八月。
洞察(ID:)
不能急躁,不能著急,不能功利,一定要冷靜,任何違背科研規律的行為,最終都會受到法律的制裁。
作者:Luke Wen
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2010年10月5日,英國曼徹斯特大學的海姆教授和諾沃肖洛夫教授共同獲得諾貝爾物理學獎,他們的研究成果極其引人注目,因為成功證明了一條定律:
高端的科研成果往往只需要最簡單的研究方法。
Geim 和 的研究成果是成功分離了石墨烯,石墨烯是一種單層結構的石墨,厚度只有一個碳原子。簡單粗暴地說,你可以把它看作一大塊石墨被切開,當它變得最薄時,剩下的一層就是石墨烯。
石墨烯具有優異的性能,包括但不限于:重量最輕、硬度最高、導電性最好等等。
注意重點是多個“最”,一般來說,一種材料有一個“最”就不錯了,但石墨烯居然有多個“最”,而且buff都堆得滿滿的,所以石墨烯又被稱為“新材料之王”。
但問題是石墨烯一直被認為無法單獨存在,需要一些特殊的方法才能分離,自上個世紀以來無數科學家都在研究分離方法。
這些方法非常復雜,通常需要添加一種或多種材料,并且需要很多步驟,非常耗時且成本高昂。
這很正常,畢竟是“新材料之王”,哪有那么容易得到的?因此,研究人員普遍認為,需要復雜的方法。
無一例外,這些分離石墨烯的努力全部失敗了,直到2004年,海姆偶然看到自己的學生用膠帶粘在石墨表面,他突然有了一個想法:能不能直接用膠帶把石墨烯分離出來?
受此啟發,海姆和諾沃肖洛夫合作,先將膠帶貼在石墨表面,這樣就貼上了大量的石墨層,然后他們將膠帶對折,重新貼上去,再拉開,石墨層數就變得太薄了。
這個過程重復多次,石墨層越來越薄,直到最后得到厚度只有一個碳原子的石墨,這就是石墨烯,首次成功分離出石墨烯。
無數科學家嘗試了無數復雜的方法都沒能分離出石墨烯,最后只能用膠帶把它粘下來,這種簡單粗暴的工藝,成為了科學界的一個傳奇。
石墨烯的成功分離也證明一個理念,那就是科學研究不一定要復雜,也可以簡單,高端的科研成果可能只需要最簡單的研究方法。
海姆和諾沃肖洛夫
在海姆和諾沃肖洛夫獲獎13年后,科學界再次發生了類似的事件,而這一次網校頭條,比石墨烯更大、更爆炸性。
近日,韓國一支團隊發表論文聲稱,他們成功制備出一種名為“LK-99”的室溫超導材料,所謂室溫超導材料,就是能夠實現零電阻、抗磁性的材料。
這篇論文一經發表,瞬間震驚了全球超導研究界,全球各地的實驗室開始加班加點,嘗試按照論文中的數據和方法復現實驗。
甚至有人直接在直播中復現了該實驗,截至目前,直播間已經關閉,看來復現并沒有成功。
當然,我國也有很多團隊試圖復現該實驗,7月31日,北航研究團隊宣布,按照論文中的方法準備材料后,未能復現韓國團隊的實驗結果。
同一天,美國國家實驗室的研究人員也發表論文,聲稱經過大量計算,韓國團隊發現的新材料在理論上是可行的。
現在事情變得有趣了。實驗未能重現,但計算表明理論上是可行的。
超導是否真實,理論計算結果是否準確,只能通過不斷進行實驗來驗證。
而讓這場超導爭議走向高潮的,是B站UP主“關山口男技師”8月1日發布的LK-99驗證視頻。
在這段驗證視頻中,華中科技大學材料科學與工程學院博士后吳浩、博士生楊莉在常海欣教授的指導下,首次成功驗證了可磁懸浮的LK-99晶體的合成。
據UP介紹,他們這次合成的懸浮晶體,懸浮角比韓國團隊演示的更大,初步驗證了邁斯納效應,但由于這次合成的晶體數量較少,他們還要多燒幾批樣品出來測試一下抗性。
另外,就在今天上午,東南大學物理學院超導研究團隊孫悅教授在B站發布了最新成果:
LK99在常壓下成功觀察到110K(-163℃)以下的零電阻!
