資料圖片：在實驗室里呈現(xiàn)出的“邁斯納效應”
電影《阿凡達》里有個飄在半空的“哈利路亞山”。最近，張家界景區(qū)生生地把這個懸空山給拽下了地。這么做其實挺煞風景的。要知道，哈利路亞山的懸浮之力，正是讓人類垂涎三尺，欲滅納威人而后快的東西。這一切都與超導現(xiàn)象有關。
因為存在“電阻”，所以電荷經過導線時會有些能量留下來，轉變?yōu)闊崃?。這個現(xiàn)象有時會給我們帶來很大的麻煩：比如電動機要發(fā)熱，輸電線要發(fā)熱，電視機、筆記本電腦、冰箱等，使用的時候都要發(fā)熱，這全是我們所不喜歡的。但這就好比你要乘坐地鐵，就一定要買票一樣。
不過，科學家很快就發(fā)現(xiàn)了一列“免費地鐵”。1911 年，人類第一次觀察到了“超導”現(xiàn)象。昂尼斯教授在萊頓大學的實驗室擁有當時世界上最大也最先進的制造液氫、液氦的工廠，因此有能力對各種金屬的低溫電性能做測量。他發(fā)現(xiàn)，當溫度降低到-269℃左右時，汞的電阻消失了。后來，他發(fā)現(xiàn)其他金屬也存在這現(xiàn)象。1913年，他因為這個發(fā)現(xiàn)被授予諾貝爾物理學獎。
當然，超導不僅是零電阻這么簡單。它還有完全抗磁性，也就是“邁斯納效應”。超導體“不允許”其內部有任何磁場。如果外界有一個磁場要通過超導體內部，那么超導體必然會產生一個與之相反的磁場，保證內部磁場強度為零。這就形成了一個斥力。當在一個超導體正下方放置一個磁體，并使磁感線垂直通過超導體的時候，超導體將獲得垂直的上浮力。當這個力的大小剛好等于超導體的重力的時候，超導體就可以懸浮在空中。人類在潘多拉星上看到的正是這樣的現(xiàn)象。
現(xiàn)在你知道為什么潘多拉會有那么多懸浮山了。但人類為什么像發(fā)了瘋一樣要搶那些東西呢？
首先，超導體非常有用。前面說過了，電阻常常讓人生厭，為了減小損耗，我們想過很多的辦法。比如輸電，我們得用到電阻較小的銅。但銅儲量有限，價格昂貴，最要命的是，因為電纜很長，所以即使用銅來制作，電阻還是很大。如果能用超導輸電，就不用擔心電阻和發(fā)熱的問題了。
其次，很多地方需要巨大的磁場，一般的磁鐵沒法滿足要求，得通過在線圈里通電流來產生。不過，電流越強，發(fā)熱也越強，所以很多大型磁場都得在線圈旁邊不斷通過大量的涼水來冷卻線圈。如果使用超導體，則不需要這樣的擔心。
還有就是超導探測器。超導體研制的探測器接近無損，這就意味著使用超導材料，我們研制的器件的靈敏度可以有大幅度提升———原來能看100千米的雷達現(xiàn)在能看到300千米，原來接收不到的消息現(xiàn)在可以收得清清楚楚。
雖然使用超導材料有這么多的好處，但在目前的技術水平下，使用超導材料的成本非常昂貴，而且條件也受限制。超導材料上可通過的電流強度有限，超過一定限度，它就變成正常導體了。這個上限叫 “臨界電流”。很多超導材料的臨界電流很小，沒法用來輸電。與此相似，超導材料還受“臨界磁場”的限制。最麻煩的則是溫度，超導材料只有溫度降低到非常低的時候才能從正常態(tài)轉變?yōu)槌瑢B(tài)。
這么一來，你就理解了為什么人類看到潘多拉的懸浮山會那么激動：那是室溫超導體??！全世界的物理學家盼了快100年的室溫超導體，還不怕風吹日曬雨淋，就憑這一點，就足夠讓人興奮的了。更重要的是，那么大一座山，想給他托起來，需要多么大的力，只有極強的磁場才能做到。這意味著它們的臨界磁場也同樣巨大———室溫，耐腐蝕，超級強大的臨界磁場電場，這簡直是完美超導體。它完全足以像電影中描述的那樣，成為支撐人類文明進一步發(fā)展的基礎。
蕭遠山(上海 物理學博士)
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