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室温常压超导的曙光:跨越东西的世纪接力!考古式科研有搞头吗?

2023-08-04 07:10 作者:互动观察员  | 我要投稿

最近的室温超导闹得沸沸扬扬,随着内情的曝光,不少人直呼可以拍一部韩剧了。既有继承导师遗志又有团队内讧抢发,外界质疑不断的同时又争相复现,复现的过程也是曲折万分,这戏里戏外都是跌宕起伏。要是编剧再给安排一个女主角,来点狗血爱情,那妥妥的就是韩剧剧本原型。当然,这一切还得看最终的结果是好是坏,成了那就是民族英雄,没成,那就是丢脸丢到国际,被骂成韩国科学骗子黄禹锡的翻版。从26号至今,我一直密切关注此事,该团队一直处于薛定谔之猫的状态,处于世界之光和韩国之耻的量子叠加状态。


本视频不谈技术,因为我不懂技术。聊聊本事件的关键人物,崔东植,也就是团队的已故导师,和他的理论来源。崔的遗训是“继续研究,在形成完美理论之前,不要对外公布”。这说明崔东植对他信奉的那套理论有着相当的自信。崔在1993年就提出了ISB理论来代替BCS理论。这套理论的来源是一对师徒,苏联的博戈柳波夫和波兰的加拉谢维奇。崔能坚持这个方向二十多年,说明他认准了这个理论是正确的,之所以让徒弟不要提前公布,应该是出于学术的严谨。所以,我们应该认真分析崔东植的理论源头的科学价值。如果崔的理论导师是个靠谱人物,那么我们也应该对该团队给出的方向多一点信任。


我们先来看一篇中国1988年的论文,《在金属氧化物超导材料中可能存在液氮温区超导相和室温区超导相》,这篇论文和目前的复现结果相似度较高,材料都是铜氧化物,在室温区电阻突然下降,和华科的结果有相似。同时有液氮温区超导和室温区电阻骤降,和东南大学结果有相似。所以这篇论文可能预言了今天的情况。到底预言的准确度到了多少,就交给技术大佬来回答。


我们再来看崔东植的理论源头。先回顾下本事件。这项研究整体上是断断续续的,李石培和金智勋两人的研究可能不到十年,中途他们转去研究电池材料了。2017年,崔东植教授去世,遗训要求他们继续研究。李金二人筹集了资金,资方派出了权永完加入团队。2020年,团队认为LK99有戏,找了美籍韩裔超导科学家威廉玛丽大学的金贤卓(HyunTak)背书。2022年8月李和金两人申请了以两人名字首字母和发明时间命名的LK99的专利。资方指派的权永完怕被金贤卓抢了第三作者才抢发。团队在1999年就研发出了这个材料,但是当时还没有研究透彻原理,所以一直没有对外公布。此次抢发造成了不成熟的数据和理论提前公布,招致了大量的质疑。但是从另一个层面看,能让更多人一起帮着研究,也能加快这个方向的研究进度,即使是证伪的进度。当然,如果他们提前买好了股票的话,那么这一切就有可能是在排练韩剧,但这种可能性极低。


究竟是什么理论让崔东植这么坚守呢?他提出的ISB理论是什么呢?知乎的这两篇文章挖掘了崔东植的理论源头。在1993年的崔东植采访中,崔提到了,“在BCS理论出现的20世纪50年代,包括苏联在内的东欧出现了一种更广泛地解释超导现象的理论”、“当时的冷战扭曲了学习的方向”、“超导研究人员知道 BCS 理论并不能解释高温下的超导性。因此,许多学者对高温超导体的研究不考虑 BCS 。然而,随着各地高温超导体的发展,美国和日本已经准备了一个参考框架,只选择满足它的参考系,这是一个问题。”这几句话是为苏联体系下的超导理论打抱不平,说是冷战的原因,学界并不重视前苏联学者的更广泛的那种理论。他最后一段话挺有意思,大意是说目前的主流理论认为超导体必须具备迈斯纳效应,这阻碍了超导体研究。超导体可能能够根据不同应用场景的需要来制造对应的特性。“在载流导线中使用超导体,需要有很高的临界电流和临界温度,没有必要增加临界磁场。当超导体用于超级计算机时,这意味着只需要非常微弱的电池,所以你根本不用担心临界电流。”。这点好像和目前的情况有所对应,华科目前测试到较高抗磁性但是还没有测试零电阻。东南大学测试到了零下163度的零电阻但是没有测出迈斯纳效应。也就是说,崔可以不用追求完美超导体,而目前的复现结果也并没有实现完美超导体,但是原论文给出的结论是实现了室温常压超导。


