袁嵐峰：韓科學(xué)家的“室溫超導(dǎo)”不靠譜

袁嵐峰

關(guān)于最近韓國(guó)科學(xué)家宣稱(chēng)的室溫常壓超導(dǎo)，我最基本的結(jié)論是，這些韓國(guó)科學(xué)家的數(shù)據(jù)不足以支撐自己的宣稱(chēng)，實(shí)際上沒(méi)有任何零電阻的證據(jù)，他們錯(cuò)把一個(gè)沒(méi)有超導(dǎo)的材料當(dāng)成了超導(dǎo)。

（一）韓國(guó)科學(xué)家聲稱(chēng)實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)？不靠譜

其實(shí)，熟悉科學(xué)界運(yùn)行機(jī)制的人都知道，過(guò)度夸張的宣稱(chēng)是常有的事，所以我對(duì)這事的初始相信程度就很低。用貝葉斯統(tǒng)計(jì)（Bayes statistics）的語(yǔ)言說(shuō)，這事為真的先驗(yàn)概率就很低。但畢竟室溫超導(dǎo)是關(guān)系全人類(lèi)命運(yùn)的重大課題，所以我還是認(rèn)真去做了一些調(diào)研。令人哭笑不得的是，調(diào)研的結(jié)果是我對(duì)它的相信程度更低了，后驗(yàn)概率幾乎降到了0。這群韓國(guó)科學(xué)家對(duì)超導(dǎo)似乎是徹頭徹尾的外行，他們的專(zhuān)業(yè)程度甚至還不如Dias。

首先，Dias好歹是在《自然》上通過(guò)評(píng)審正式發(fā)了篇論文，事前還在美國(guó)物理學(xué)會(huì)3月會(huì)議上作了個(gè)正式的學(xué)術(shù)報(bào)告，而這群韓國(guó)科學(xué)家呢？他們只是在學(xué)術(shù)預(yù)印本平臺(tái)arXiv上傳了一篇文章，預(yù)印本的意思就是沒(méi)有經(jīng)過(guò)同行審稿的，只是他們自說(shuō)自話，這可信度就完全不可同日而語(yǔ)了。

當(dāng)然，在正式發(fā)表之前先發(fā)個(gè)預(yù)印本也很正常。但他們這篇預(yù)印本文章的標(biāo)題直接就叫作《第一個(gè)室溫常壓超導(dǎo)體》（The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor）！再來(lái)看論文摘要第一句：“全世界第一次，我們成功地合成了室溫常壓超導(dǎo)體……”

學(xué)術(shù)界之外的人可能不知道這種表述方式有什么問(wèn)題，但學(xué)術(shù)界之內(nèi)的人都知道這是十分可笑的，因?yàn)樗苯颖憩F(xiàn)出這些人追求的是名利，而不是科學(xué)真理。如果是真正的科學(xué)家做出了一個(gè)真正重大的成果，他們的表述會(huì)盡量客觀、盡量克制，有一分證據(jù)說(shuō)一分話，擔(dān)心說(shuō)過(guò)頭造成反效果。例如他們會(huì)多用被動(dòng)語(yǔ)態(tài)，多說(shuō)“什么實(shí)驗(yàn)證明了什么”，而不是說(shuō)“我自己發(fā)現(xiàn)了什么，我是天下第一”。所以從這群韓國(guó)科學(xué)家的標(biāo)題和第一句話，就讓我感覺(jué)他們的名利心簡(jiǎn)直是躍然紙上，顯得十分民科。

再往下看，我又看到一個(gè)大雷，這個(gè)大雷可能是一般科技媒體記者很少了解的。他們宣稱(chēng)自己的結(jié)論有多種實(shí)驗(yàn)測(cè)量的支持，然后他們就堂而皇之給出了一番理論解釋?zhuān)f(shuō)這種超導(dǎo)來(lái)自Cu2+離子取代Pb2+離子導(dǎo)致的體積收縮，而不是來(lái)自外界因素如溫度和壓強(qiáng)。

外行可能會(huì)覺(jué)得，給出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之后再給個(gè)理論解釋?zhuān)皇呛苷?？但?shí)際上，對(duì)室溫常壓超導(dǎo)來(lái)說(shuō)這就很不正常。請(qǐng)注意，韓國(guó)人做的是室溫而且常壓的超導(dǎo)，這比Dias的室溫超導(dǎo)還要夸張，他宣稱(chēng)的室溫超導(dǎo)還需要一萬(wàn)個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)呢，韓國(guó)科學(xué)家直接就是常壓。

