鑒往知來說超導(dǎo)

3月7日，在拉斯維加斯舉行的美國物理學(xué)會三月會議上，美國羅切斯特大學(xué)的迪亞斯教授宣布發(fā)現(xiàn)了“近常壓室溫超導(dǎo)”材料，隨后又在《自然》雜志上發(fā)表了正式的學(xué)術(shù)論文，引發(fā)了科技界和公眾的廣泛興趣，已經(jīng)有很多新聞報道和評論文章，甚至出現(xiàn)了一些嘗試復(fù)現(xiàn)其工作的科學(xué)報告。

什么是超導(dǎo)？室溫超導(dǎo)有什么重要性？迪亞斯的新發(fā)現(xiàn)到底有多重要？如果你不是專業(yè)人士，又對這些問題感興趣，就可以讀一讀羅會仟的科普書《超導(dǎo)“小時代”：超導(dǎo)的前世、今生和未來》（以下簡稱《超導(dǎo)“小時代”》），了解超導(dǎo)的歷史，學(xué)習(xí)一些超導(dǎo)的基礎(chǔ)知識。至于說這個熱點新聞到底是茶杯里的風(fēng)暴，還是革命前夜的疾風(fēng)驟雨？請你先自己判斷一下。真的假不了，假的真不了。最多只要幾個月，我們肯定就會知道真相了。

超導(dǎo)就是超導(dǎo)電性，指的是一些材料在低溫下具有非常特殊的性質(zhì)：它們傳輸電流的時候沒有任何阻力，不會發(fā)熱，也就不會浪費能量。超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)于100多年前，包含了豐富的物理內(nèi)容，具有廣泛的應(yīng)用場景，吸引了許多科學(xué)家和工程師的關(guān)注。近年來，許多有關(guān)的應(yīng)用逐漸進入公眾的視野，越來越多的人開始關(guān)心超導(dǎo)。

《超導(dǎo)“小時代”》一書的作者羅會仟是中科院物理研究所研究員。正如副標(biāo)題“超導(dǎo)的前世、今生和未來”所示，本書全面介紹了超導(dǎo)的歷史和現(xiàn)狀，并對未來作出一些展望。

我跟會仟是老朋友了，因為我們既是搞物理研究的大同行，也是對科普感興趣并做了些相關(guān)工作的科普愛好者。這幾天，我把這本書又讀了一遍，有了更多收獲。《超導(dǎo)“小時代”》出版不久，為什么要說“又讀了一遍”？因為我五六年前就在《物理》雜志上、在他的博客里讀過其中大部分內(nèi)容。

那時候，他差不多每個月都會寫一篇關(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、發(fā)展歷程和前沿進展。當(dāng)時他應(yīng)該就有將來匯集出版的計劃，現(xiàn)在這本書的內(nèi)容基本上依照當(dāng)初文章的排序，并且保持了以前的特色，比如說，全書一個公式也沒有，很有科普書籍的樣子，但是有很多參考文獻，這又是科學(xué)論文的范兒。不同的是，比此前我看的增加了一些內(nèi)容，如圖片增加了很多，有些還是重新繪制的。

羅會仟在超導(dǎo)物理領(lǐng)域?qū)W習(xí)和工作差不多有20年了。從作者“自序”里，可以了解到他和超導(dǎo)的關(guān)系經(jīng)歷了三個階段，即大學(xué)時為超導(dǎo)著迷、讀研時與超導(dǎo)結(jié)緣、工作后和超導(dǎo)“相戀”。他幸運地趕上了鐵基超導(dǎo)的研究熱潮，十幾年來發(fā)表了上百篇高水平的研究論文。

他對超導(dǎo)的感情很深，“后記”里說這本書的內(nèi)容構(gòu)思開始于2009年，動筆于2015年，用了3年時間完成初稿，又用了3年才修改完畢，以書的形式和大家見面。

以前的中學(xué)物理對超導(dǎo)的介紹是一帶而過，只提到它沒有電阻，但是要在很低的溫度下工作；現(xiàn)在的中學(xué)物理會提及一些應(yīng)用，科普文章里會講到科學(xué)家因超導(dǎo)研究得過幾次諾貝爾獎，但是講得都很零散。

本書第一章是《啟蒙時代》，作者從遠古的神話講到科學(xué)的萌芽，從中國和古希臘對電和磁的最早觀察，講到現(xiàn)代西方科學(xué)發(fā)現(xiàn)電和磁的奧秘，可以讓讀者大致了解與超導(dǎo)有關(guān)的科學(xué)歷史，即超導(dǎo)的“前生”。

