全文共2174字，預計學習時長6分鐘

日本的高速磁懸浮列車

朋友，你聽說過永動機嗎？只需啟動一下機器，就可以在不耗能的情況下持續工作。諸如此類的事物將提供自由無盡的力量，因其過程匪夷所思而徹底改變世界。

“匪夷所思”一詞言之有因，永動機違反了物理學定律，特別是那些描述宇宙中能量性質的熱力學定律。科學家認為永動機絕不可能實現。但事實是，我們已經創造出了一種接近永動機的技術。數十年來，科學界因對其愈發瞭解而沸騰不已。這一技術擁有引發第二次工業革命的力量。今年秋天，該領域又有了重大發現。

這就是超導體的故事。

達芬奇的永動機圖紙，可惜這些設計都能沒能成為現實。

發電廠通常建在繁榮城市附近是有原因的，它們產生的多達30%的電力會在輸電線中損耗掉。大部分能量損耗為熱能是電力裝置的普遍問題。這也是為什麼計算機內部大部分空間都為冷卻部件所佔，因為這些部件有助於抵抗電路產生的熱量。

超導體領域的進步將使我們能夠製造出比目前效能強1000倍的計算機，這些新一代計算機的空間將更緊湊，內部的超導連線將意味著處理速度會更快。

簡而言之，超導體解決了能量損耗為熱能的問題。這些特殊材料可以傳送電力而不產生損耗，這就好比永動機能在沒有任何能量輸入的情況下執行。

這當然是不可能的，但考慮一下:科學家們已經能夠在沒有能量源的情況下保持超導環上的電流超過2年，且電流停下的唯一原因僅是因為科學家無法獲得液氦，而不是因為電流無法繼續執行。這一實驗讓人們相信：超導材料中的電流可以持續幾十萬年，甚至更久。超導體中的電流可以永遠流動，不計成本地傳輸能量。

液氦之所以如此重要，是因為它能將超導材料冷卻到極低溫度。大多數超導體只能在零下幾百攝氏度工作，接近我們所說的絕對零度。

絕對零度是已知的最低溫度，表示為0開爾文（-273.15°攝氏度或-459.67°華氏度）。在這種溫度下原子幾乎不動，這是超導體的關鍵。通常，透過導線移動的電子會與其他振動的原子碰撞併產生能量損耗和電阻。但是原子在如此嚴酷的溫度下幾乎完全不動，因此電子可以透過時不會與之發生碰撞，就不會損失能量。

不同物質需要被降低到不同的溫度（即臨界溫度），才能變成超導材料。不過，像金、銀和銅這樣的材料不能製成超導體，即使它們在室溫時是最佳導體。

電流來自定向移動的電子，電阻來自這些自由電子與物質離子的碰撞。

80年代，科學家發現了一類新型超導體。這些材料由陶瓷製成，而且可以在比以往材料高得多的溫度下生效。其它材料必須在僅比0開爾文高那麼一點時才能成為超導體，而陶瓷在92開爾文時就能生效。陶瓷製作起來非常簡單，只要有50美元和一臺微波爐，任何人都可以在家裡製造出來。

奇怪的是，陶瓷通常是不良導體。直到今天，物理學家還不能完全明白為何這些特殊的陶瓷會變成超導體。

我們的終極理想是在室溫下運用這項技術。超導體的最高記錄溫度是138開爾文(零下211華氏度或零下135攝氏度)，仍遠低於平均溫度70華氏度(21攝氏度)。

具有室溫超導體的世界會變成什麼樣？除了功能更強大，空間更緊湊的計算機之外，我們還將看到運輸行業的革命。目前，地球上最快的時速可達375英里的高速磁懸浮列車，所依託的材料就是超導磁鐵。船用和汽車用馬達的大小將是現在的十分之一，而昂貴的用於醫學診斷的MRI機器將可以放在手心裡。

超導體可以製造效率更高的電磁體，就像如今在住宅、醫院、建築工地以及發電機中已實現的那樣。

然而，超導體最令人興奮的前景在於能源方面。發電廠不必建在城市附近，因為傳輸過程不會損失太多能量。這對人們來說更安全，也能減少汙染，更別說超導電線將為我們節省數十億美元。如果強大的超導磁體能夠很好地啟動原子聚變反應，那將意味著為世界提供幾乎無窮無盡的廉價能源。

利用超導材料實現聚變被稱為高場途徑，高場核聚變裝置已經取得驚人成果：研究表明，這些裝置產生的能量將超過其消耗的能量。

這種含碳化合物能在59華氏度時就有超導性。

今年10月，我們向實現室溫超導體又邁進了一步。科學家們創造了一種能夠在59華氏度(15攝氏度)執行的無電阻材料。該材料由氫、碳、硫製成。唯一的缺點是，該化合物僅在與地球中心類似的極大壓強下才能保持超導性。現在的目標是找到一種在室溫和正常大氣壓強下都能超導的材料。

一塊瓷磚懸浮在強力磁鐵上方。

用物理學家Michio Kaku的話來說，超導體技術將引領一個新時代。如果說到目前為止我們還生活在電力時代，那麼室溫超導體將會開啟磁力時代。這個時代有豐富的能源，並以世界各地更為便捷的交通為標誌。如果技術研發的速度能如磁懸浮列車一樣快就好了。

黑夜裡，我們在電燈的光亮中革新，朝著一個充滿磁力的未來努力。

我們一起分享AI學習與發展的乾貨