南天门团队:超级英雄
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第八章:超导理论

    超导是在某些材料中观察到的一种物理性质,材料内部电阻消失,磁通场从材料中排出。

    任何表现出这些特性的材料都是超导体。

    与普通金属导体不同,其电阻随着温度的降低而逐渐降低,甚至降至接近绝对零度,超导体具有特征临界温度,低于该温度时电阻突然降至零。

    通过超导线环的电流可以在没有电源的情况下无限期地持续存在。

    这其中,室温超导是指在常温下实现超导现象,即电流在材料中无阻力地流动。

    超导的作用很大,有很多优点,比如:

    1.能源传输效率高:超导材料的无阻力电流传输可以大大提高能源传输的效率,减少能量损耗。

    2.电力系统更稳定:超导材料可以提供更稳定的电力传输,减少电力系统中的电压波动和能量损失。

    3.减少能源消耗:超导材料的低电阻特性可以减少能源消耗,提高能源利用效率。

    然而目前,室温超导仍然是一个科学挑战,如果不能实现室温超导,超导科技就会面临以下的困难

    1.高成本:实现超导的条件较为苛刻,所需的材料和设备成本较高,限制了其广泛应用。

    2.材料限制:目前已知的超导材料非常有限,需要更多的研究和发展才能找到更适合的材料。

    3.技术难题:实现室温超导需要克服许多技术难题,如材料的合成和制备、电流密度的限制等。

    尽管室温超导面临一些挑战和限制,但如果能够实现,将对能源传输、电力系统和能源消耗等方面带来巨大的潜在好处。

    也正因如此,无论是在哪个科学界,甚至是民科界都常有实现常温常压超导的消息,但没有一次是真实的。

    超导很容易造假,其原因就在于没有一个能够完全解释超导成因的统一理论。

    现在科学界所公认的理论是:

    根据库仑定律,两个带电粒子之间的相互作用力与它们之间的距离成反比。

    在普通材料中,电子之间的库伦排斥力会导致电子受到散射,从而产生电阻。

    然而,在超导材料中,晶格振动(声子)的存在可以中和这种排斥力。

    晶格振动是超导现象的关键:当电子在晶格中移动时,它们会与晶格原子相互作用,产生声子。这些声子的存在导致了电子之间的吸引力,从而克服了库伦排斥力。这种吸引力使得两个电子可以形成一个稳定的库珀电子对。

    库珀电子对的形成是量子理论的结果。

    根据量子力学的波粒二象性,电子可以被视为波动粒子。

    在超导材料中,电子的波动性使得它们可以在晶格中传播,并与其他电子相互作用。这种相互作用可以通过波函数来描述,波函数描述了电子的位置和动量等信息。

    库珀电子对的形成可以通过波函数的概念来解释。

    当两个电子靠近时,它们的波函数会重叠并形成一个共享的波函数。

    这个共享的波函数描述了两个电子同时存在的可能性,即它们可以在晶格中以一种协同的方式移动。

    这种协同运动使得库珀电子对能够在超导材料中自由移动而不受电阻的影响。

    但这种理论也不能完全解释超导的成因,从能否用该理论解释,超导体可以分为常规超导(能用该理论解释)和非常规超导(不能用该理论解释)两类。

    其实受到广泛关注的“高温超导机理”问题就是非常规超导中电子配对的问题,目前还没有达成共识。

    但是物理大师提出的理论弥补了这一缺点,这为中科院实现常温超导奠定了重要的理论基础……