姬 揚

(中國科學院半導體研究所 100083)

超導就是超導電性，指的是一些材料在低溫下表現(xiàn)出來非常特殊的性質(zhì)：它們傳輸電流的時候沒有任何阻力，既不會發(fā)熱，也就不會浪費能量。超導現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)于一百多年前，包含了豐富的物理內(nèi)容，具有廣泛的應用場景，吸引了許多科學家和工程師的關(guān)注。近年來，許多有關(guān)的應用逐漸進入公眾的視野，越來越多的人開始關(guān)心超導。

《超導小時代》是一本關(guān)于超導的科普書，作者是中國科學院物理研究所的羅會仟老師。正如副標題《超導的前世、今生和未來》所示，全面地介紹了超導的歷史和現(xiàn)狀，并對未來做了一些展望。

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)工作的愛好者，而且都是《現(xiàn)代物理知識》雜志的編委。這幾天，我把這本書又讀了一遍，有了更多的收獲。《超導小時代》是一本剛剛出版的新書，為什么要說“又讀了一遍”呢？因為我五六年前就在《物理》雜志上、在他的博客里讀過這里的大部分內(nèi)容。那時候，他差不多每個月都會寫一篇關(guān)于超導的科普文章，以通俗易懂的方式介紹超導的基本知識、發(fā)展歷程和前沿進展。當時他應該就有將來匯集出版的計劃，現(xiàn)在這本書的內(nèi)容基本上依照當初文章的排序，但是保持了以前的特色(比如說，全書一個公式也沒有，很有科普書籍的樣子，但是又有很多參考文獻，這是科學論文的范兒)，增加了一些內(nèi)容(具體增加了哪些，我也沒有考證，但可以肯定的是，圖片增加了很多，好些還是重新繪制的)。

羅會仟老師是研究超導物理的專家，從事相關(guān)領(lǐng)域的學習和工作差不多有二十年了。從《作者自序》里，可以了解到他和超導的關(guān)系經(jīng)歷了三個階段，為超導著迷(大學)、與超導結(jié)緣(讀研)、和超導相戀(工作)，他也幸運地趕上了鐵基超導的研究熱潮，十幾年來發(fā)表了上百篇高水平的研究論文。他對超導的感情很深，《后記》里說這本書的構(gòu)思開始于2009 年，動筆于2015 年，用了三年時間完成初稿，又用了三年才修改完畢，以書的形式和大家見面。

以前的中學物理對超導的介紹是一帶而過，只提到它沒有電阻，但是要在很低的溫度下工作，現(xiàn)在的中學物理會提及一些應用，科普文章里會講到超導得過好幾次諾貝爾獎，但是講得都很零散。本書的第一章“啟蒙時代”從遠古的神話講到科學的萌芽，從中國和古希臘對電和磁的最早觀察，講到現(xiàn)代西方科學發(fā)現(xiàn)電和磁的奧秘，可以讓你大致了解與超導有關(guān)的科學歷史(超導的“前生”)。第二章“金石時代”介紹了低溫技術(shù)的發(fā)展、超導現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和超導理論的建立，從昂尼斯把氦氣液化并發(fā)現(xiàn)汞的超導電性，講到超導體的完全抗磁性和宏觀量子干涉效應，從幾個成功的唯象理論講到諸多失敗的理論嘗試(參與者不乏愛因斯坦、玻爾、海森堡和費曼這樣的大科學家)，最后迎來了巴丁、庫珀和施隸弗的成功理論(BCS超導微觀理論)。這兩章的內(nèi)容寫得都很通俗易懂，感興趣的中學生也可以理解，但有些細節(jié)即使我也是第一次知道，比如說，愛因斯坦、埃倫弗斯特、朗之萬和外斯等著名物理學家和昂尼斯的交往很是密切，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的公式。

我比會仟虛長幾歲，也跟超導有些瓜葛。我參加過1987年的全國中學生物理競賽，有一道題現(xiàn)在我還記得：

“近年來，人們制成了高轉(zhuǎn)變溫度的超導材料，其中一種成分上釔、鋇、(___)、(___)四種元素，據(jù)報道，我國研制的這類超導材料的零電阻溫度已經(jīng)達到(___)K左右。在這類超導材料出現(xiàn)以前，超導材料的零電阻溫度只達到(___)左右?！?/p>

這是我首次聽說高溫超導，中國科學家在超導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)銅氧化物高溫超導材料的歷程(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研究熱潮，不僅有許多參與者的情況，還重新繪制了一些當年的數(shù)據(jù)圖片，以及趙忠賢老師在美國物理年會上做大會報告后回家騎三輪車拉蜂窩煤的照片。這些內(nèi)容，以及第三章“青木時代”里介紹的各種奇形怪狀的超導材料和千奇百怪的物理性質(zhì)，我多少都知道一些，因為我碰巧在科大物理系低溫物理專業(yè)學習過一年。我覺得，任何感興趣的大學生，都可以理解這兩章的大部分內(nèi)容(即使中學生也可以理解許多)，但是其中也有很多我初次了解的內(nèi)容(還有一些我現(xiàn)在也不大看得懂的部分)。

我自己不研究超導，但是2008年鐵基超導研究的熱潮，當時我就感受到了。我的一些同事和朋友從事相關(guān)方面的研究，我也在會議上聽到過許多故事，當然，羅會仟老師有親身經(jīng)歷，他在第五章“白鐵時代”講的要全面得多，從中可以看到很多新知識，看到我國許多科學家做出的貢獻，當然我們也會問，我國的超導研究力量這么強，但為什么最早發(fā)現(xiàn)鐵基超導的是日本科學家細野秀雄呢？另外，我要警告讀者，這一章有些過于前沿，一些圖片似乎取自學術(shù)文章(也許是綜述性的學術(shù)文章)，當你遇到看不懂的部分，可以考慮像我那樣直接跳過去算了。

從1911年昂尼斯發(fā)現(xiàn)超導現(xiàn)象開始，超導研究已經(jīng)有100 多年了，諾貝爾物理學獎都頒發(fā)過5 次了，但是超導研究依然長盛不衰，室溫超導的夢想仍然沒有實現(xiàn)。最后一章“云夢時代”介紹了當前研究的最新進展，包括“壓力對超導的調(diào)控”(2020年在學術(shù)期刊Nature上發(fā)表的一篇文章聲稱，在高壓條件下實現(xiàn)了15攝氏度的超導電性，但是因為關(guān)鍵數(shù)據(jù)的處理和分析的有效性受到懷疑，這篇文章在2022 年9 月被Nature雜志撤稿了)，超導的研究仍然大有可為！

上面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)，扎實的應用(醫(yī)院里的核磁共振，無損耗輸電的高溫超導線纜)，先進的理念(超導量子計算，超導太赫茲系統(tǒng))，更多的理論(這個我就不介紹了)，甚至還有很多宣稱實現(xiàn)了室溫超導電性的烏龍事件(這個很多也很有趣，就不劇透了)。

總之，《超導小時代》是一本很有趣的關(guān)于超導的科普書，任何關(guān)心超導的人，都可以看一看。無論中學生還是大學生，無論是專業(yè)人士還是普通讀者，都可以有所收獲，而且每個人的收獲可能各不相同。即使你是打算從事超導研究工作的研究生，也可以從中獲益，也許收獲還更大呢——因為這里的一些內(nèi)容簡直就是來自科學前沿的現(xiàn)場報道！

(本文曾于2022 年3 月發(fā)表在科學新媒體“返樸”(微信ID：fanpu2019)上。)

圖1 《超導“小時代”：超導的前世、今生和未來》(羅會仟著，清華大學出版社，2022)