孫教授說:
這或許是超導的證據,但是否是超導還需要進一步的實驗證實。
值得強調的是,這項研究并不意味著證實或發現室溫超導性。
但這并不影響它的價值和意義,正如華南理工大學席志熙教授在知乎上的評論:
非常震撼,比前兩天華中科技大學的結果更震撼,遠遠超出預期!
因此這項研究也引發了眾多關注,截至發稿時,閱讀量已超過251萬次。
如果真的實現了室溫超導,毫不夸張地說,人類即將進入一個革命性的新時代!
第一次革命是室溫可控核聚變,可控核聚變之所以如此困難,是因為反應堆運行時,其內部溫度可達數億攝氏度,普通材料根本無法承受,只能用電來實現,產生的磁場是受限的。
問題是,當電能產生磁場時,由于電阻的存在,大部分電能都轉化成熱能而被消耗掉,導致今天的核聚變無法解決輸入超過輸出的問題,因而并不實用。
所以核聚變的一大瓶頸就是電阻,而要降低電阻,最好的辦法就是實現超導,過去超導只能在低溫下實現,全世界共同努力建成的國際熱核聚變反應堆(ITER)就采用了超低溫超導技術,但因為需要復雜的液氦冷卻系統,工藝復雜,成本高昂,已經耗費1000多億元,至今還未完工。
如果實現室溫超導,就不再需要制冷設備,受控核聚變的難度立刻降低90%以上,核聚變發電商業化也就不遠了,到時候電費最便宜。
發電問題解決了,輸電問題也可以用超導來解決,過去三峽大壩發了10億千瓦時的電,但經過長距離輸電網輸送后損耗能達到三分之一,所以只能通過超高壓輸電網高中物理低溫超導,可以減少損耗,但投資巨大。
采用室溫超導材料,電阻無限接近于零,傳輸電流不會有任何損耗,還能幾何級地減少傳輸損耗,進一步降低用電成本,當電能極其便宜的時候,將給人類帶來莫大的福祉。
用電力來淡化海水,意味著淡水資源取之不盡,沙漠直接變成森林;
可以利用移動光源照亮溫室大棚,進行立體種植,這意味著人類將有吃不完的糧食和蔬菜;
利用電能可以將二氧化碳合成淀粉,如果用來喂養牲畜,就意味著人類將有吃不完的肉。
城市里的霓虹燈永不熄滅,永遠是一片絢爛的星海;
在交通運輸領域,高鐵將實現磁浮,不但票價便宜,而且運行速度更快,一個小時可以行駛數千公里。
在醫療行業,醫院常見的MRI(磁共振成像)技術將因超導技術的實現而迅速變得更便宜,讓每個人都能用得起;
就連我們的電動車,也因為使用了超導材料,充一次電就能跑2000公里。當然,我更愿意相信,有了室溫超導,我們很可能就不需要電動車了。還有更先進的交通工具;
很多行業都會因為室溫超導而發生革命,我們無法一一列舉??傊?,如果室溫超導是真的,我們想象中的未來世界似乎并不遙遠。
因為這件事情太嚴重了,所以我看到這個新聞之后的第一個反應就是,這是不是又一起學術造假事件。
之所以要再說一遍,是因為很多人對“迪亞斯事件”印象很深,今年3月,美國羅切斯特大學迪亞斯教授發表論文,聲稱自己成功發現了室溫超導材料,立刻引起了全世界的關注,世界輿論為之震驚。
但很快,騙局就被揭穿了。由于迪亞斯的實驗過于復雜,沒有一個科研團隊能夠復制它。在科學研究中,可復制性是真實性的關鍵。
無法復制的實驗99%可能是假的。
迪亞茲本人
隨后,迪亞茲本人也被曝出有犯罪前科,2017年他還卷入了一起大新聞,哈佛大學伊薩克教授聲稱自己成功制備了金屬氫。
一旦實現金屬氫,可控核聚變90%的實際問題將得到解決,從而帶來第四次工業革命,因此被譽為“物理學的圣杯”。
但很快,當世界各地的參觀者都想去哈佛大學實驗室一睹金屬氫的真面目時,艾薩克教授卻聲稱,由于操作不當,“金屬氫消失了”,和“扇貝消失了”有著異曲同工之妙。
迪亞斯當時是艾薩克教授團隊的成員,參與了整個過程。
所以當韓國的“LK-99”室溫超導材料公布時,外界的第一反應普遍是——這不會是另一個迪亞斯吧。
