超導(dǎo)的時(shí)代，時(shí)代的超導(dǎo)
——《超導(dǎo)小時(shí)代》書評(píng)

姬 揚(yáng)

(中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所 100083)

超導(dǎo)就是超導(dǎo)電性，指的是一些材料在低溫下表現(xiàn)出來(lái)非常特殊的性質(zhì)：它們傳輸電流的時(shí)候沒(méi)有任何阻力，既不會(huì)發(fā)熱，也就不會(huì)浪費(fèi)能量。超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)于一百多年前，包含了豐富的物理內(nèi)容，具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，吸引了許多科學(xué)家和工程師的關(guān)注。近年來(lái)，許多有關(guān)的應(yīng)用逐漸進(jìn)入公眾的視野，越來(lái)越多的人開始關(guān)心超導(dǎo)。

《超導(dǎo)小時(shí)代》是一本關(guān)于超導(dǎo)的科普書，作者是中國(guó)科學(xué)院物理研究所的羅會(huì)仟老師。正如副標(biāo)題《超導(dǎo)的前世、今生和未來(lái)》所示，全面地介紹了超導(dǎo)的歷史和現(xiàn)狀，并對(duì)未來(lái)做了一些展望。

我跟會(huì)仟是老朋友了，因?yàn)槲覀兗仁歉阄锢硌芯康拇笸?，也是?duì)科普感興趣并做了些相關(guān)工作的愛(ài)好者，而且都是《現(xiàn)代物理知識(shí)》雜志的編委。這幾天，我把這本書又讀了一遍，有了更多的收獲。《超導(dǎo)小時(shí)代》是一本剛剛出版的新書，為什么要說(shuō)“又讀了一遍”呢？因?yàn)槲椅辶昵熬驮凇段锢怼冯s志上、在他的博客里讀過(guò)這里的大部分內(nèi)容。那時(shí)候，他差不多每個(gè)月都會(huì)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(shí)、發(fā)展歷程和前沿進(jìn)展。當(dāng)時(shí)他應(yīng)該就有將來(lái)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，但是保持了以前的特色(比如說(shuō)，全書一個(gè)公式也沒(méi)有，很有科普書籍的樣子，但是又有很多參考文獻(xiàn)，這是科學(xué)論文的范兒)，增加了一些內(nèi)容(具體增加了哪些，我也沒(méi)有考證，但可以肯定的是，圖片增加了很多，好些還是重新繪制的)。

羅會(huì)仟老師是研究超導(dǎo)物理的專家，從事相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和工作差不多有二十年了。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(gè)階段，為超導(dǎo)著迷(大學(xué))、與超導(dǎo)結(jié)緣(讀研)、和超導(dǎo)相戀(工作)，他也幸運(yùn)地趕上了鐵基超導(dǎo)的研究熱潮，十幾年來(lái)發(fā)表了上百篇高水平的研究論文。他對(duì)超導(dǎo)的感情很深，《后記》里說(shuō)這本書的構(gòu)思開始于2009 年，動(dòng)筆于2015 年，用了三年時(shí)間完成初稿，又用了三年才修改完畢，以書的形式和大家見面。

以前的中學(xué)物理對(duì)超導(dǎo)的介紹是一帶而過(guò)，只提到它沒(méi)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(huì)提及一些應(yīng)用，科普文章里會(huì)講到超導(dǎo)得過(guò)好幾次諾貝爾獎(jiǎng)，但是講得都很零散。本書的第一章“啟蒙時(shí)代”從遠(yuǎn)古的神話講到科學(xué)的萌芽，從中國(guó)和古希臘對(duì)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，可以讓你大致了解與超導(dǎo)有關(guān)的科學(xué)歷史(超導(dǎo)的“前生”)。第二章“金石時(shí)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(gè)成功的唯象理論講到諸多失敗的理論嘗試(參與者不乏愛(ài)因斯坦、玻爾、海森堡和費(fèi)曼這樣的大科學(xué)家)，最后迎來(lái)了巴丁、庫(kù)珀和施隸弗的成功理論(BCS超導(dǎo)微觀理論)。這兩章的內(nèi)容寫得都很通俗易懂，感興趣的中學(xué)生也可以理解，但有些細(xì)節(jié)即使我也是第一次知道，比如說(shuō)，愛(ài)因斯坦、埃倫弗斯特、朗之萬(wàn)和外斯等著名物理學(xué)家和昂尼斯的交往很是密切，有一張照片顯示他們一起在昂尼斯的家里討論問(wèn)題，小黑板上似乎還寫著量子力學(xué)的公式。

