室溫常壓超導的曙光:跨越東西的世紀接力!考古式科研有搞頭嗎?
最近的室溫超導鬧得沸沸揚揚,隨著內(nèi)情的曝光,不少人直呼可以拍一部韓劇了。既有繼承導師遺志又有團隊內(nèi)訌搶發(fā),外界質(zhì)疑不斷的同時又爭相復現(xiàn),復現(xiàn)的過程也是曲折萬分,這戲里戲外都是跌宕起伏。要是編劇再給安排一個女主角,來點狗血愛情,那妥妥的就是韓劇劇本原型。當然,這一切還得看最終的結(jié)果是好是壞,成了那就是民族英雄,沒成,那就是丟臉丟到國際,被罵成韓國科學騙子黃禹錫的翻版。從26號至今,我一直密切關(guān)注此事,該團隊一直處于薛定諤之貓的狀態(tài),處于世界之光和韓國之恥的量子疊加狀態(tài)。
本視頻不談技術(shù),因為我不懂技術(shù)。聊聊本事件的關(guān)鍵人物,崔東植,也就是團隊的已故導師,和他的理論來源。崔的遺訓是“繼續(xù)研究,在形成完美理論之前,不要對外公布”。這說明崔東植對他信奉的那套理論有著相當?shù)淖孕?。崔?993年就提出了ISB理論來代替BCS理論。這套理論的來源是一對師徒,蘇聯(lián)的博戈柳波夫和波蘭的加拉謝維奇。崔能堅持這個方向二十多年,說明他認準了這個理論是正確的,之所以讓徒弟不要提前公布,應該是出于學術(shù)的嚴謹。所以,我們應該認真分析崔東植的理論源頭的科學價值。如果崔的理論導師是個靠譜人物,那么我們也應該對該團隊給出的方向多一點信任。
我們先來看一篇中國1988年的論文,《在金屬氧化物超導材料中可能存在液氮溫區(qū)超導相和室溫區(qū)超導相》,這篇論文和目前的復現(xiàn)結(jié)果相似度較高,材料都是銅氧化物,在室溫區(qū)電阻突然下降,和華科的結(jié)果有相似。同時有液氮溫區(qū)超導和室溫區(qū)電阻驟降,和東南大學結(jié)果有相似。所以這篇論文可能預言了今天的情況。到底預言的準確度到了多少,就交給技術(shù)大佬來回答。
我們再來看崔東植的理論源頭。先回顧下本事件。這項研究整體上是斷斷續(xù)續(xù)的,李石培和金智勛兩人的研究可能不到十年,中途他們轉(zhuǎn)去研究電池材料了。2017年,崔東植教授去世,遺訓要求他們繼續(xù)研究。李金二人籌集了資金,資方派出了權(quán)永完加入團隊。2020年,團隊認為LK99有戲,找了美籍韓裔超導科學家威廉瑪麗大學的金賢卓(HyunTak)背書。2022年8月李和金兩人申請了以兩人名字首字母和發(fā)明時間命名的LK99的專利。資方指派的權(quán)永完怕被金賢卓搶了第三作者才搶發(fā)。團隊在1999年就研發(fā)出了這個材料,但是當時還沒有研究透徹原理,所以一直沒有對外公布。此次搶發(fā)造成了不成熟的數(shù)據(jù)和理論提前公布,招致了大量的質(zhì)疑。但是從另一個層面看,能讓更多人一起幫著研究,也能加快這個方向的研究進度,即使是證偽的進度。當然,如果他們提前買好了股票的話,那么這一切就有可能是在排練韓劇,但這種可能性極低。
