香港知名国际媒体“南华早报”在报道了这一新闻之后,有美国网友在这则新闻下评论称,感谢南华早报的报道,我们甚至没有在纽约时报或者BBC上看到一丁半点儿相关的资讯,也许这些报刊与美国科研人员在一条船上——制造谎言。

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超导物理学领域长久以来追逐的一种理想状态,即在常规温度和压力条件下实现零电阻特性的物质。若能寻觅到此类材料,将为电力及电子学领域带来翻天覆地的变革。然而,是否真有此种材料实际存在呢?今年初,一份宣称已实现常温超导现象的论文在权威学术期刊《自然》公布,引发了全球各领域研究者的瞩目。然而,这篇论文却遭到多个中国科学团队的质疑,他们无法在自身实验环境中复现美国研究者的实验结果。最终,该论文在11月7日被《自然》主动撤回。

什么是超导体?

超导体作为一类在特定温度与压强环境下表现出阻抗为零特性的材料,它能够以无损耗的方式进行电流传输。超导体的出现将有望深刻变革我们生活中的电力及电子技术领域,如有助于提升电网运作效率、研发更为强劲的磁力装置以及积极推动量子计算机的发展等等。然而,现阶段已知的大多数超导体,其超导属性均需在低温或高压环境下才能得以呈现,这无疑对其实际应用造成的巨大制约。为此,物理学家们始终致力于寻找能在常温和气压条件下实现超导性能的新型材料,这便我们所称谓的“常温超导体”。

关于超导体的探索历程可追溯至1911年,那年荷兰著名物理学家海尔·卡尔·恩内斯特通过研究首次在水银中揭示了超导现象的存在。因此,海克·卡末林·昂内斯荣获1913年诺贝尔物理学奖可谓实至名归。自那以后,物理学家们接连不断地发现了各种新的超导材料,如铅、铌、铁、铜氧化物等。然而,这些材料展现出超导特性所需的最低温度普遍较低,通常接近甚至低于宇宙平均温度(-273.15°C),这使得人们不得不依赖液氮或者液氦之类的冷却媒介以满足实验需求,从而大大增加了超导实验操作的成本以及复杂程度。

针对如何实现常温超导的问题,物理学家们提出了诸多理论模型与假说,如BCS理论、高温超导理论以及金属氢理论等等。值得注意的是,后者金属氢理论提出,在异常高的压力环境下,氢气体可能转化成金属形态,呈现有超导性能。这个理论激发了大量的实验研究能量,但遗憾的是至今尚未有任何明确证据证明该理论的真实性。直至2017年,来自美国哈佛大学的艾萨克·西尔弗阿教授及其学生兰加·迪亚斯教授宣称他们成功地在495GPa的极端高压环境下制造并观测到了金属氢,且观察到了超导行为的迹象。然而,不久后这一结果却遭到了众多科学家的质疑,因其成果无法再现此前实验现象,且相关样品在运输途中不慎遗失。

美国研究者的论文内容

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尽管有关金属氢的争议尚未得到妥善解决,卢西安·迪亚斯教授及内华达大学拉斯维加斯分校的物理系教授阿什坎·萨拉马特联手发表了一份全新研究报告,宣称他们通过将氢气引入碳化硫元素中,成功制造出一种具备独特性质的化学产物。这一化学制品在常规环境温度以及相当低的压强水平下展现出极度的导电性能。为了支持他们的理论,他们还提供了一系列详细的实验数据以及高质量的图像资料加以论证。这份包含重要科学发现的论文于今年3月被载入世界著名学术期刊《自然》之中,迅速引发了全球范围内的热议和探讨。

据两位学者所述,他们采用一种名为“金刚石对顶砧”(diamond anvil cell)的实验设备,将碳化硫与氢气融为一体,并对其施以高压以催生化学反应的产生,进而生成了一种全新的化合物——碳化硫氢化物。进一步的测试揭示该化合物在特定环境条件下的阻抗与其温度之间存在负相关关系,即温度越高则阻抗越小。这种现象在15摄氏度以及267千帕的环境下达到极值——阻抗降低至零,揭示了在此低温、高压环境下该物质超级导电性的特性。此外,他们还运用了一种名为拉曼散射光谱仪的尖端科技手段,用以深入探析这种新化合物的构成和元素组成。基于上述实验结果,两位专家推测得出,这种化合物可能是由碳、硫、氢三种基本元素紧密结合而成的晶体状分子结构,其中的氢原子借助氢键形成强大的分子连接力,从而实现了其卓越的导电性。

值得注意的是,该论文的新颖之处在于两位学者成功地在常态环境下观测到了超导现象,并且实验过程中所受压强显著低于先前报道过的同类实验。因此,这项研究无疑为寻求室温超导材料带来了全新的思路和方向,同时也为阐明超导原理提供了一个全新的思维模式。然而,也应指出,文章的实验仍需在极高压条件下进行,同时论文提供的数据和图像并不足够明确和全面,可能会给其他科研工作者的复核和确认造成困扰。

中国科学家的质疑和验证

自美国科研工作者的研究论文发布之日起至始至终,始终牵引着众多中国科学家们的目光。他们紧随其后,迅速组建多支精锐队伍,全力以赴地尝试重现对方的实验方法及成果。然而遗憾的是,所有的尝试均未能如愿以偿,甚至发现了诸多令人疑虑重重的问题,例如材料来源模棱两可、实验操作未尽规范以及数据处理不够透明等。中国科学家们深感忧虑,并主要对以下几点进行强烈的质疑。