我比會(huì)仟虛長(zhǎng)幾歲，也跟超導(dǎo)有些瓜葛。我參加過(guò)1987年的全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽，有一道題現(xiàn)在我還記得：

“近年來(lái)，人們制成了高轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)材料，其中一種成分上釔、鋇、(___)、(___)四種元素，據(jù)報(bào)道，我國(guó)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(shuō)高溫超導(dǎo)，中國(guó)科學(xué)家在超導(dǎo)研究的舞臺(tái)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(shí)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(包括艱苦的探索和輕松的獲獎(jiǎng)，“成如容易卻艱辛”)，還講了競(jìng)爭(zhēng)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，以及趙忠賢老師在美國(guó)物理年會(huì)上做大會(huì)報(bào)告后回家騎三輪車?yán)涓C煤的照片。這些內(nèi)容，以及第三章“青木時(shí)代”里介紹的各種奇形怪狀的超導(dǎo)材料和千奇百怪的物理性質(zhì)，我多少都知道一些，因?yàn)槲遗銮稍诳拼笪锢硐档蜏匚锢韺I(yè)學(xué)習(xí)過(guò)一年。我覺(jué)得，任何感興趣的大學(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(還有一些我現(xiàn)在也不大看得懂的部分)。

我自己不研究超導(dǎo)，但是2008年鐵基超導(dǎo)研究的熱潮，當(dāng)時(shí)我就感受到了。我的一些同事和朋友從事相關(guān)方面的研究，我也在會(huì)議上聽到過(guò)許多故事，當(dāng)然，羅會(huì)仟老師有親身經(jīng)歷，他在第五章“白鐵時(shí)代”講的要全面得多，從中可以看到很多新知識(shí)，看到我國(guó)許多科學(xué)家做出的貢獻(xiàn)，當(dāng)然我們也會(huì)問(wèn)，我國(guó)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)野秀雄呢？另外，我要警告讀者，這一章有些過(guò)于前沿，一些圖片似乎取自學(xué)術(shù)文章(也許是綜述性的學(xué)術(shù)文章)，當(dāng)你遇到看不懂的部分，可以考慮像我那樣直接跳過(guò)去算了。

從1911年昂尼斯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象開始，超導(dǎo)研究已經(jīng)有100 多年了，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)都頒發(fā)過(guò)5 次了，但是超導(dǎo)研究依然長(zhǎng)盛不衰，室溫超導(dǎo)的夢(mèng)想仍然沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。最后一章“云夢(mèng)時(shí)代”介紹了當(dāng)前研究的最新進(jìn)展，包括“壓力對(duì)超導(dǎo)的調(diào)控”(2020年在學(xué)術(shù)期刊Nature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，但是因?yàn)殛P(guān)鍵數(shù)據(jù)的處理和分析的有效性受到懷疑，這篇文章在2022 年9 月被Nature雜志撤稿了)，超導(dǎo)的研究仍然大有可為！

上面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(shuō)，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(wú)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))，更多的理論(這個(gè)我就不介紹了)，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(gè)很多也很有趣，就不劇透了)。

總之，《超導(dǎo)小時(shí)代》是一本很有趣的關(guān)于超導(dǎo)的科普書，任何關(guān)心超導(dǎo)的人，都可以看一看。無(wú)論中學(xué)生還是大學(xué)生，無(wú)論是專業(yè)人士還是普通讀者，都可以有所收獲，而且每個(gè)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，也許收獲還更大呢——因?yàn)檫@里的一些內(nèi)容簡(jiǎn)直就是來(lái)自科學(xué)前沿的現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道！

(本文曾于2022 年3 月發(fā)表在科學(xué)新媒體“返樸”(微信ID：fanpu2019)上。)

圖1 《超導(dǎo)“小時(shí)代”：超導(dǎo)的前世、今生和未來(lái)》(羅會(huì)仟著，清華大學(xué)出版社，2022)