究竟是什么理論讓崔東植這么堅守呢?他提出的ISB理論是什么呢?知乎的這兩篇文章挖掘了崔東植的理論源頭。在1993年的崔東植采訪中,崔提到了,“在BCS理論出現(xiàn)的20世紀50年代,包括蘇聯(lián)在內(nèi)的東歐出現(xiàn)了一種更廣泛地解釋超導現(xiàn)象的理論”、“當時的冷戰(zhàn)扭曲了學習的方向”、“超導研究人員知道?BCS?理論并不能解釋高溫下的超導性。因此,許多學者對高溫超導體的研究不考慮?BCS?。然而,隨著各地高溫超導體的發(fā)展,美國和日本已經(jīng)準備了一個參考框架,只選擇滿足它的參考系,這是一個問題?!边@幾句話是為蘇聯(lián)體系下的超導理論打抱不平,說是冷戰(zhàn)的原因,學界并不重視前蘇聯(lián)學者的更廣泛的那種理論。他最后一段話挺有意思,大意是說目前的主流理論認為超導體必須具備邁斯納效應,這阻礙了超導體研究。超導體可能能夠根據(jù)不同應用場景的需要來制造對應的特性?!霸谳d流導線中使用超導體,需要有很高的臨界電流和臨界溫度,沒有必要增加臨界磁場。當超導體用于超級計算機時,這意味著只需要非常微弱的電池,所以你根本不用擔心臨界電流。”。這點好像和目前的情況有所對應,華科目前測試到較高抗磁性但是還沒有測試零電阻。東南大學測試到了零下163度的零電阻但是沒有測出邁斯納效應。也就是說,崔可以不用追求完美超導體,而目前的復現(xiàn)結(jié)果也并沒有實現(xiàn)完美超導體,但是原論文給出的結(jié)論是實現(xiàn)了室溫常壓超導。
這篇介紹BCS理論背景和博戈柳波夫的文章提到,金茨堡和朗道提出了超導現(xiàn)象學理論,博戈柳波夫和巴爾丁、庫珀和施里弗三人都沿著這個理論進行了研究。美國的這三人首字母聯(lián)合命名了BCS理論,大概就是庫珀配對的理論。那么博戈柳波夫的理論是什么呢?我們先來看看博戈柳波夫的生平,可以看到得了非常多的獎,妥妥的大牛。在這篇慶祝他的誕辰的文章中,評價他是俄羅斯最偉大的數(shù)學家和理論物理學家、幾種科學流派的創(chuàng)始人。在?50?年代的十年中,尼古拉·尼古拉耶維奇在大約十幾個方向工作,寫了大約?50?部作品和?5?部專著。結(jié)尾更是用了一句“我來,我見,我征服”來形容他的一生。
根據(jù)這篇知乎回答的總結(jié),博戈柳波夫理論核心就是1959年提出的集體震蕩理論及其在超導態(tài)電動力學中的應用。具體情況如圖。崔東植在1993年采訪中提到:"但最近我再看這本書時,來自波蘭的加拉謝維奇已經(jīng)用了它?!贝拚J為加拉謝維奇在1970年就得出了與他相似的結(jié)論。1960年,加拉謝維奇發(fā)現(xiàn)集體振蕩的頻譜可分為兩個分支;1970年,加拉謝維奇將集體振蕩的內(nèi)容寫入自己的這本著作;1991年,蘇聯(lián)崩潰;1992年,博戈柳博夫去世;1993年,崔東植提出類似的集體振蕩的概念,提出ISB理論,并希望聯(lián)系到博戈柳博夫和加拉謝維奇師徒二人;2016年,加拉謝維奇去世;2017年,崔東植去世。可以看到這個時間點有種宿命感。博在蘇聯(lián)崩潰后的一年去世,崔在博去世后的一年提出了相似的理論,加和崔的去世也是隔了一年。崔的采訪的那些話,似乎是在說自己只是碰巧和前人的理論撞車了。按理說,博戈柳波夫應該是這個領域的大牛,撞車說法應該不太可信。但是,是撞車還是傳承,這都無關(guān)緊要,重要的是該理論是否正確。
