主页 喻道故事分享区 超导和超导材料为复活和永生所作的无声见证
不睡覺的羊
发表于2015-02-23 18:11:59
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“自从造天地以来,神的永能和神性是明明可知的,虽是眼不能见,但借着所造之物就可以晓得,叫人无可推诿。”(罗马书1:20)

对于生活在21世纪的人来说,超导虽然可能像复活一样,属于深奥难以置信的话题,但并非一个太陌生的话题,因为超导已经像上海的磁悬浮列车那样快速闯入人类的生活中。因此,今天让我们来简单回顾一下超导的发现,也探讨一下其要带给我们的启发。

104年前,超导现象第一次由荷兰莱顿大学的物理学家亥克·卡末林·昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes)意外发现。在1911年的一次实验中,亥克将液态金属汞(俗称水银)冷却到零下269度(即绝对零度4度)时,竟然发现金属汞的电阻骤然降为零!

由于这个奇妙发现,他于1913年获得诺贝尔奖,并在演说中指出:低温下金属电阻的消失“不是逐渐的,而是突然的”,水银在4.2K进入了一种新状态,由于它的特殊导电性能,可以称为超导态。”

读过一点物理的人都知道什么叫电阻,它与我们平常生活中所说的空气阻力没有什么本质区别,只是领域不同罢了。电阻存在于所有导体中,指的是在电压的驱动下对电子流动的阻力。在常温下,再好的导体都有电阻。也就是说,常温下有电阻是正常的,而没有电阻却是偶然或超然的了。亥克·昂内斯借着这个奇妙发现,将人类对宇宙的探索带入了一种全新的时代:探索零电阻的时代。

遗憾的是,发现超导现象仅仅3年后,人类就卷入第一场血腥的世界大战,使得超导研究的进展被阻。直到1932年,亥克·昂内斯和霍尔姆在实验中发现,隔着极薄一层氧化物的两块处于超导状态的金属,没有外加电压时也会有电流通过(这也许是后来超导理论中提出的“超导电子对”第一次的隐形发现)。1933年迈斯纳和奥森菲尔德二人发现了超导体的一个极为重要的“反磁悬浮”性质,即此文前面的图片所展示的现象,也是后来磁悬浮列车的前身。1935年德国人伦敦兄弟二人提出了一个超导电性的电动力学理论,为我们从理论层面上理解超导现象开了先河。

第二次世界大战后,超导在实验和理论两方面迅猛推进。人们发现,超导现象不仅仅存在于单元金属中,而且在二元和多元金属合金甚至氧化物中更为显著。到了1953年,也就是从1911年发现超导现象开始,刚好经过42年就发现超导的最低温度可从绝对零度的4.2度提升到当年的17.5度。顺便提一下,根据现有公开文献,迄今为止超导临界温度在中国已提高到153K,即零下120摄氏度左右。1987年3月27日,美国华裔科学家发现在氧化物超导材料中有转变温度为240K(即摄氏零下33度)的超导迹象。目前,已发现有46种元素和几千种合金和化合物可以成为超导材料。

在理论方面,最能解释超导现象的是由美国伊利诺斯大学的巴丁、库柏和斯里弗提出的超导电量子理论。他们认为:在超导态金属中,电子以晶格波为媒介相互吸引而配成电子对,无数电子对又相互重叠互换搭配为一整体流动,构成我们所观测到的超导电流。由于拆开电子对需要一定能量,因此超导体中基态和激发态间存在能量差,即能隙。这一重要理论预言了“电子对能隙”的存在,并成功地解释了超导现象,被科学家界称作“巴库斯理论”。这一理论的提出标志着超导理论的正式建立,使超导研究进入了一个新阶段。

