迎接超導體時代

墨影子
2023-08-08
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LK-99的新型超導材料(韓國高麗大學官網)

科技領域的每一次重大發現都會引起深遠的影響。近期,一項潛在的科技突破,在網路上引起了廣泛的關注與熱議,來自高麗大學的研究團隊聲稱,可能已經開發出了一種名為LK-99的新型超導材料。這種材料的特性十分驚人,即便在常溫常壓的環境下,依然能夠保持其超導特性。

然而,因為過去出現過對類似發現的錯誤宣傳,這個消息在公眾面前並沒有立即獲得信任。眾多疑慮和質疑聲音中,最為人們所關注的是,迄今為止,還沒有其他的研究團隊能夠成功複製這項研究成果。這使得人們對其真實性產生了更大的疑問。

然而,假設這個消息是真實的,假設這個名為LK-99的材料真的具有在常溫常壓下保持超導性的特性,那麼,它將會帶來怎樣的影響呢?它可能會如何改變我們的生活,或者甚至改變世界呢?

不妨讓我們展開想像,其實,我們正在談論的可能是一場科技領域的根本性革命。如果我們要在歷史上找到對應的例子,那麼,這個革命的規模可能不亞於晶體管或發電機的發明,那兩項偉大的發明,都在當時的時代引領了科技的飛躍,推動了社會的巨變。而如今,也許我們正在站在一個新的歷史節點上,目睹著下一次重大科技革命的曙光。

什麼是超導體?

超導體是一種獨特的材料,其特性讓科學家們都為之著迷。當處於適當的環境條件下,這類材料能夠表現出零電阻,同時會產生磁場,這意味著它能夠極高效率地傳導電流,且幾乎沒有熱損耗。此外,它還能產生強烈的磁場。

儘管超導體的實用性早已被人們所熟知,但在過去的幾十年中,它們的應用一直受到限制。主要的原因在於,大部分超導材料需要用液氮冷卻至接近絕對零度的環境下,才能展現超導性。維持這種低溫環境需要高度複雜且昂貴的設備,這在很大程度上限制了它們的實際應用。譬如,使用超導磁體的MRI掃瞄器體積龐大,造價昂貴。又如,實驗性聚變反應爐的規模巨大,費用不菲。就連那些表現出了巨大改進潛力的試點項目,如2021年芝加哥北部的聯邦愛迪生公司使用超導體的輸電線項目,也因為同樣的原因而被擱置。

而那些在室溫下能夠表現出超導性的材料,它們也只能在壓力高達167萬個大氣壓的條件下才能發揮超導性,這幾乎使得它們無法在實際中應用。

然而,LK-99的出現可能會改變這一切。如果LK-99確實能在室溫和常壓下展現超導性,那麼這將從根本上顛覆我們對超導體的認知,使其在眾多應用中大放異彩。

室溫常壓超導體能徹底改變交通運輸

超導材料具有極大的潛力,能夠對許多領域帶來深遠影響,其中最引人注目的是它們在發電和輸電領域的應用。通過零電阻線路,它們能承載超過銅線兩百倍的電流,無需產生熱量或者損耗,且適用範圍更廣,成本更低。

更具吸引力的是,超導體在能量儲存領域的巨大潛力。若將超導材料構成閉環,讓電荷在其中流動,這些電荷可以在閉環中無限期運行,不會有任何損耗。這使得超導體可以被用來儲存能源,為間歇性的可再生能源,如風能和太陽能,提供一種經濟實用的儲存方式。而這一切都意味著,未來的電池將更輕便,充電速度更快,能量密度更高。

而且,超導材料生成的磁場可以使聚變反應爐的體積縮小數個數量級,雖然可能不能直接用於驅動汽車或照明房屋,但這些設備可以足夠小,足夠便宜,到處可見,甚至可以隨身攜帶。更為重要的是,清潔無盡的能源將使能源短缺和對碳排放的擔憂成為歷史。

此外,超導材料可以將磁懸浮技術提升到一個全新的水平。磁懸浮列車將更加快速,效率更高,製造成本更低,更為普遍。而且這種技術也將逐步普及,直到有軌電車可以在馬路上懸浮,甚至可能有使用磁懸浮技術的汽車和滑板,甚至可能有建築物使用這種懸浮技術來維護和主動支撐其結構,電器只要充電,不需要一直給電。

再者,超導材料也能對推進系統產生深遠影響。由於電池更輕、更強大,電動機更高效、更強大,全電動飛機和其它飛行器的尺寸可以做得更大,速度更快,航程更遠。我們甚至有可能看到裝備磁流體動力噴射裝置的船隻,可以快速且安靜的方式前進。

室溫常壓超導體迎來計算機新時代

我們有可能見證計算機科技徹底改革的景象。CPU可能在無需冷卻系統或電流泄漏的情況下製造,從而實現更快的運行速度和更高的效率。此外,量子計算機可能以量子位的形式運行,這是一種類似於晶體管的量子計算方式,它不需要低溫支持系統。大量的量子位可以緊密集成,並通過超高速數字鏈接相互連接。僅需一步,量子計算機就可能走出實驗室,成為21世紀PC的未來。

超導體技術可能讓感測器系統與低溫環境下一樣敏感,即使在量子水平上,設備的尺寸可能會顯著縮小。想像一下,患者可以佩戴的MRI掃瞄器和類似設備,或者像手機攝像頭一樣方便使用的先進成像系統。或者想像一個像詹姆斯.韋伯太空望遠鏡那樣靈敏的望遠鏡,只不過它的尺更小而且能夠大規模的生產。

意想不到的可能性

然而,那些尚未湧現在我們視野中的應用,將會是最具變革力的。倒回到20世紀80年代,計算機體積龐大,價格不菲,操作複雜,以至於只有擁有布爾邏輯博士學位的人才有資格使用它們。這導致了一個結果,即即便是頂尖的計算機科學家,他們的實踐經驗也相當有限,對計算機的理解也相當膚淺。因此,他們對計算機的理解常常處於兩個極端,要麼過度誇大,要麼低估。

然而,隨著硅晶元的問世,計算機的體積縮小,計算機從實驗室走向辦公室,再從辦公室走入千家萬戶。每天,數以百萬計的人在使用計算機,他們有機會與這個設備進行親密接觸。從軟體工程師到學生,人們開始逐漸理解,計算機不只是一台進行數字運算的機器,而是一台能處理數據的設備,它們並非無所不知,反而是個有用卻有些呆頭呆腦的助手。同時,計算機也開始從一台獨立的設備,變為一種可以嵌入各類技術和日常生活中的組件。

自那以後,計算機革命就如火如荼地展開,帶給我們一項又一項的數字化創新,包括網際網路、一個包含人類歷史上最豐富知識的虛擬圖書館、ChatGPT、智能手機、社交媒體,以及各種各樣的模因。

或許,室溫超導體也會走上同樣的道路,它們會如此深入我們的生活,以至於我們對它們的存在視而不見。但是目前一切尚未成定局,人類仍在摸索LK-99是否真的有效,是否可以製造得出來。

 

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