ЛК

Рубрики:

Объяснение сверхпроводникового безумия.

Находить лучшие способы творить добро.

В течение последних нескольких дней я лихорадочно перезагружал аккаунты в Твиттере, чтобы попытаться узнать как можно больше о LK-99, предполагаемом сверхпроводнике, работающем при комнатной температуре и окружающем давлении, который, как утверждает команда физиков из Южной Кореи, обнаружила.

Прошла, может быть, неделя после того, как я узнал, что такое сверхпроводник и почему так важно, чтобы он находился при комнатной температуре или атмосферном давлении. Но за несколько дней я прошел путь от почти полного незнания до полного ликования по поводу возможностей, которые обещает технология. При условии, конечно, что это реально.

Вы тоже можете пройти этот путь от невежества к головокружению. Детали того, как создавать и исследовать сверхпроводящие материалы, невероятно сложны, и рассматриваемая работа выполняется большими группами физиков, работающих на переднем крае этой области. Но наука о том, почему это важно, по сравнению с этим, относительно проста.

Сверхпроводимость при комнатной температуре, если это возможно, открывает двери для ошеломляющих технологических прорывов. Это могло бы сделать передачу электроэнергии намного более эффективной; приводят к более быстрой зарядке и большей емкости электрических батарей; обеспечить практическую безуглеродную энергетику ядерного синтеза; и сделать квантовые вычисления — компьютеры, способные решать проблемы, слишком сложные даже для самых быстрых существующих компьютеров — осуществимыми в гораздо большем масштабе.

Широко используемый и простой в производстве сверхпроводник, способный работать при нормальных температурах, стал бы огромным прорывом. Некоторые комментаторы сравнили это с изобретением транзистора в 1947 году — технологии, без которой десятилетия последующего прогресса в области вычислений были бы невозможны. Даже если LK-99 сам по себе не является прорывом, его появление возродило общественный интерес к сверхпроводимости в целом и служит полезным напоминанием о том, насколько ценным может быть прогресс в этой области.

Давайте начнем с самых основ; Если вы электрик или помните школьную физику лучше, чем я, смело пропустите эту часть. (Извините, господин Мербах, я все это забыл.)

Электричество легче протекает через одни материалы, чем через другие. Если материал легко проводит электричество, его называют проводником; если нет, то это изолятор. Большинство металлов являются довольно хорошими проводниками, особенно медь, поэтому ее так часто используют для изготовления электрических проводов. (Серебро еще лучше, но намного дороже.) Стекло, пластик и дерево — хорошие изоляторы. Я использую такие термины, как «довольно хорошо» и «очень хорошо», потому что проводимость — это спектр. Медь не идеально передает электрические заряды; он оказывает некоторое сопротивление, что означает некоторую потерю электроэнергии на этом пути, гораздо меньшую, чем у большинства материалов.

На крайнем конце спектра находятся сверхпроводники, которые обладают буквально нулевым сопротивлением и идеальной проводимостью. То, что такие материалы вообще существуют, кажется диким. Обычные проводники становятся более проводящими при охлаждении и менее проводящими при нагревании, но это изменение происходит непрерывно. Сверхпроводники, напротив, имеют жесткие пороговые значения, называемые «переходными температурами», при которых материал внезапно становится сверхпроводником. Более того, теория, лежащая в основе работы большинства сверхпроводников («теория БКШ», инициализм фамилий стоящих за ней физиков), поразительно проста и элегантна.

«Это одна из самых красивых теорий, которые только можно придумать в области конденсированной материи», — сказала мне Лилия Боэри, профессор физики в Римском университете Сапиенца и ведущий исследователь сверхпроводимости. «Это немного похоже на волшебство. Это прекрасно работает».

Физикам известно, что сверхпроводники существуют с 1911 года, и без них ряд существующих технологий, таких как аппараты МРТ, были бы невозможны. Но всегда была загвоздка. На сегодняшний день единственные известные сверхпроводники должны быть либо чрезвычайно холодными (свинец, например, сверхпроводники при температуре минус 447 градусов по Фаренгейту), либо состоять из материалов, которые образуются только при чрезвычайно высоких давлениях. (Довольно высокая — в недавней весьма противоречивой статье было предложено вещество, которое образуется при давлении, в 10 000 раз превышающем атмосферное, что примерно в 10 раз превышает давление на дне Тихого океана, и скептики считают это подозрительно низким показателем для создания сверхпроводника). Создание сверххолодного материала и/или приложение к нему тонны давления требует значительной энергии, что, в свою очередь, сводит на нет некоторые преимущества, которые вы получаете от сверхпроводника.