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金属氢，你真的来过吗？
　杨京宁　日　侨乡科技报　浏览： 次
新闻摘要：科学家早就怀疑氢可以作为金属在宇宙的某些部分存在。在历经近一个世纪之后，当哈佛大学的科学家们看到位于金刚石对顶砧中间的氢样本“闪闪发光”的那一刻，似乎意味着人类终于将曾经的理论变为现实——创造了这个星球上最稀有的，也是最有价值的材料：金属氢。
科学家早就怀疑氢可以作为金属在宇宙的某些部分存在。在历经近一个世纪之后，当哈佛大学的科学家们看到位于金刚石对顶砧中间的氢样本&闪闪发光&的那一刻，似乎意味着人类终于将曾经的理论变为现实&&创造了这个星球上最稀有的，也是最有价值的材料：金属氢。
　　但是，2月22日英国《独立报》披露，由于操作失误，这份弥足珍贵的样本已损毁或消失。
　　据《独立报》介绍，首个金属氢样本被&夹&在两粒极小的钻石之间，所处压力比地球内部核心的压力更大，所处温度则近乎绝对零度。然而，当研究人员试图用激光测试具体压力值时，随着一声异响，其中一粒钻石碎为粉末。由于钻石损毁，夹在中间的金属氢样本也不见影踪。
　　一些物理学家质疑，西尔韦拉等人或许从未真正造出过金属氢样本。针对这类质疑，西尔韦拉态度坚决：&我们有足够证据显示，毫无疑问那是（氢的）金属形态&&我对各项测量数据完全有信心。&西尔韦拉表示，研究团队准备按照先前的方法重新造出一份金属氢样本。
　　其实，任何创造的过程都必须要回答三个问题：为何要创造？怎样来创造？如何证明成功？对于金属氢，我们必须要承认一个事实&&经过漫长的探索，至少到目前为止，人类只回答了前两个问题，对于最重要的第三个问题，我们还欠一个&答案&。
　　1 被称为高压物理学界的&圣杯&？
　　最近，一个叫做&金属氢&的名词似乎成了&网红&，频频见于各种新闻的标题中，被称为&突破性、革命性的发现&。确实，当1月26日的美国《科学》杂志刊登出《哈佛大学科学家已经创造出金属氢这种物质》的论文时，几乎全球物理学界的目光都被吸引过去。只因在此之前，地球上并不存在金属氢这种物质。
　　顾名思义，金属氢指的是金属状态的氢。它不仅以固体的形式存在，还具备&导电&等金属才有的特殊性能。其实，早在20世纪30年代，美国著名的物理学家E&P&维格纳等人就曾预测，在一定的压力下，氢可以呈现出金属的特有属性。
　　从气态到金属，可不仅仅是状态的变化那么简单。一旦完成&变身&，成为金属的氢会拥有不可思议的&超能力&。
　　首先，根据理论预测，金属氢作为超高含能物质的能量密度高达218kJ/g，是TNT炸药（4.65kJ/g）的约50倍，是综合性能最好的奥托金HMX炸药（5.53kJ/g）的约40倍。换句话说，金属氢的爆炸威力是现在高能炸药的四五十倍之多，这可以用于制造更高威力的炸药和发射药。
　　举个例子，二战时期，美国密苏里号战列舰406 毫米口径的主炮，一枚高爆炮弹重达 862 千克，弹头里装药约 70 千克，如果换成金属氢，相当于同样尺寸的弹头里装载了约3吨的高爆炸药，威力可想而知。
