觀務實的研究態度，講求實證化和精確化的研究方法。所有成果都必須經得起檢驗。尤其重要的一點是，科學允許質疑和批判，反對將一切理論和假說神聖化。越是帶有突破性質的研究成果越會面對無數人的質疑。只有通過了質疑和批判的洗禮後，才會是公認的有價值的成果。

反之，如果我們今天還在燒香祈求牛頓在天之靈給予我們力量，背誦萊布尼茨的語錄，堅持經典物理不放手，可能永遠都會與量子力學無緣。而允許質疑和批判的背後，是寬鬆的研究環境，自由的思想和言論，以及對獨立思考能力和邏輯思維的看重。除此以外，美國的科研經費雖然充裕，但並不容易拿到手。不僅申請過程相當嚴肅，而且使用方面也必須透明。可以允許研究上的失敗，但不能接受找個由頭就騙取天量的研究經費。

最後還有一點，美國對於學術不端的調查和懲罰也相當嚴厲。一旦有研究人員被發現有學術不端的嫌疑，學校就需要啟動相關的政策和程序。如果涉及聯邦基金，學校還需遵照2000年美國白宮頒布的、適用於全美所有研究人員的《關於科研不端的美國聯邦政策》(USFederal Policy on Research Misconduct)。一旦學術不端的指控被證實，輕則被禁止若干年內申請研究經費，或禁止參與相關的活動；重則還會被判入獄。例如美國著名的玻爾曼學術不端案中，玻爾曼被判入獄1年零1天。玻爾曼因此成為美國第一個因為學術不端行為而鋃鐺入獄的研究人員。法官認為，波爾曼的行為不僅造成了聯邦基金的損失，而且直接傷害到科學本身。同時還會進一步削弱公眾對科學的信任。玻爾曼被判刑向科學共同體和公眾傳達了一個清晰的信息：在科學研究方面，任何欺詐行為將不被容忍。

今天的文章就和朋友們聊到這裡。雖然有些長，但應該不算太臭。我知道寫這種文章最是受累不討好。花費數倍的時間不說，閱讀量也往往慘不忍睹。但我覺得，人總要抽出一點時間關心生活以外的東西。至少應該知道這個世界到底在發生什麼？我們與世界的距離是在縮小還是拉大？何為不可阻擋的未來？

回望歷史。1938年，美國石油公司在沙特發現了大油田。這種數千年來，在阿拉伯人眼中毫無用處的黑色垃圾讓阿拉伯人翻身成了世人眼中的土豪。但在此之前，對阿拉伯人來說最值錢最有意義的就是駱駝。而在同一年，莉澤·邁特納發現核裂變。這一成果讓她成為原子彈之母。你能想像，他們其實是同一個時代的人嗎？而我今天最不希望看到的是，在別人已經展望下一個宇宙文明的時候，我們還在討論怎樣騎駱駝！（如是大牛哥）