这篇介绍BCS理论背景和博戈柳波夫的文章提到,金茨堡和朗道提出了超导现象学理论,博戈柳波夫和巴尔丁、库珀和施里弗三人都沿着这个理论进行了研究。美国的这三人首字母联合命名了BCS理论,大概就是库珀配对的理论。那么博戈柳波夫的理论是什么呢?我们先来看看博戈柳波夫的生平,可以看到得了非常多的奖,妥妥的大牛。在这篇庆祝他的诞辰的文章中,评价他是俄罗斯最伟大的数学家和理论物理学家、几种科学流派的创始人。在 50 年代的十年中,尼古拉·尼古拉耶维奇在大约十几个方向工作,写了大约 50 部作品和 5 部专著。结尾更是用了一句“我来,我见,我征服”来形容他的一生。


根据这篇知乎回答的总结,博戈柳波夫理论核心就是1959年提出的集体震荡理论及其在超导态电动力学中的应用。具体情况如图。崔东植在1993年采访中提到:"但最近我再看这本书时,来自波兰的加拉谢维奇已经用了它。”崔认为加拉谢维奇在1970年就得出了与他相似的结论。1960年,加拉谢维奇发现集体振荡的频谱可分为两个分支;1970年,加拉谢维奇将集体振荡的内容写入自己的这本著作;1991年,苏联崩溃;1992年,博戈柳博夫去世;1993年,崔东植提出类似的集体振荡的概念,提出ISB理论,并希望联系到博戈柳博夫和加拉谢维奇师徒二人;2016年,加拉谢维奇去世;2017年,崔东植去世。可以看到这个时间点有种宿命感。博在苏联崩溃后的一年去世,崔在博去世后的一年提出了相似的理论,加和崔的去世也是隔了一年。崔的采访的那些话,似乎是在说自己只是碰巧和前人的理论撞车了。按理说,博戈柳波夫应该是这个领域的大牛,撞车说法应该不太可信。但是,是撞车还是传承,这都无关紧要,重要的是该理论是否正确。


博戈柳波夫的理论水平如何呢?上面那篇回忆文章提到了博戈柳博夫和朗道的关系,也提到了博戈柳波夫在超导领域的贡献。文中说博戈柳波夫与超导理论发展联系起来的触发因素是美国物理学家莱昂·库珀于 1956 年在一本期刊上发表的一篇简短说明。他立即看到了他在创建超流体理论时发现的玻色子类型的成对相关现象的类比。当他完成这项研究并开始在研讨会上展示其结果时,人们知道西方出现了巴丁、库珀和施里弗作品的厚厚预印本。朗道很快就欣赏了博戈柳博夫的工作。甚至宣布了超导理论的联合研讨会。在博戈柳波夫报告后的第一次会议上,陶氏说:“博戈柳波夫,我不知道巴尔丁等人的作品在那里包含什么,但我认为他们没有如此美丽和令人信服的结果。”这表明,达维多维奇认为博戈柳博夫是一位主要的理论物理学家。尽管如此,朗道—博戈柳波夫研讨会并没有持续很长时间,并在《物理评论》杂志出现并发表上述美国作者的文章后停止。可悲的是,在朗道超导学派代表的出版物中,博戈柳博夫的作品很少被提及,超导的微观理论被称为“巴丁-库珀-施里弗理论”,而“超流体理论”一词仅与朗道的名字有关。


此文是机翻所以显得很奇怪,建议来个俄语大牛翻译一下。此处描写可能和崔在前文的观点暗合,即冷战因素在一定程度上压制了苏联科学家的科研成果。博戈柳波夫的理论在超导领域的应用如图所示。“库珀对的超流动性并产生超导电流。超导的性质可以解释为金属中电子系统的超流动性特性。”关键词是“自发对称性破坏和超流体理论”这些东西我也不懂,交给专业人士去研究。崔的理论中似乎有一个观点与此类似,就是他提到的液体的比喻和波的观点。具体的如图所示,机翻太糟糕了,需要懂韩语的翻译一下。


崔对集体振荡概念的解释是:“超导现象发生时,熵必须降低。然而,即使降低温度,电子的熵减少得不多。方法是限制位置和动量以及运动方式的均匀性,最理想的方式是让电子像军队一样均匀运动。换句话说,将它们限制在狭小的空间中,并只让它们在原地振动。这个概念就是‘集体振荡’。起初,我以为集体振荡是我最初确立的概念,但最近重新查阅书籍后发现波兰的加拉谢维奇早已使用了这个概念。”


“当电子进行集体振动时,如果从外部注入电子,它们会一格一格地移动,但此时它们并不是粒子,而是以波动形式进行隧道效应。也就是说,当温度很低、位置受限、质量非常小时,电子具有波动性质。BCS理论将电子的运动视为粒子,而我将其视为波动。这是一个量子力学的观点。”