博戈柳波夫的理論水平如何呢?上面那篇回憶文章提到了博戈柳博夫和朗道的關(guān)系,也提到了博戈柳波夫在超導領域的貢獻。文中說博戈柳波夫與超導理論發(fā)展聯(lián)系起來的觸發(fā)因素是美國物理學家萊昂·庫珀于?1956?年在一本期刊上發(fā)表的一篇簡短說明。他立即看到了他在創(chuàng)建超流體理論時發(fā)現(xiàn)的玻色子類型的成對相關(guān)現(xiàn)象的類比。當他完成這項研究并開始在研討會上展示其結(jié)果時,人們知道西方出現(xiàn)了巴丁、庫珀和施里弗作品的厚厚預印本。朗道很快就欣賞了博戈柳博夫的工作。甚至宣布了超導理論的聯(lián)合研討會。在博戈柳波夫報告后的第一次會議上,陶氏說:“博戈柳波夫,我不知道巴爾丁等人的作品在那里包含什么,但我認為他們沒有如此美麗和令人信服的結(jié)果。”這表明,達維多維奇認為博戈柳博夫是一位主要的理論物理學家。盡管如此,朗道—博戈柳波夫研討會并沒有持續(xù)很長時間,并在《物理評論》雜志出現(xiàn)并發(fā)表上述美國作者的文章后停止??杀氖?,在朗道超導學派代表的出版物中,博戈柳博夫的作品很少被提及,超導的微觀理論被稱為“巴丁-庫珀-施里弗理論”,而“超流體理論”一詞僅與朗道的名字有關(guān)。
此文是機翻所以顯得很奇怪,建議來個俄語大牛翻譯一下。此處描寫可能和崔在前文的觀點暗合,即冷戰(zhàn)因素在一定程度上壓制了蘇聯(lián)科學家的科研成果。博戈柳波夫的理論在超導領域的應用如圖所示?!皫扃陮Φ某鲃有圆a(chǎn)生超導電流。超導的性質(zhì)可以解釋為金屬中電子系統(tǒng)的超流動性特性?!标P(guān)鍵詞是“自發(fā)對稱性破壞和超流體理論”這些東西我也不懂,交給專業(yè)人士去研究。崔的理論中似乎有一個觀點與此類似,就是他提到的液體的比喻和波的觀點。具體的如圖所示,機翻太糟糕了,需要懂韓語的翻譯一下。
崔對集體振蕩概念的解釋是:“超導現(xiàn)象發(fā)生時,熵必須降低。然而,即使降低溫度,電子的熵減少得不多。方法是限制位置和動量以及運動方式的均勻性,最理想的方式是讓電子像軍隊一樣均勻運動。換句話說,將它們限制在狹小的空間中,并只讓它們在原地振動。這個概念就是‘集體振蕩’。起初,我以為集體振蕩是我最初確立的概念,但最近重新查閱書籍后發(fā)現(xiàn)波蘭的加拉謝維奇早已使用了這個概念?!?/p>
“當電子進行集體振動時,如果從外部注入電子,它們會一格一格地移動,但此時它們并不是粒子,而是以波動形式進行隧道效應。也就是說,當溫度很低、位置受限、質(zhì)量非常小時,電子具有波動性質(zhì)。BCS理論將電子的運動視為粒子,而我將其視為波動。這是一個量子力學的觀點。”
在座的如果有懂博戈柳波夫和崔東植的理論的人,可以判斷一下二者的理論是否相似。
如果一致認為二者理論的相似度較高,那么我們對崔東植教授的話應該多一分信任。畢竟他的理論來源是那位蘇聯(lián)科研頂流。如果那篇回憶文說的沒錯的話,那么這可是朗道都欣賞的理論。而且,文中的可悲一詞似乎暗示了,博戈柳波夫和BCS三人幾乎同時發(fā)現(xiàn)了超導微觀理論,只是BCS早一步發(fā)表出來。而且超流體理論似乎也被朗道抄襲挪用。這個暗示不知道我說的是否準確,還是等懂俄語的人翻譯完這篇文章再來判斷。但是奇怪的是,博的微觀超導理論應該和BCS不一樣吧?崔就是繼承的博的理論,崔認為現(xiàn)有的BCS理論是有缺陷的,而且阻礙了當前的超導研究。我有幾個問題,崔的方法是不是用內(nèi)應力代替外部的高溫高壓?如果是,那么這種方法和他自己的理論,和博戈柳波夫的理論有相關(guān)性嗎?如果有相關(guān)性,那么我們是不是應該對崔的理念多一分重視?畢竟,就算不給玉米棒子面子,也應該給鐮刀錘子面子。
目前,基于現(xiàn)有的復現(xiàn)結(jié)果,有部分網(wǎng)友提出了一維超導體或者第三類超導體的猜想。希望之后能夠壓榨出更多LK99的科研價值。
