在这么多科普up主中,李永乐老师绝对是数一数二的一位。虽然他只是一个高中的物理老师,但是好像他也是清华毕业的。虽然没有从事科研方面的工作,没有什么唬人的科技成果,但是,不管是新闻热点,或者是科学问题,他都能给你解释清除其中的科学道理。他对数学和科学有相当的投入力度。论科普水平,能够超过他的应该没有几个的。这次关于韩国科学家发现长文超导体的情况,如果你想有更科学更深入的了解,但是又不会把自己搞晕的讲解,建议还是去看他最新一期的节目。
现在关于LK99超脑材料的实验复现非常之多,相当大一部分都是失败。包括北大、台大的和一些印度科研机构的结果都是如此。但是也有为数不少的出现了部分复现的结果,他们大都表现为实验样品具有一定程度的抗磁性,也就是把它们放在磁铁上面,会产生斥力,翘一个角起来。那么为什么这种抗磁性能够说明LK99是超导材料呢?
其实我们大家都玩过磁铁的,磁铁之间同性相斥,悬浮这类现象我们也都是亲眼见过。实际上很多常见物质都能和磁场发生相互作用,根据性质不同,有的是顺磁性,有的是抗磁性,比如我们玩磁铁的都知道,如果把铁钉靠近磁铁,那么铁钉本身也会产生一定的磁性。还有一种简单的制作指南针的方法就是用磁铁打磨铁针,那么铁钉也会产生磁性,受地球磁场的影响,指向南方。这就是顺磁性,它在磁场中会产生一个与叠加磁场方向相同的磁场,就是从微观角度上来讲,这种产生顺磁性的物质,一般都是它的外层电子存在不成对的电子,在量子力学当中电子有一个特性叫做自旋,它所产生的效应就是会产生一个磁矩,那么这种外层有不成对电子的原子或者分子,就可以被看作是一个个微观的小磁铁,但是在一般状况下它们是杂乱无章的排列,所以它们的磁性就相互抵消,宏观上来看就完全没有磁性。但是在磁场的作用下,这些小磁铁会按照磁场的方向排列,从而产生了一个与附加磁场相同的磁场,也开始具有磁性。
抗磁性的物质则是正好相反,它们的外层电子都是成对的,而这种成对的电子根据泡利不相容的原因,它们的自旋方向必然相反,在没有附加磁场的情况下,电子的磁矩也是相互抵消的,所以宏观上也不表现出磁性。但是在磁场的作用下,与自旋磁矩与附加磁场相同的电子的磁矩,会被减少,而与它相反的电子磁矩会得到加强,这样就会产生一个与附加磁场相抵消的磁场。具体的原理,我觉得李永和老师的解释太过于经典力学了,他是从磁场感生电场的角度,然后把电子想象成围绕着原子核在旋转的电流,而实际上电子在原子核周围是以概率云的方式分布的,并不是像行星那样旋转,虽然能够解释得通,但是像他那个解释一定不是正确的,所以就不再赘述了。所以只要外层有成对电子的物质,都具有一定的抗体,而最常见的抗磁性的物质就是水,而生物体就含有大量的水,如果有一个非常强的磁场,就可以让生物也像超导体一样悬浮起来。一个著名的搞笑诺贝尔讲,就是用一个很强大的磁场,让青蛙悬浮了起来。
但是超导体的特点是完全抗磁性,它的原理反而要相对简单,不需要用到量子力学,电子对这类微观的物理定律。只要从高中的电磁学入手,就能够很好的解释了,简单来说就是当超导体靠近磁体的时候,它的内部会产生感生电流,而感生电流就产生的磁场,正好抵消了磁体的磁场,从而使磁感线无法进入超导体内部,而超导体电阻为零,感生电流会一直存在,超导体就会在磁场中悬浮起来。就像《阿凡达》中的那些由常温超导体形的悬浮小岛一样。成这就是产生完全抗磁性和磁悬浮的原理,非常的简单,高中生都能够理解。
既然超导体的抗磁性与磁性材料是不同的,首先磁性材料只是同性相斥,如果你把磁铁翻转,就会由排斥变为吸引了,在华中科技大学复现LK99的视频中,实验者就有将磁铁翻转的步骤,结果就证明LK99这个材料确实是抗磁性而不是一般的磁性。而像上面介绍的那种由外层电子对形成的抗磁性,一般需要非常强大的磁场,才能够表现出肉眼可见的抗磁性,而目前复现成功的视频当中都是使用的普通磁铁,那么是普通抗磁性物质的可能性基本排除。所以表现出抗磁性大大增强了LK99是超导材料的可能性,而且复现出抗磁性的实验小组还是有几个的,证据并不孤立。
当然,李永乐老师对这件事情也是持悲观态度的。而且主流科学界大多持悲观和怀疑态度。看了一些悲观的观点,很多是从韩国学者论文写得不规范,不高大上,产生超导效应的理论漏洞还很多的角度去论证的。总之就是不符合他们的学术标准。但是要知道爱因斯坦发表相对论的时候,他也只是一个瑞士专利局的职员,并不是学术圈内的人士,当年那些物理权威们还在绞尽脑汁,证明以太是真实存在的时候,爱因斯坦一个小年轻,又不是混学术圈的人,提出以太不存在的观点,同样在当时也受到了很多人的质疑。不过毕竟总的来看,大家还是在相当认真的看待这件事,在想方设法的验证它,也许会有奇迹发生吧!