现在我们来谈一谈超导现象和超导材料带给我们的启发。

首先,材料和温度是超导现象中至关重要的两个要素。液态金属汞的温度如果不被降到零下269度(即绝对零度4度),电阻不可能骤然降为零。今天做什么事,难处不在于没有合适的人或动力和信心,而是处处存在阻力。很多人在巨大的阻力下,悄然放下很多本是可以达成的事情。如果说材料是内因,那么温度就是外因,两者缺一不可。汞这个单一金属作为第一个超导体被发现绝非偶然,因为其与其它金属太不相同了,其它的金属绝大多数为固态,但汞却为少有的液态金属。液态金属不必解释,谁都知道,就在于其灵活性可塑性,而不固步自封,才可成为超导发现的首选材料。超低温不但将常温下液态的汞变成固态,而且叫其中的原子核各就各位,进入完全的安息。今天的人总喜欢热闹,而且还嫌闹腾得不够。神的救赎就是叫我们先进入完全的安息,在安息中得着复活的大能,使我们成为神合用的器皿。

当然,电阻也并非坏事,在一个世俗的世界中,电阻代表了人对罪恶最起码的抵御能力。但在参透人心肺腑的上帝面前,一切的阻碍都成为幼稚可笑。在谁都知道谁不过半斤八两的世人之间,过度的道貌岸然、披戴面具也不过是叛逆天使间假冒伪善的陋习。爱神并因此彼此相爱是人和人之间尽快在上帝面前进入“超导态”的最好境界。

其次,我们发现“配对”这个原则在超导现象中的反复出现。简单说,超导就是电子与电压的绝对协和行为。从材料方面看,原初的发现仅仅局限在单一金属中,而后超导的发现扩展到双元配对的金属合金和氧化物中。总括而言,超导材料可以分为四大类:单一金属,合金金属,金属氧化物,和陶瓷材料。而这四类又可归为两类:金属和金属氧化物(所谓的陶瓷材料就是多种金属氧化物构成的)。

常识告诉我们,异性相吸同性相斥。但是在超低温下,此规则被打破。超导金属中的所有带正电的原子核不单纹丝不动守住本位,构成“巴库斯理论”所说的“晶格波”,连原本互相排斥并自由飞舞的负电子之间,都奇妙的一一配对,形成奇妙不可思议的“电子对”,以致可以最后构成一个整体,产生不互相扯皮打架而是整体协调的超导电流。这样的配对原则对地与天、人与人、家与家、团体与团体、国与国的互动协和难道没有极大的启发意义?

第三,超导和永磁存在着必然联系,为永生和永恒提供了最好的注脚。我们生活在彼此间有隔阂而且彼此相爱超不出血缘的罪恶世界里,难怪人不能尊上帝的名为圣,祂的旨意也不能用“超导”的方式传与我们,好叫祂的旨意行在地上如同行在天上;人和人之间也既不能用“顺磁”的方式连成一对,也不能用“反磁悬浮”的方式减少彼此间不必要的摩擦。

最后,说到超导的外因,难道只有被迫的“超低温”才是超导的唯一选择?人非物质,乃是从天而来要回归天国的受造灵物。我们能否在上帝面前主动降温,悔改归向祂,进入祂早已预备的安息?我们能否在罪恶面前靠着上帝的大能对邪恶暗流说不,建起高高的能垒?

拿撒勒人耶稣用十字架为此作了最好的诠释。道成了肉身,上帝的旨意在祂的里面畅通无阻,上帝的大能在祂的身上彰显无遗,邪恶的势力撒旦在祂里面毫无所有。这样的人如果我们接受,岂不是领受上帝永远的慈爱?这样的人如果我们一直冷落不顾,岂不是主动弃绝上帝的大爱和自己在永恒里的奖赏,岂能逃脱火湖的审判?

在终极审判来临之前,会有中间的恩典地带。但在永恒里,如果不能与上帝建立毫无阻隔的超导关系,结局就是与祂永远的隔绝以至灭亡,不会再有中间地带。这就是为什么圣经说:人人必有一死,死后也人人都要复活,接受最后的审判。
最后更新于 2015-03-03 05:52:02

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