好了,至此,崔東植和博戈柳波夫的理論我都介紹完了,如果一切屬實。那么我們先拋開技術(shù)細節(jié),判斷一下博和崔二人的理論是否可行。可是他們二人的理論估計太過寬泛,所以可能最后還是得靠這次的實踐來見真章。
結(jié)尾閑聊,這次的超導事件暴露了不少問題。第一個就是我們科學界有些大咖對有些問題的判斷太過武斷。當然這并不怪他們,他們從自身專業(yè)出發(fā)判斷該團隊的論文粗糙,這完全沒問題,有助于讓大眾清醒,比如聞?;⒑蛷堊恿?。但是除此之外,還應該對該成果的科研理念和思路進行追問和判斷,而不是局限與論文數(shù)據(jù)。聞教授好歹還安排了一個同學進行復現(xiàn),張子立可能還是保持他一眼假的態(tài)度沒有復現(xiàn)。對待新的科研思路,應該抱著找價值的心態(tài)而不是找錯誤的態(tài)度,應該是無罪推定而不是有罪推定。有人說,錯誤的思路和方向可能危害很大,比如那個阿爾茲海默癥開山論文造假事件。但是,這次不同于那種情況,我們完全有時間來驗證這個思路的可行性,那為什么不嘗試去用實踐來驗證方向呢?不都說證真容易證偽難嗎?
第二個問題是媒體的不專業(yè),8月1號傳出了好消息后,各平臺都出現(xiàn)了媒體的錯誤描述,說什么常溫超導復現(xiàn)成功。到了8月3號,又有媒體下定論說超導鬧劇終!歪曲人家韓國超導低溫學會的態(tài)度。我的建議是大家不要兩極管,抱著打臉對方的態(tài)度去期待最終結(jié)果的真假。而是應該抱著挖掘該材料的潛力,榨干它的價值的態(tài)度,去接受該材料最終取得的成功和失敗。最好還應該往上追溯探討崔和博兩人的科研思路的價值。美國超導,3號迎來大跌,回吐了之前的漲幅。跟風炒股的人和瞎起哄的媒體本質(zhì)都是一樣的,都是想投機謀利,而不是真正為科研為人類的進步與否共鳴。
這里要夸一夸所有關(guān)注此事件的科研工作者和普通人。廣大關(guān)心人類前途命運的圍觀者,你們的關(guān)注對本次超導實踐大規(guī)模鋪開有促進作用。外網(wǎng)甚至出現(xiàn)了反思怪,說超導能上B站等平臺熱搜第一但是美國熱搜第一是娛樂新聞。這也多虧了何教授和關(guān)山口男子技師。記得有人說關(guān)山口男子技術(shù)最初在知乎說過點贊過一百就復現(xiàn)(后刪了這句),最后也是點贊達成促成了這次的復現(xiàn),也促成了B站的熱搜第一。B站作為最大的學習平臺,B友和知乎用戶的熱情確實對這次的超導實踐有很大推動作用。大家也不用嘲諷部分B友們的過度熱情,比如有人會批評半場開香檳的那些見證歷史的彈幕,這其實是大家表達興奮的慶賀,為取得了較小成果而感到鼓舞。大家也不用批評B站成了科研成果的首發(fā)平臺,擔心把并不成熟的成果發(fā)出來。其實也就這次這么重大且成果共享的科研探討能夠得到這么大的反響。這次其實是一個很好的案例,科研工作者和圍觀群眾相互促進相互討論,科學知識被快速普及,科研者之間打破學術(shù)黑暗森林,放下警戒和架子,打破壁壘相互交流,提高科研效率和速度。科研者還能收獲一些除了科研成果以外的東西,成就感也分享出去了,一個人的快樂只有一點,一群人的快樂就會很多。相信在這次的科研盛宴推動下,LK99的研究進度會大大提高,希望我們所有人都能平靜地接受最后的失敗或成功。大家的熱情背后,凸顯的是一部分人對打破現(xiàn)有利益分配秩序的渴望,另一部分人對全人類享受科技進步的祈求。前者無可厚非,后者,眼里有星辰大海。