這里有個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)，就是超導(dǎo)是有個(gè)理論解釋的，叫作BCS理論，以三位提出者Bardeen、Cooper和Schrieffer的姓氏首字母命名，他們因此獲得了1972年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。根據(jù)BCS理論的預(yù)測(cè)，常壓下的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度不能超過(guò)40 K，即-233℃，這個(gè)上限叫做麥克米蘭極限（McMillan limit）。

不過(guò)，后來(lái)確實(shí)發(fā)現(xiàn)了常壓下超過(guò)40 K的超導(dǎo)材料，如1986年發(fā)現(xiàn)的銅氧化物材料和2008年發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)材料。這說(shuō)明它們超出了BCS理論的適用范圍，學(xué)術(shù)界因此把它們稱(chēng)為高溫超導(dǎo)。這是一個(gè)十分好笑的術(shù)語(yǔ)，說(shuō)到高溫普通人可能以為至少也得幾百攝氏度，但在超導(dǎo)領(lǐng)域里，高溫的意思是僅僅超過(guò)40 K！這個(gè)溫度甚至低于液氮的溫度77 K，更比室溫低得多。所以如果你知道在超導(dǎo)領(lǐng)域里高溫低于室溫，高溫超導(dǎo)早就實(shí)現(xiàn)了，室溫超導(dǎo)卻還沒(méi)有，你的知識(shí)水平就超過(guò)了90%的人！

如果你再知道高溫超導(dǎo)理論是個(gè)尚未解決的問(wèn)題，你的知識(shí)水平就超過(guò)了99%的人。從20世紀(jì)80年代到現(xiàn)在，都快40年了，但高溫超導(dǎo)的理論仍然是五花八門(mén)，莫衷一是，沒(méi)有一個(gè)理論能夠真正解決問(wèn)題。結(jié)果就是，整個(gè)超導(dǎo)領(lǐng)域都冷下去了，遠(yuǎn)沒(méi)有80年代那么火熱了。

了解了這些背景，你就會(huì)知道，高溫超導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)和理論其實(shí)是兩回事。即使給出了一個(gè)高溫超導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，對(duì)它的理論解釋也仍然是很不清楚的，需要很多人繼續(xù)努力很長(zhǎng)時(shí)間。假如這群韓國(guó)人的室溫常壓超導(dǎo)結(jié)果是真的，那就意味著它超過(guò)了麥克米蘭極限，所以它一定不是BCS理論能夠解釋的，一定需要某種現(xiàn)在還不清楚的理論。

然而他們居然三言兩語(yǔ)就給出了一個(gè)解釋?zhuān)@就是完全不對(duì)的，即使這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是真的，也根本不應(yīng)該有這樣簡(jiǎn)單的理論解釋。這正說(shuō)明他們其實(shí)是“不知道自己不知道”，處于一種無(wú)知者無(wú)畏的狀態(tài)。這種信心是一種典型的民科表現(xiàn)，就好像有人號(hào)稱(chēng)自己能三言兩語(yǔ)證明哥德巴赫猜想或者解決可控核聚變，在內(nèi)行看來(lái)這只能說(shuō)明他們具有一種虛妄的信心，說(shuō)明他們什么都不懂，連這些問(wèn)題困難在哪里都不知道。這在心理學(xué)上叫作“達(dá)克效應(yīng)”（Dunning-Kruger effect），即知識(shí)程度最低的人反而最自信，我感覺(jué)這群韓國(guó)科學(xué)家就是陷在里面了。

“請(qǐng)注意，韓國(guó)人做的是室溫而且常壓的超導(dǎo)，這比Dias的室溫超導(dǎo)還要夸張，他宣稱(chēng)的室溫超導(dǎo)還需要一萬(wàn)個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)呢，韓國(guó)科學(xué)家直接就是常壓?！?/blockquote>

后面還有一個(gè)大雷。這群韓國(guó)科學(xué)家在arXiv上發(fā)了一篇預(yù)印本之后僅僅兩個(gè)半小時(shí)，居然又上傳了一篇預(yù)印本。這第二篇文章的標(biāo)題倒是正常多了，叫作《Pb-Cu-PO4超導(dǎo)體在常溫常壓下實(shí)現(xiàn)懸浮及其機(jī)理》（Superconductor Pb10xCux（PO4）6O showing levitation at room temperature and atmospheric pressure and mechanism），雖然也不是十分正常，但至少比第一篇的標(biāo)題《第一個(gè)室溫常壓超導(dǎo)體》正常多了！在這篇文章里，他們展示了一個(gè)所謂超導(dǎo)磁懸浮的視頻（韓國(guó)造出世界首個(gè)室溫超導(dǎo)體？127℃實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，復(fù)現(xiàn)即鎖定諾獎(jiǎng)），被許多人看作最強(qiáng)的證據(jù)。