不過“LK-99”和迪亞斯最大的區別就在于,它非常簡單。
迪亞斯提到的室溫超導材料難以復現的一個重要原因就是他設計的實驗太復雜了,越復雜他越能推卸責任,你復現不了,那是你水平不夠,怪我吧。
LK-99的制備幾乎不難,這里就不說專業術語了,大家可以簡單粗暴的理解就是只要把鉛、磷等材料按照一定的比例混合,然后放進高壓鍋里煮幾秒鐘,就能得到鉛磷灰石,也就是LK-99。
整個過程簡單到連高中生都能完成,復現難度為零,也難怪會有人指責,此時全球已經有無數團體在進行實驗,能不能復現也很快就會知曉高中物理低溫超導,這大大增加了實驗的可信度。
從上限角度來說,如果LK-99真的是常壓室溫超導材料,那將是人類歷史上最搞笑的事情。
因為在這樣的條件下用高壓鍋做飯,一百年前是沒有問題的。也就是說,我們一百年前就應該實現室溫超導,一百年前就應該開啟第三次工業革命。一百年來,世界走了那么多彎路,投入了無數的資源,用了無數艱難的方法,而這些全都是不必要的。
這將再一次證明,高端的科研成果只需要最簡單的研究方法。
從下限來看,如果LK-99在常壓下不是一種室溫超導材料,那么按照各方的解讀,它也很有可能是一種很好的反磁性材料,理論上有很廣泛的應用前景,比如磁懸浮等,而且按照LK-99這種簡單的制備方法,未來可以生產出更多更好的反磁性材料。
無論是上限,還是下限,目前的信息實在太混亂,只能拭目以待了。
如果這是上限的話,很多人都會感到意外,這個成就是韓國取得的,其實也沒什么好意外的,韓國這些年在科研上投入了真金白銀。
與我們的想象相反,一些發達國家在科研方面的投入并沒有傳說的那么高。
例如英國,科研投入占GDP常年不足2%,多數發達國家不超過3%,而韓國則超過4%,在發達國家中名列前茅。
在科研方面,韓國同樣存在“三星問題”,其科研投入51%來自三星,形成高度依賴,例如LK-99研究團隊的部分成員就來自三星旗下的高麗大學。
拋開依賴性問題,這樣的投入不可能沒有成果,以2021年“自然指數”為例,雖然韓國與中國、美國差距很大,得分只有1560.62,但在全球排名第七也不算低。
《自然》雜志編制發布的“自然指數”是衡量科研質量的重要指標,位列世界第7位絕非浪得虛名。
比起投入,科研的耐心更值得我們思考,本次研究的三位主要成員金智勛、李石培、權永完均已從事相關研究二十余年。
需要二十多年的潛心研究才能有成果,但到最后,可能真的不算是成果,這也是科學研究的一個縮影,絕大多數科研人員一生投入了無數的努力,卻沒有發現什么有價值的規律或者材料,只是積累了一些數據而已。
后來者不斷積累數據,量變逐漸走向質變,連牛頓都說自己是站在巨人的肩膀上,而這個巨人就是無數無名前輩積累的數據。
我們可以舉一個場景來描述科研的本質,假設你是一名科研人員,需要發明一種新材料,發明的組合可能有上萬種,你不知道哪一種才是對的。
唯一的辦法就是把這一萬條路都走一遍,有明確方向的情況下還是這樣,大部分科研活動都是沒有方向的,你可能走了十萬次才發現都是彎路。
有時你會非常幸運,一次嘗試就能通過關卡,但這種情況極其罕見。大多數人一輩子都無法取得任何成就。
如果你指望今天投資一萬億,明天弄一臺EUV光刻機,后天發現一個開創性的物理定律,然后拿個諾貝爾獎,那你很有可能會失敗。畢竟科研是一個不能設定KPI的活動。這就是科研的規律。
不能急躁,不能著急,不能功利,一定要冷靜,任何違背科研規律的行為,最終都會受到法律的制裁。
—結束—
?本文精選自路克文工作室(),卓見網經授權發布,部分內容來自量子比特、差評。
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