晏成和

192019年荷蘭著名物理學(xué)家卡梅林·昂內(nèi)斯首次將氮液化，獲得了4.6K（-268.4℃）的低溫。當(dāng)昂內(nèi)斯將金屬汞置于低溫液氮中，發(fā)現(xiàn)汞的電阻急劇下降，直至消失，電阻為零！這在當(dāng)時簡直是不可思議。這樣的現(xiàn)象叫做超導(dǎo)，其原理是什么?物理學(xué)面臨新的課題。

自從人類發(fā)明了用電，伴生的電阻就損耗了大量的電能，科學(xué)界就一直在努力找尋電阻最低的技術(shù)、材料。超導(dǎo)現(xiàn)象總是在溫度極低的條件下才發(fā)生，于是科學(xué)開始了向低溫世界的大進軍。人們把超導(dǎo)發(fā)生時的溫度稱做臨界溫度，人為地制作低溫是很麻煩的，顯然，臨界溫度越高超導(dǎo)材料的應(yīng)用就越方便，越有應(yīng)用價值，于是世界各國的科研大軍又致力于研制高臨界溫度的超導(dǎo)材料，超導(dǎo)材料開始進入實用階段。

面對電阻為零的超導(dǎo)，物理學(xué)應(yīng)該有個說道，于是，各種學(xué)說應(yīng)運而生：有的說在產(chǎn)生了電子隧道；有的說是在低溫條件下原子被凍僵了，還有的提出了電子唯象理論（建立在假定之上的理論），假定在低溫條件下兩個電子結(jié)成了庫伯對……但是隧道怎樣產(chǎn)生，原子如何凍僵？難有交代。

超導(dǎo)原理 物質(zhì)核外電子的運轉(zhuǎn)速率隨著溫度變化，溫度高——核外電子速率高；溫度低——核外電子速率降低。超導(dǎo)發(fā)生與溫度密切相關(guān)；溫度與核外電子運動密切相關(guān)。超導(dǎo)電阻為零，電流強大，與電子流動密切相關(guān)。所以超導(dǎo)及其所有特性必定是與核外電子的運動緊密聯(lián)系、休戚相關(guān)。

超導(dǎo)原理是：在很低的溫度下，物體的核外電子速率降低，達到臨界溫度，價電子運轉(zhuǎn)速率越來越低。核心習(xí)慣于高溫下的核外電子快速運轉(zhuǎn)，價和電子運轉(zhuǎn)緩慢，造成了原子暫時缺失價電子的現(xiàn)象。核心就挪用相鄰核心的價電子，相鄰核心又挪用，所有的核心都向某一方向近鄰挪用，于是形成外層電子公用。這種核外層電子公用的狀態(tài)就是物質(zhì)的超導(dǎo)態(tài)，核外層電子處于公用的狀態(tài)的物體就是超導(dǎo)體。

核心把公用的電子流當(dāng)成自己所需求的核外電子，用核心的庫侖力（原子核吸引核外電子使電子繞核運轉(zhuǎn)的力）去輸運它，讓其在自己身邊流過。這樣，公用的電子雖然沒有繞核運轉(zhuǎn)，但每一瞬時從核心身邊流經(jīng)的電子較多，部分地滿足核心對電子的需求。

溫度降低，電子運轉(zhuǎn)緩慢，超導(dǎo)體內(nèi)形成了較大的電子空位，電壓波暢通。價電子在電壓波作用下順勢移動，形成了核外電子公用的電子流——超導(dǎo)電流。核心把外來（公用）的電子流當(dāng)成自己所需求的電子一部分，用核心的庫侖力去順勢輸運它，讓其在自己身邊流過，于是超導(dǎo)電流不僅不受到阻力，而且還獲得了一份來自核心的輸運力。在原子庫侖力的接力輸送下，電子暢通無阻，形成了電阻為零的超導(dǎo)現(xiàn)象。

超導(dǎo)現(xiàn)象的特征，一是在低溫條件下價和電子降低速率，形成外電子公用；二是超導(dǎo)時公用電子的流動不僅不受到阻力，而且還獲得了一份來自核心的輸運力。背離了這兩大特征，超導(dǎo)就無從談起。

物質(zhì)的超導(dǎo)特性與溫度密切相關(guān)，而且極有規(guī)律性。再一次為核外電子的運轉(zhuǎn)線路、速率決定物質(zhì)的各種特性；電子運動的線路、速率的變化決定物質(zhì)各種特性的論點提供了有力的例證。那些拋開電子規(guī)律運動、費盡心機造作的庫伯對理論只能是曇花一現(xiàn)。

正是因為超導(dǎo)電流獲得了核心的輸運力，所以它能像常態(tài)的核外電子那樣永恒不斷地運動，流速均衡、電阻為零，保持永恒的電流。超導(dǎo)發(fā)生是大量的電子群集流動。大量電子的定向運動，伴生很強的電磁波，伴生著極強的磁場。由此產(chǎn)生超導(dǎo)的另一個重要物理特性：超導(dǎo)的抗磁性——邁斯納效應(yīng)。

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