“金屬氫”理論向現實的華麗轉變

2017年1月26日，世界著名的<<科學>>雜志報道美國哈佛大學科學家艾薩克·席爾維拉和朗加·迪亞斯在實驗室成功制造出了“金屬氫”，引起了世界科學界的震動。那么，什么是“金屬氫”呢？

何謂金屬氫

眾所周知，氫是宇宙中最豐富的元素，它在自然界中通常是以氣態的氫氣存在，在19世紀末曾被認為是無法液化的“永久氣體”。直至1898年，詹姆斯·杜瓦制作了擁有巧妙熱力學設計的“杜瓦瓶”，首次將氫氣液化，第二年又首次制取了氫氣的固態。

然而，這些早在一百多年前就制備出來的液態和固態氫并不具備金屬的良好導電性，都不能稱之為“金屬氫”。“金屬氫”是具有良好導電性甚至是超導性的液態或固態氫。

哈佛大學團隊發現的金屬氫，是由兩位科學家將一塊微小的固態氫樣品置于相當于488萬個大氣壓的壓力下制造出來的。這一壓力遠遠超過了我們所生活的地球中心的壓力值，在這一極端的壓力下，分子氫的化學鍵將被打開，最終形成由氫原子為最小單位組成的晶體氫，類似金屬原子組成的金屬晶體，原子所帶的電子可以在原子之間自由運動，具有了金屬的導電特性，這時的氫晶體電阻通常小于100歐姆，遠遠小于原有的幾十到幾百兆歐姆。

金屬氫的應用前景

為什么人們如此費盡心血地研制“金屬氫”呢？這是因為金屬氫具有一些非常特殊的性質。“金屬氫”是一種亞穩態物質，可以用它來做成約束等離子體的“磁籠”，把熾熱的電離氣體“盛裝”起來，這樣受控熱核聚變反應就可以很方便地實現，人類也可以建造出一座座“模仿太陽的工廠”，然后將原子核能轉變成了電能，這種電能既廉價又干凈，人類的能源問題最終將得到有效解決。

此外，“金屬氫”具有超導性，用金屬氫輸電，其輸電效率在99%以上，可以大幅降低輸電損耗，使全世界的發電量增加四分之一以上。如果用“金屬氫”制造發電機，其重量不到普通發電機重量的10%，而輸出功率可以提高幾十倍乃至上百倍。

除此之外，“金屬氫”在航空航天領域還具有重大價值。眾所周知，火箭一般采用液氫作為燃料，因此必須把火箭做成一個很大的類似熱水瓶的容器，以便確保低溫。由于相同質量的“金屬氫”體積只是液態氫的1/7，如果使用了“金屬氫”，火箭就可以制造得非常小巧。此外，由它組成的燃料電池，可以較容易地應用于汽車，那時，城市就不再像現在這樣喧嘩，尾氣污染也將得到有效解決。

雖然，“金屬氫”非常有用，但我們也看到了它在是極其困難的條件下獲得的。為了驗證它的存在，人類花費了一百多年的時間去營造了一個極端高壓的環境，因此，要真正地生產和應用還需要歷經漫漫長路。據了解，大規模實現接近500萬個大氣壓的極端高壓條件是制造“金屬氫”的前提，這在實驗室都需要耗盡洪荒之力才能實現，大規模生產談何容易。

其實，我們沒有必要把自己局限在地球上，看看我們的太陽系，那個最大的行星——木星就在距離地球約4.2個天文單位的地方，它由大量的氫構成，核心的壓力可以達到3000-4500萬個大氣壓，具備了制造“金屬氫”的所有條件。現有研究推測，在木星核的外圍存在著大量的“金屬氫”，可以說是取之不盡，用之不竭。同時，我們也相信，隨著航天科技的不斷發展，開發利用木星內部的“金屬氫”或許在未來將會變成現實。（編輯/起點）