但對(duì)內(nèi)行來(lái)說(shuō)，這反而是他們沒(méi)有實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的證據(jù)。因?yàn)槿缫粋€(gè)以色列特拉維夫大學(xué)科學(xué)家2011年的科普視頻所示（超導(dǎo)研究的歷史與挑戰(zhàn)：曾經(jīng)輝煌，今路在何方？| 李濤），真正的超導(dǎo)磁懸浮是完全浮在空中，而不是像韓國(guó)的樣品這樣一側(cè)靠在底座上。更厲害的是，超導(dǎo)體還可以懸浮在磁體的下方！然后你把它推一下，它就會(huì)在下方懸空繞著磁體轉(zhuǎn)圈。韓國(guó)科學(xué)家的視頻，相形之下就像《西游記》第二回里菩提祖師說(shuō)孫悟空，“這個(gè)算不得騰云，只算得爬云而已！”

（二）韓國(guó)科學(xué)家的室溫超導(dǎo)反轉(zhuǎn)了？完全沒(méi)有

最近，還有很多人在傳，說(shuō)某某單位復(fù)現(xiàn)了韓國(guó)人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果、某人發(fā)了理論文章解釋這個(gè)材料為什么能超導(dǎo)等。其實(shí)仔細(xì)看看就會(huì)發(fā)現(xiàn)，都不出我上面解讀的這些范圍。這其中，我覺(jué)得我可以特別解讀一下那篇所謂解釋了超導(dǎo)的理論文章。因?yàn)檫@個(gè)理論剛好在我的知識(shí)范圍之內(nèi)，而在中文互聯(lián)網(wǎng)上可能還沒(méi)有專(zhuān)業(yè)人士出來(lái)解讀，所以有不少誤解，以為它有多大的重要性。

此文的標(biāo)題叫作《銅取代的鉛磷酸鹽磷灰石中相關(guān)孤立平坦能帶的起源》（Origin of correlated isolated flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite），基本內(nèi)容是說(shuō)作者（此文只有一位作者）做了密度泛函理論（density functional theory）計(jì)算，發(fā)現(xiàn)這種材料在費(fèi)米能級(jí)具有相關(guān)的孤立平坦能帶，這是高溫超導(dǎo)材料的普遍信號(hào)。

這個(gè)計(jì)算很可能是正確的，但這個(gè)計(jì)算結(jié)果能說(shuō)明的問(wèn)題其實(shí)是很少的。密度泛函理論我讀博士的時(shí)候就整天用，它是目前最常用的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算方法之一。

然而專(zhuān)業(yè)人士明白，能帶是一種平均場(chǎng)近似的語(yǔ)言（平均場(chǎng)的意思是，假定對(duì)于一個(gè)電子而言，其他電子的影響可以描述成一個(gè)平均的場(chǎng)，而跟這些電子的瞬間位置無(wú)關(guān)，這樣就可以把各個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)分開(kāi)考慮）。跟平均場(chǎng)相對(duì)的叫作強(qiáng)關(guān)聯(lián)（即多個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)互相關(guān)聯(lián)，不能把它們分開(kāi)），強(qiáng)關(guān)聯(lián)會(huì)給計(jì)算增加極大的困難。超導(dǎo)是一種強(qiáng)關(guān)聯(lián)現(xiàn)象，而強(qiáng)關(guān)聯(lián)現(xiàn)象目前沒(méi)有精確的計(jì)算方法。

因此，用這種計(jì)算是不能可靠地預(yù)測(cè)超導(dǎo)的，最多只能說(shuō)在這種近似理論下得到這種結(jié)果，是有利于出現(xiàn)超導(dǎo)的，但是不是真的超導(dǎo)，沒(méi)法算出來(lái)。這也正是我前面說(shuō)的，高溫超導(dǎo)理論目前還沒(méi)建立起來(lái)，誰(shuí)也不能單憑理論計(jì)算就確定某個(gè)材料能高溫超導(dǎo)。假如有這樣的理論，提出者早就得諾貝爾獎(jiǎng)了。

而且別忘了，BCS理論的麥克米蘭極限仍然存在，這是個(gè)嚴(yán)格的理論。所以即使通過(guò)平均場(chǎng)計(jì)算預(yù)測(cè)某個(gè)材料可能有超導(dǎo)，也只能在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度低于40 K的時(shí)候做比較定量的預(yù)測(cè)。如果超過(guò)了40 K，仍然是理解不清的。所以，這篇理論文章的結(jié)果即使是正確的，意義也很有限。它離解釋室溫常壓超導(dǎo)的距離，就好比從預(yù)測(cè)某位孕婦可能要生了，到預(yù)測(cè)這位小朋友將來(lái)能得諾貝爾獎(jiǎng)，那么大。

◎ 來(lái)源|新京報(bào)

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