室温常压超导材料，为什么人类目前还没有在自然界中发现？[原创]

1万 · 2023-8-14 14:51

本帖最后由 keer_zu 于 2023-8-14 14:52 编辑

LK99和最近的天气一样大热，突然又随着立秋而热度有所下降。现在看来，短时间内得到我们梦想的"圣 /杯"（室温超导被称作物理学的圣/杯）似乎是不可能了，这要么是一个正确方向的开始，要么只是一种抗/磁/性半导体，我们所有人只是空/欢/喜一场。

1万 · 2023-8-14 14:51

今天朋友和我聊天，“常温超导的事儿，是不是快要突破了？” 他说：“这两年超导突破的新闻有点频繁，感觉离突破不远了的样子。”

据我所知，最近两年超技术突破的报道好像乌龙居多，或者即使接近室温，也需要足以影响到晶格间距的极高压。而眼下的LK99又扑朔迷离。我最近也在抽空研究低温的BCS理论，了解基本原理，而它无法解释上世纪八十年代后期开始关于“高温超导”的新发现。某些金属氧化物为什么会是“高温超导体”，铜掺杂怎么导致超导的量子阱......这些还没有一套完整的理论解释。通过继续尝试新的金属氧化物，调整参杂工艺到底能不能达到室温常压的结果也有待长期的实验验证。也或者即使某一天实验室可以小规模实现，是不是可以规模量产也是未知数，还要让子弹再飞一阵子吗？或者子弹也快飞到头了？不知道。

1万 · 2023-8-14 14:53

对于这些，我在思考几个问题：

自然环境中真的有可能存在室温常压超导体吗？（就像电影《阿凡达》中那样），如果有，为什么一直没有被我们发现？
如果自然界不可能“天然”存在这种物质，那么通过人工合成可以生成稳定的室温常压超导体吗？
亦或者是不是***都无法实现室温常压环境的超导？

问题1：这种化合物为什么从来没在自然界中被发现？首先可以在地球上可以找到的稳定单质和化合物（气体除外，因为气体不可能超导），比如：金、铂和其它化合物，在室温常压下不具备超导特性。

这些都是可以在目前的自然环境中稳定存在的，而不像传说中的金属氢，亦或是元素周期表最后几个人造元素那样在通常的自然环境不可能稳定存在的物质。

鉴于地球范围，尤其是地表+地壳部分随着亿万年的内部运动和外部运动的共同作用，这个范围内的任何自然条件产生的物质（包含可以存在于自然环境的单质和化合物）虽然分布不均匀，但是还是可以被人类接触到的，人类能观测它们置于磁场中的机会非常多，从来没有观察到这类物质的磁悬浮现象。

1万 · 2023-8-14 14:55

反过来，为什么结构更加复杂的DNA分子却可以产生于自然界？（姑且认为不是神或者某种高级文明创造的）自然环境可以演化出DNA分子这种复杂结构，但是却演化不出来天然的集成电路，哪怕再简单的逻辑门电路都不可能。这是为什么呢？

为什么自然环境演化出了复杂的碳基高分子？这或许和碳基分子的很多属性有关：碳是拥有4个价电子的最小原子。它的大小合适，原子量只有12。其电子失去的能力（还原性）和得到电子的能力（氧化性）相当，可以形成各种化学键，所以能够形成复杂多样的高分子有机物。

1万 · 2023-8-14 14:57

本帖最后由 keer_zu 于 2023-8-14 14:59 编辑

那么此处还有一个问题，同样是元素周期表和碳同一列的硅为什么不可以？这个问题我请教了专业人士，她的回答是：

碳原子可以形成稳定的单键、双键、三键，硅原子双键和三键都不稳定，因为原子半径大一些，电子云重叠小，这是从成键多样性来解释。

生物分子在体内的反应有很多酶参与，历程和单纯的化学反应是不一样的。这让碳基高分子的反应（化合、分解、重构）有了更多的可能性。

终于，当碳基高分子演化出复杂到DNA这样程度的物质，它具备了信息的存储，复刻，筛选的能力，这让它能够被复制、保存和升级，进而支撑了整个生物界的运转和演化：四轴飞行器的碳，氢，氧...---> 蛋白质 ---> 组织 --->器官的构建过程都有它的参与。

1万 · 2023-8-14 14:59

假设自然界要“生成”逻辑门电路，就要求在没有任何“知识”和“控制”的前提下，完成半导体的掺杂过程，掺杂条件，掺杂比例... 这几乎是完全不可能的。但是碳基的DNA分子具备这个能力。

自从上世纪80年代，Tc接近100K，然后超过100K以来，之前完全不导电的金属氧化物居然在这些温度区间是超导体。此时，BCS已经无法解释这些了，新的理论还没有建立，探索的过程大约就像术士炼丹吧。

基于现实的自然环境中从来没有观测到“天然”的超导材料，如果室温常压下它真的可以实现，那也是离不开知识和控制的参与，也就是需要人类的意识的参与。因此问题1基本可以说是否定的。

1万 · 2023-8-14 15:00

问题2和3只有一个是成立的，目前人们更相信2，但是又没有把握。或许等到真正能出现一个理论，它既能很好解释之前的“高温”超导现象，又能从理论上判定常温施压是可行的；亦或某位“术士”突然就整出来一个室温常压的材料来，当然，完全靠蒙是不可能的，至少需要有一个不是很完善的经验性的理论去支撑他，给他提供方向。让我们一起探（等）索（待）吧！

1万 · 2023-8-14 15:01

[写在结尾]有时候，科学取得根本性的突破是始于认知的突破。同样是日出日落，斗转星移，你可以说所有星体都围绕地球在转，这种说法是没毛病的，因为运动是相对的。但是自从哥白尼把这个关系调整一下后，运转的”模型“才一下子简单下来了。这才有了后面牛顿的力学定律和万有引力，才实现了天上运动和地上的运动的统一。

后面几次突破差不多都是这样，但是越往后，越是复杂和抽象，特别是在微观领域，人类完全不像以前，还有感官的素材。

室温常压超导材料，为什么人类目前还没有在自然界中发现？[原创]

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