  1. 关于材料的来源与纯度:在美国科研工作者的论文中并未明确揭示其所采用的碳化硫的具体来源及其纯度,亦未提供任何关于此化学品的化学分析报告。这无疑增加了实验的复现难度,因为不同产源的碳化硫在杂质含量与分子结构上往往会有所差异,进而干扰到实验结果的有效性。

  2. 关于实验的操作与测定:同样在该篇论文中,涉及实验的操作步骤及监测过程的部分并未被详尽阐述,更无任何有关实验过程的录像资料或原始数据用以参考。这样一来,实验的可靠性便大打折扣,因为不适当的操作方式与测量手段可能会引入额外的误差与偏倚,最终影响实验得到的结论。

  3. 关于数据的处理与分析:对于美国科研人员所展示的实验数据,他们并未详细阐明数据处理及分析的方法,同时也未附带展示任何统计学证据或是误差分析。这种模糊的信息公示无疑使实验的可靠程度备受怀疑,若数据处理及分析过程不当,甚至会引发数据造假或误导的嫌疑,使得实验结果失去了其可信性。

  4. 关于结果的解释与论证:在论文中所呈现的实验结果虽略显新颖,但并未得到深入的解释与充足的论证,并且也没有与其他相关的理论框架和实验结果进行对比与探讨。正是由于缺乏足够的理论基础支撑与实验验证,使得实验所得结果的真实性与超导特性难以得到证实,可能仅仅是其他物理效应的产物而已。

我国学者进一步深入验证相关科研成果,主要包括以下几个方面:

  1. 制备工艺:使用多种制造方法和多元材料作为原材料,并调整不同气压的氢气环境以制备特定类型的碳化硫氢化物。此外,借助X射线衍射、红外光谱、扫描电子显微镜等先进技术,对样品的构造和成分进行深度解析。他们发现在本领域的核心关键数据如形貌布局和诸多数值上,其研究成果有着显著区别,并且并未观察到氢键的存在。

  2. 电阻测试:在广泛分析温度、压力以及电极、电流等因素对电阻性能的影响后,运用四探针法、霍尔效应、磁化率等领先技术,对样品电阻进行全面检测。结果证实,虽然碳化硫氢化物与美国同行所报道的电阻变化趋势相似,但当温度趋近零度时,并未观察到文献所记载的零阻现像。

  3. 比对论述:仔细对比两国学者完成的实验数据,深入讨论并审慎分析相关论文内容,由此产生了一系列的疑问和挑战,尤其集中在电阻瞬间剧烈变化、超导温度大幅波动、超导压力有限范围以及超导性质本身等方面。我国学者指出发现的这些疑点可能源自实验误差、原料差异、测算错误或者其他未知的物理影响因素,而并非真正的超导现象。

论文的撤回和影响

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在中国科研人员的质疑之下,美国学者的一份学术论文引起了《自然》期刊的关注并受到了严格审查。最后,该论文的11位署名作者中,包括Salamat教授在内的8人提出了撤稿请求。依据他们的说法,论文对材料来源、实验测量及数据处理描绘不足,从而导致论文完整性受损。Dias教授与其他两位作者对此暂未表明立场。值得注意的是,这已经是Dias教授与Salamat教授所撰写的第三篇遭撤稿的权威学术论文。他们的前两次皆因同样理由被《自然》与《物理评论快报》无一幸免。这次事件对于超导领域无疑带来了深刻的打击,同时也警示了整个科学界务必严格遵守规程和责任心。

关于此次事件的背景和其深远含义,可从以下几个角度进行深入剖析:

  1. 超导研究的挑战与机遇:超导研究作为物理学领域的热门领域之一,涵盖了众多复杂且尚未揭示的物理现象与机理,具有极大的应用前景与发展潜力。但同时,超导研究亦面临诸多困局,如实验所需苛刻条件、实验结果/理论解读难以重复验证、实验数据易受误差干扰等。正因为如此,从事超导研究需具备高昂的创新精神和毅力,同时保持极高的严谨度和诚实守信。

  2. 科学研究的规律与责任:科学研究一直以来都是人类探寻自然、推进社会发展的关键手段,它要求科研人员严格按照科学方法及其原则展开工作,确保科研成果的客观性与有效性。科学研究也是人类文明与价值观的最佳载体,呼吁科研人员坚守科学的精神和道德观念,以实现科研活动中的公正性和责任制。科学研究不仅仅是个体事业的追求,更是全社会共同的珍贵财富和义务。因此,从事科研活动亦应有较高水平的专业素养和职业技能,还须自觉遵守各项规定和履行应尽职责。

  3. 国际科研合作与竞争的环境和模式:国际科研合作与竞争已成为当今科研环境的重要特征和驱动力,为科研活动的拓展和深化注入了勃勃生机,同时也彰显了科研的多元性和生命力。这种合作与竞争景观需要建立公开、平等、开放的平台和运作机制,使来自各国与地区的科学家得以共享和使用资源以及科研成果,互相学习、共同监督科研成果的品质和影响力。此外,必须制定合理且公正的规则和标准,激励科学家们依照遵循科研的权利和义务,以及彼此尊重及信任科研的尊严和价值。号召国际科研协作和竞争需要良好的沟通和协调,以及提高对对方认可和支持的认识。

综合来看,此事件堪称深刻剖析科研领域魅力与挑战的典型例证。既揭露了超导研究的独特吸引力以及所面临的技术难题,又凸显出科学研究的重要地位及其复杂多元特性,还印证了国际合作与竞争的现实必要性及严峻挑战。愿由此事件引发对超导与科学研究的积极反思,推动其不断提升优化;同时也期望为国际间的科研协作与竞争注入正能量,助其实现良性发展。期盼未来的超导研究能再创佳绩,科学研究也能揭示更多未知的真实与美妙。