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室温超导“突破”和其他故事

在这些艰难的时期,强制在家工作为物理学家和天文学家带来了显著的成果。

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物理学家在他们的厨房里制造了一个超导体。图片来源:Timokhin & Mishchenko/arXiv

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科学界一项尚未解决的巨大挑战是制造能在室温下工作的超导体。现在,在本月初发表的一篇非凡论文中,伊万·季莫欣(Ivan Timokhin)和阿尔乔姆·米申科(Artem Mishchenko)在COVID-19封锁期间在家工作时,实现了室温超导。

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第一批“高温”超导体——那些在零下200摄氏度以上表现出超导性的材料——发现于20世纪80年代。这些超导体由钇钡铜氧化物制成,这是一种陶瓷材料,其临界温度约为零下166摄氏度。

从那时起,物理学家发现了临界温度逐渐升高的材料。最近的兴奋点集中在稀土氢化物上,例如LaH10,它在零下23摄氏度下表现出超导性,尽管需要超过一百万倍大气压的巨大压力。但最终目标是找到能在室温下工作的超导体。

Timokhin和Mishchenko表示,他们最终使用一种新颖的方法解决了这个问题。“他们说,‘我们没有提高超导体的临界温度Tc,而是将房间的温度降低到合适的Tc值。’”

他们的方法很简单。他们建造了一个小型模型房间,里面放着一块钇钡铜氧化物颗粒。然后他们将房间的温度降至零下193摄氏度,并观察到这块颗粒的超导性。瞧!室温超导。

牛津大学的一组天文学家也取得了一项重要成果。由特里利安·波马尔古(Trillian Pomalgu)和马文·F·佩德博斯特(Marven F Pedbost)领导的这个团队重新定义了宜居带的概念,即围绕恒星可能支持生命的区域。

这个团队,其中包括来自当地知名酒馆Lamb and Flag的电视明星克里斯·林托特(Chris Lintott),指出该领域的大多数工作都集中在可能适合居住的行星上。“然而,直到现在,很少有工作致力于确定哪些潜在宜居行星实际上值得存在,”他们说。“为此,我们提出了‘真正宜居带’,其定义是围绕恒星的一个区域,在该区域中,可接受的金酒和奎宁水可能非常丰富。”

这是一项重要的工作。“天文学家长期以来一直对酒精感兴趣,”研究人员说。

他们接着说,真正宜居带内的行星可能可以通过詹姆斯·韦伯太空望远镜(NASA的下一个太空观测站)观测到。该望远镜原计划于2007年发射,但目前计划于明年发射。“我们建议真正宜居带内的行星应成为JWST的早期目标,因为到那个东西最终发射的时候,我们都将需要一杯酒,”他们总结道。

如果NASA需要一种方法来寻找JWST的其他目标,他们不妨与温哥华不列颠哥伦比亚大学的道格拉斯·斯科特(Douglas Scott)交谈。他与长期合作者阿里·弗罗洛普(Ali Frolop)合作,提出了一种识别可能支持生命系外行星的新方法。

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新方法采用纯逻辑。斯科特和弗罗洛普从一个著名的推理例子开始,然后将其应用于寻找可能存在生命的行星的任务。推理过程如下:

A) 所有大象都是灰色的 B) 老鼠是灰色的 C) 因此,老鼠是大象

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“在宇宙中寻找其他生命遵循类似的辩证思维形式,”斯科特和弗罗洛普说。

A) 地球有生命 B) 其他一些地方像地球 C) 因此其他一些地方有生命

“我们认为这不仅在逻辑上是健全的,而且扩展这种推理为我们提供了一种方法,可以挑选出更有可能发现生命的特定地点,”他们说。“根据纯逻辑,任何与地球相似的特征都应该使生命成为必然。”

为了证明这项技术的有效性,斯科特和弗罗洛普用它来预测天文学家已经确定为潜在生命宿主的目标。例如:

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A) 地球以字母 E 开头 B) 欧罗巴和恩塞拉多斯以字母 E 开头 C) 因此欧罗巴和恩塞拉多斯应该有生命

事实上,欧罗巴和恩塞拉多斯因其潜在的生命存在性而正在被天文学家研究。

或者

A) 地球包含五个字母 B) 泰坦有五个字母 C) 因此泰坦是生命的明显目标

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考虑到土卫六(Titan)以T开头,与拉丁语中表示地球的Terra相同,这一证据变得更加有力。

当然,天文学家已经确定土卫六是另一个可能存在生命的天体。显然,纯逻辑具有巨大的潜力,可以走得更远。

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这种强大的思维方式难以反驳。事实上,斯科特和弗罗洛普相信它将开启天体生物学的一个全新方法。“我们希望这些想法中的一些能够通过未来的目标系外行星观测以及SETI搜索来进一步研究,”他们总结道。

天文学的一大优势在于它能让从业者对完全不相关的科学领域产生洞察力。以气象学为例,这是一个与许多天文学家心心相印的领域。现在,帕萨迪纳加州理工学院的迈克尔·B·隆德的经验使他能够发展出一种新的气象理论,该理论最终可能解决低降雨地区的干旱问题。

隆德指出,他在洛杉矶附近的帕洛玛天文台的观测与降雨量增加密切相关。例如,在16个夜晚的时间里,他经历了超过4英寸的降雨,这比预期多出三倍多。“这种降雨量偶然发生的可能性远低于1%,”他说。

这种惊人的相关性使他提出了一种创新的新方法,可以在急需水的地区产生降雨:望远镜分配委员会应该在遭受干旱的地区给予隆德观测时间,这将立即带来降雨量的增加。

所有相关人员都贡献了鼓舞人心的工作。


参考文献:2020年4月1日 - 本文中提及: 室温超导问题的新方法 定义真正宜居带 生命探索与新逻辑 造雨:给我望远镜时间如何减少干旱

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