　　除了常规武器，金属氢还能帮人类研制出新一代的氢弹。目前的氢弹都是通过原子弹爆炸引发核聚变反应，进而实现氢弹的爆炸。正因为如此，无论原子弹还是氢弹都会带来巨大的核污染。如果可以大量制备出金属氢，利用金属氢爆炸的威力引发核聚变，那么这种新一代的氢弹爆炸后将十分&干净&。
　　当然，除了军事用途，金属氢在民用领域同样具有广泛的前途。在理论预测中，金属氢是一种常温超导体。用金属氢制作导线，可以避免输电损耗；用它制作发电机，可以大幅度降低重量和提高输出功率； 用在磁悬浮技术中，则会让超高速磁悬浮列车研究取得质的突破；而核磁共振这种医疗设备如果使用金属氢，则会大大降低制造和使用维护成本，同时也更精确。
　　另外，金属氢的超高能量密度在航天领域也有很大应用，如果用金属氢做火箭燃料，理论比冲可达约1700秒，是目前比冲最高的氢氧发动机的近4倍，可以轻松做到火箭单级入轨，带来太空发射能力的革命。
　　正因为有如此多的&超能力&，在金属氢理论被提出之后的80多年里，世界各地的研究人员争相尝试，想把预测变成现实。然而，尽管他们先后制成了金属碘、金属硫等物质，却始终在氢上&栽跟头&，一直没有成功。于是，金属氢便渐渐有了&高压物理学界的圣杯&的名头。
　　2 把氢变成金属究竟有多难？
　　回答这个问题，我们先要来说说它的制造过程。
　　&制造金属氢有几个环节，先对氢气施加压力，让它成为液态，然后再施压，让它从液态变为固态。&中国科学院高能物理研究所研究员刘鹏对记者说，&但固态不等于金属态，只有具备了导电性能，才可以被称为金属氢。&
　　要让固态的氢导电，就必须让组成它的氢分子打开化学键，变成一个个氢原子。打个不算恰当的比方，氢分子就像手拉着手围成一圈的小朋友，而打开化学键就是让他们松开手，变成一个个独立的个体，也就是氢原子。由于原子周围存在大量的可以自由移动的电子，当那些电子定向移动的时候会产生电流，也就意味着能导电了。
　　当然，化学键不是轻易能打开的，需要施加非常强大的外力。据西尔韦拉和他的博士后研究员兰加&迪亚兹(Ranga Dias) 介绍，他们在实验时，将样品置于高达495千兆帕斯卡(大约相当于488万个大气压)的压力下，而这个数值甚至超过了位于地球中心的压力值。
　　看到这里你可能会问了，这么大的压力是从哪儿来的呢?答案就是&&金刚石对顶砧。
　　&所谓金刚石对顶砧，是将两块金刚石的尖头相对挤压，从而给夹在中间的物质施加压力。&刘鹏一边说一边举起两只手掌，做出互相接近、挤压的动作。&我们都知道，在压力一定的情况下，受力面积越小，压强越大。因为金刚石尖头的面积非常小，一般只有几十微米，所以当我们通过金刚石给中间的氢样品施加压力时，就会产生极大的压强，促使分子链断裂，从而使氢拥有导电性能。&
　　在刘鹏看来，制成金属氢的一大技术难点就在于这个金刚石对顶砧设备。&目前我们北京的设备还做不出这么大的压力。有时根据情况需要，我们会使用激光加温等辅助手段，可即便这样，能施加的最大压力也只能到300千兆帕斯卡。&此外，这项实验对金刚石品质的要求也非常高，金刚石的结构越完美，抗压能力越好，要承受如此大的压力，金刚石绝对不能轻易碎裂，&所以哈佛大学的科学家们能找到合适的金刚石，再加工成实验需要的形状，其实也是很有难度的。&刘鹏说道。
　　3 是不是金属氢究竟怎样证明?