第二章是《金石時代》，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)；從幾個成功的唯象理論講到諸多失敗的理論嘗試，其中的參與者不乏愛因斯坦、玻爾、海森堡和費曼這樣的大科學(xué)家，最后迎來了巴丁、庫珀和施隸弗的成功理論（BCS超導(dǎo)微觀理論）。

這兩章的內(nèi)容寫得通俗易懂，感興趣的中學(xué)生也可以理解。但有些細節(jié)我也是第一次知道，比如說，愛因斯坦、埃倫費斯特、朗之萬和外斯等著名物理學(xué)家和昂尼斯的交往很密切，有一張照片顯示他們一起在昂尼斯的家里討論問題，小黑板上似乎還寫著量子力學(xué)的公式。

我比會仟虛長幾歲，也跟超導(dǎo)有些瓜葛。我參加過1987年的全國中學(xué)生物理競賽，有一道題我現(xiàn)在還記得：

“近年來，人們制成了高轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)材料，其中一種成分是釔、鋇、（ ）、（ ）四種元素，據(jù)報道，我國研制的這類超導(dǎo)材料的零電阻溫度已經(jīng)達到（ ）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到（ ）左右。”

這是我首次聽說高溫超導(dǎo)，中國科學(xué)家在超導(dǎo)研究的舞臺上引起了世界的關(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，這其中包括艱苦的探索和輕松的獲獎——“成如容易卻艱辛”，還講了競爭激烈、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，以及物理學(xué)家、中科院院士趙忠賢在美國物理年會上作大會報告后回家騎三輪車拉蜂窩煤的照片。

這些內(nèi)容和第三章《青木時代》里介紹的各種奇形怪狀的超導(dǎo)材料與千奇百怪的物理性質(zhì)，我多少知道一些，因為我碰巧在中國科技大學(xué)物理系低溫物理專業(yè)學(xué)習(xí)過一年。我覺得任何對此感興趣的大學(xué)生都可以理解這兩章的大部分內(nèi)容，即使是中學(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，以及一些我現(xiàn)在也不大看得懂的部分。

我自己不研究超導(dǎo)，但是2008年出現(xiàn)鐵基超導(dǎo)研究的熱潮，我的一些同事和朋友從事相關(guān)研究，我也在會議上聽到過許多故事。

當(dāng)然，羅會仟有親身經(jīng)歷，他在第五章《白鐵時代》介紹得很全面，從中可以看到很多新知識，看到我國許多科學(xué)家作出的貢獻。我們自然也會問：我國的超導(dǎo)研究力量這么強，但為什么最早發(fā)現(xiàn)鐵基超導(dǎo)的是日本科學(xué)家細野秀雄？答案在書中可以找到。

需要提醒讀者，這一章有些過于前沿，一些圖片似乎取自學(xué)術(shù)文章或者是綜述性的學(xué)術(shù)文章，遇到看不懂的部分，可以考慮像我一樣直接跳過去。

從1911年昂尼斯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象開始，超導(dǎo)研究有100多年歷史了，諾貝爾物理學(xué)獎已5次花落相關(guān)研究成果，但是超導(dǎo)研究依然長盛不衰，室溫超導(dǎo)的夢想仍然沒有實現(xiàn)。

最后一章《云夢時代》則介紹了當(dāng)前研究的最新進展，包括“壓力對超導(dǎo)的調(diào)控”——2020年在《自然》雜志上發(fā)表的一篇文章聲稱，在高壓條件下實現(xiàn)了15攝氏度的超導(dǎo)電性。超導(dǎo)的研究仍然大有可為。

以上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，有趣的演示（磁懸浮的青蛙、“飛毯”上的老鼠）、扎實的應(yīng)用（醫(yī)院里的核磁共振、無損耗輸電的高溫超導(dǎo)線纜）、先進的理念（超導(dǎo)量子計算、超導(dǎo)太赫茲系統(tǒng)），甚至還有很多宣稱實現(xiàn)了室溫超導(dǎo)電性的烏龍事件——這個很有趣，我就不“劇透”了。

總之，這是一本很有趣的科普書，任何關(guān)心超導(dǎo)的人，都可以看一看。無論是中學(xué)生還是大學(xué)生，無論是專業(yè)人士還是普通讀者，都會有所收獲，且每個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，也許收獲更大——因為書中的一些內(nèi)容簡直就是來自科學(xué)前沿的現(xiàn)場報道。