逍遥右脑 2018-10-25 16:48
晏成和
192019年荷兰著名物理学家卡梅林·昂内斯首次将氮液化，获得了4.6K（-268.4℃）的低温。当昂内斯将金属汞置于低温液氮中，发现汞的电阻急剧下降，直至消失，电阻为零！这在当时简直是不可思议。这样的现象叫做超导，其原理是什么?物理学面临新的课题。
自从人类发明了用电，伴生的电阻就损耗了大量的电能，科学界就一直在努力找寻电阻最低的技术、材料。超导现象总是在温度极低的条件下才发生，于是科学开始了向低温世界的大进军。人们把超导发生时的温度称做临界温度，人为地制作低温是很麻烦的，显然，临界温度越高超导材料的应用就越方便，越有应用价值，于是世界各国的科研大军又致力于研制高临界温度的超导材料，超导材料开始进入实用阶段。
面对电阻为零的超导，物理学应该有个说道，于是，各种学说应运而生：有的说在产生了电子隧道；有的说是在低温条件下原子被冻僵了，还有的提出了电子唯象理论（建立在假定之上的理论），假定在低温条件下两个电子结成了库伯对……但是隧道怎样产生，原子如何冻僵？难有交代。
超导原理 物质核外电子的运转速率随着温度变化，温度高——核外电子速率高；温度低——核外电子速率降低。超导发生与温度密切相关；温度与核外电子运动密切相关。超导电阻为零，电流强大，与电子流动密切相关。所以超导及其所有特性必定是与核外电子的运动紧密联系、休戚相关。
超导原理是：在很低的温度下，物体的核外电子速率降低，达到临界温度，价电子运转速率越来越低。核心习惯于高温下的核外电子快速运转，价和电子运转缓慢，造成了原子暂时缺失价电子的现象。核心就挪用相邻核心的价电子，相邻核心又挪用，所有的核心都向某一方向近邻挪用，于是形成外层电子公用。这种核外层电子公用的状态就是物质的超导态，核外层电子处于公用的状态的物体就是超导体。
核心把公用的电子流当成自己所需求的核外电子，用核心的库仑力（原子核吸引核外电子使电子绕核运转的力）去输运它，让其在自己身边流过。这样，公用的电子虽然没有绕核运转，但每一瞬时从核心身边流经的电子较多，部分地满足核心对电子的需求。
温度降低，电子运转缓慢，超导体内形成了较大的电子空位，电压波畅通。价电子在电压波作用下顺势移动，形成了核外电子公用的电子流——超导电流。核心把外来（公用）的电子流当成自己所需求的电子一部分，用核心的库仑力去顺势输运它，让其在自己身边流过，于是超导电流不仅不受到阻力，而且还获得了一份来自核心的输运力。在原子库仑力的接力输送下，电子畅通无阻，形成了电阻为零的超导现象。
超导现象的特征，一是在低温条件下价和电子降低速率，形成外电子公用；二是超导时公用电子的流动不仅不受到阻力，而且还获得了一份来自核心的输运力。背离了这两大特征，超导就无从谈起。
物质的超导特性与温度密切相关，而且极有规律性。再一次为核外电子的运转线路、速率决定物质的各种特性；电子运动的线路、速率的变化决定物质各种特性的论点提供了有力的例证。那些抛开电子规律运动、费尽心机造作的库伯对理论只能是昙花一现。
正是因为超导电流获得了核心的输运力，所以它能像常态的核外电子那样永恒不断地运动，流速均衡、电阻为零，保持永恒的电流。超导发生是大量的电子群集流动。大量电子的定向运动，伴生很强的电磁波，伴生着极强的磁场。由此产生超导的另一个重要物理特性：超导的抗磁性——迈斯纳效应。