　　哈佛在实验室制造的究竟是不是百分百的&金属氢&，现在还备受质疑，要想&验明正身&，需要一系列的详细数据和验证方法。
　　西尔韦拉教授在接受采访时曾说，&那时候研究团队正在进行实验，大家都认为我们很有可能实现这一目标。后来他们给我打电话说，&样品闪闪发光 !&我马上跑下去看，发现真的是金属氢 !&而对之后进一步的实验测试，却显然有些含糊其辞，&我立即说，我们必须进行测量确认，所以我们随后重新安排了实验室&&我们就是这么做的。&
　　这一表述造成了刘鹏的疑虑，&在这则公开报道中，哈佛没有说明进一步测试是什么。他们对金属氢的判定显然借助于可见光&&种不太可靠的方法。&
　　为了向记者解释清楚，他随手拿起桌子上的一只遥控器。&比如这个东西，从表面上看，它是一个遥控器，但它有没有相应的功能是凭肉眼看不出来的？目前哈佛只能证明，他们创造的物质具备金属氢的一些特征，但并不能完全说服别人，它百分之百就是金属氢。&
　　不光是刘鹏，国际上的权威学者对此也是充满了质疑。
　　卡内基科学研究所的地球物理学家亚历山大&戈查罗夫就曾经对《自然》杂志表示，研究者观察到的闪亮金属到底是不是氢还远不清楚。戈查罗夫此前也批评过西尔韦拉实验室的研究方法。他提出，这种闪亮的金属可能是氧化铝。压砧的金刚石压头上镀了一层氧化铝，而且氧化铝在高压下也可能出现不同的表现。
　　法国原子能委员会的物理学家保罗&卢贝尔和另一些科学家则认为，金刚石对顶砧内压力与调节螺钉之间的校准不精确，西尔韦拉高估了他们取得的压力大小。英国爱丁堡大学的物理学家尤金&格里高利兹则认为，部分问题在于，这两位研究者只在最高压力下对样品进行了一次详细测量，使人们难以看出压力在实验过程中是如何变化的。
　　&要想说服众人，他们得重做一次测量，真正测量出压力的演变&，卢贝尔说。&然后，他们还必须证明氧化铝在这样的压力范围下不会变为金属态。&
　　据刘鹏介绍，要证明这个物质就是金属氢，必须测试它的内部结构并公布相关的数据，&最直接的测试方法就是同步辐射。&
　　在物理学领域，有一种设备叫同步加速器，用于高能物理的对撞实验。20世纪中叶，人们无意中发现，同步加速器运转的时候会产生很强的辐射，而这种辐射的性能非常优异，因为是从同步加速器上发现的，所以这种辐射就被命名为同步辐射。
　　同步辐射重点发展的实验技术是光学，通过X射线、&射线、红外线和紫外线等，将某种物质的原子、分子结构看清楚。
　　&我们肯定创造金属氢的意义，但更期待哈佛能拿出更直接、详细的实验数据。&刘鹏笑着说。
　　4 哈佛&创造&金属氢只是噱头？
　　&没有达到亚稳态，哈佛大学的金属氢是根本不能用的。&在接受记者采访时，中国科学院院士、粒子物理、理论物理学家何祚庥坦言，&我认为这个发现的意义被夸大了。&
　　何祚庥所说的亚稳态，指的是当施加在某种物质上的外力消失后，该物质还能在一定时间内维持原来的状态。放在金属氢上讲，就是即便停止施加巨大的压力，氢样品也不会马上恢复成氢气，并仍具备导电性能。换句话说，如果外力消失就化作气体，现在谈金属氢的任何应用都将是天方夜谭。
　　&至少我们现在看不到任何数据能证明金属氢已经实现了亚稳态，&何祚庥说，&而能够通过外力拥有金属性的物质实际上有很多，所以氢也称不上是稀奇。
　　不过关于这一点，刘鹏有不同的看法。&哈佛的实验毕竟让我们知道，世界上是有这种东西存在的，而一项研究从实验室走向应用，往往需要一个漫长的过程。&
　　在他看来，金属氢的出现是一个开始，而这个&开始&本身，已经具备足够重要的意义。
　　&举个例子，2003年的SARS想必很多人都记忆犹新，当时我们刚上了一条试验线，就把这个病毒的主要蛋白质的结构测试出来了。&刘鹏说道，&可能有人会说，知道这个病毒的结构也不能治病啊，我们想要的是真正的药。但其实，这二者之间的距离并不远。任何的药剂都有研发过程，你想做这个药，得先知道这个病毒是怎么回事儿，它的结构是什么。