在座的如果有懂博戈柳波夫和崔东植的理论的人,可以判断一下二者的理论是否相似。


如果一致认为二者理论的相似度较高,那么我们对崔东植教授的话应该多一分信任。毕竟他的理论来源是那位苏联科研顶流。如果那篇回忆文说的没错的话,那么这可是朗道都欣赏的理论。而且,文中的可悲一词似乎暗示了,博戈柳波夫和BCS三人几乎同时发现了超导微观理论,只是BCS早一步发表出来。而且超流体理论似乎也被朗道抄袭挪用。这个暗示不知道我说的是否准确,还是等懂俄语的人翻译完这篇文章再来判断。但是奇怪的是,博的微观超导理论应该和BCS不一样吧?崔就是继承的博的理论,崔认为现有的BCS理论是有缺陷的,而且阻碍了当前的超导研究。我有几个问题,崔的方法是不是用内应力代替外部的高温高压?如果是,那么这种方法和他自己的理论,和博戈柳波夫的理论有相关性吗?如果有相关性,那么我们是不是应该对崔的理念多一分重视?毕竟,就算不给玉米棒子面子,也应该给镰刀锤子面子。

目前,基于现有的复现结果,有部分网友提出了一维超导体或者第三类超导体的猜想。希望之后能够压榨出更多LK99的科研价值。


好了,至此,崔东植和博戈柳波夫的理论我都介绍完了,如果一切属实。那么我们先抛开技术细节,判断一下博和崔二人的理论是否可行。可是他们二人的理论估计太过宽泛,所以可能最后还是得靠这次的实践来见真章。


结尾闲聊,这次的超导事件暴露了不少问题。第一个就是我们科学界有些大咖对有些问题的判断太过武断。当然这并不怪他们,他们从自身专业出发判断该团队的论文粗糙,这完全没问题,有助于让大众清醒,比如闻海虎和张子立。但是除此之外,还应该对该成果的科研理念和思路进行追问和判断,而不是局限与论文数据。闻教授好歹还安排了一个同学进行复现,张子立可能还是保持他一眼假的态度没有复现。对待新的科研思路,应该抱着找价值的心态而不是找错误的态度,应该是无罪推定而不是有罪推定。有人说,错误的思路和方向可能危害很大,比如那个阿尔兹海默症开山论文造假事件。但是,这次不同于那种情况,我们完全有时间来验证这个思路的可行性,那为什么不尝试去用实践来验证方向呢?不都说证真容易证伪难吗?


第二个问题是媒体的不专业,8月1号传出了好消息后,各平台都出现了媒体的错误描述,说什么常温超导复现成功。到了8月3号,又有媒体下定论说超导闹剧终!歪曲人家韩国超导低温学会的态度。我的建议是大家不要两极管,抱着打脸对方的态度去期待最终结果的真假。而是应该抱着挖掘该材料的潜力,榨干它的价值的态度,去接受该材料最终取得的成功和失败。最好还应该往上追溯探讨崔和博两人的科研思路的价值。美国超导,3号迎来大跌,回吐了之前的涨幅。跟风炒股的人和瞎起哄的媒体本质都是一样的,都是想投机谋利,而不是真正为科研为人类的进步与否共鸣。


这里要夸一夸所有关注此事件的科研工作者和普通人。广大关心人类前途命运的围观者,你们的关注对本次超导实践大规模铺开有促进作用。外网甚至出现了反思怪,说超导能上B站等平台热搜第一但是美国热搜第一是娱乐新闻。这也多亏了何教授和关山口男子技师。记得有人说关山口男子技术最初在知乎说过点赞过一百就复现(后删了这句),最后也是点赞达成促成了这次的复现,也促成了B站的热搜第一。B站作为最大的学习平台,B友和知乎用户的热情确实对这次的超导实践有很大推动作用。大家也不用嘲讽部分B友们的过度热情,比如有人会批评半场开香槟的那些见证历史的弹幕,这其实是大家表达兴奋的庆贺,为取得了较小成果而感到鼓舞。大家也不用批评B站成了科研成果的首发平台,担心把并不成熟的成果发出来。其实也就这次这么重大且成果共享的科研探讨能够得到这么大的反响。这次其实是一个很好的案例,科研工作者和围观群众相互促进相互讨论,科学知识被快速普及,科研者之间打破学术黑暗森林,放下警戒和架子,打破壁垒相互交流,提高科研效率和速度。科研者还能收获一些除了科研成果以外的东西,成就感也分享出去了,一个人的快乐只有一点,一群人的快乐就会很多。相信在这次的科研盛宴推动下,LK99的研究进度会大大提高,希望我们所有人都能平静地接受最后的失败或成功。大家的热情背后,凸显的是一部分人对打破现有利益分配秩序的渴望,另一部分人对全人类享受科技进步的祈求。前者无可厚非,后者,眼里有星辰大海。


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