　　知道结构了，就可以知道它的作用机理是什么，为什么会对人体造成损害，这个病毒存活的关键是什么，然后我们就可以想办法去破坏它、抑制它。当经过实验，发现病毒的活性丧失了，就可以开发这种药并投入使用了。&而当我们回溯过去，会发现一切的开始恰恰是对SARS这种病毒的探索。
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固体金属态氢
固体金属态氢即的固体金属状态。这是一种新的物质形态，这种状态的氢通常存在于大型行星或太阳内核之中，分子分离成单原子，电子的行为特征像金属电子一样。[1]
2016年1月，英国爱丁堡大学科学家利用钻石对顶砧制造出某种极端高压状态，从而生成固体金属态氢。
固体金属态氢研究历史
早在80多年前，这种状态的氢首次在理论中被提出。从40多年前开始，科学家们一直在努力尝试再造这种状态的氢，但均未能成功。此次英国爱丁堡大学科学家利用钻石对顶砧对氢实施压缩到前所未有的高压状态，从而证实了这种罕见的“金属态氢”的存在。“金属态氢”状态不稳，科学家此前也从未见过“金属态氢”。
在过去30年间，在无数次的高压实验中，科学家们都声称制造出金属态氢，但后来这些实验结果都被证明无效。
2016年1月，英国爱丁堡大学科学家利用钻石对顶砧制造出某种极端高压状态，从而生成固体金属态氢。
固体金属态氢存在部位
太阳和太阳系的大型行星的内核主要由这种高压形式的元素构成。比如，木星和土星的内核被认为主要由这种形态的元素构成。
固体金属态氢产生条件
英国爱丁堡大学研究团队利用钻石对顶砧制造出某种极端高压状态，即生成“第五状态氢”所必需的压力状态，将氢压缩成新的固体状态。为了达到“第五状态”，研究团队所实现的压力相当于325万个地球大气压。科学家们利用激光显微拉曼光谱仪观测到了这种状态的变化，从而通过实验证明了氢的这种不寻常特性。　在这种极端高压状态下，分子开始分离成单原子。研究人员发现，电子的行为与金属电子的行为特征相似。尽管此次实验比此前的实验迈进了一大步，但科学家承认还需要继续努力加以佐证。此外，为了生成单纯的原子和金属状态可能还需要更大的压力。[2]
．新浪[引用日期]
．环球网[引用日期]美国科学家创造出金属氢 或称为超导全新材料（全文）_网易新闻
美国科学家创造出金属氢 或称为超导全新材料（全文）
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（原标题：美国科学家创造出金属氢 或称为超导全新材料）
参考消息网1月28日报道 路透社1月26日报道称，美国科学家给氢施加极强的压力，使之变成金属，从而造出一种全新材料，或许可在室温下作为一种高效的导电体。这项今天刊登在美国《科学》周刊上的发现，首次证实物理学家希拉德&贝尔&亨廷顿和尤金&威格纳1935年提出的理论，即通常为气体的氢在极大压力下可能变成金属形态。几个研究团队一直在竞相研制金属氢，它因可能成为一种超导体而极其珍贵。目前，用于核磁共振成像仪等机器的超导体都必须用液态氦来保持极低的温度，费用高昂。该研究报告作者之一、哈佛大学物理学家艾萨克&西尔韦拉在一份声明中说：&这是高压物理学领域的圣杯。&他还说：&这是地球上有史以来的第一个金属氢样本。所以在面对它的时候，你看到的是以前从未存在过的东西。&未参与该研究的伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校物理学教授戴维&切珀利说，如果得以证实，这一发现将终结对于氢能否变成金属的长达数十年的探求，让人们对宇宙中这种最常见的元素获得更多认识。为了实现这一壮举，西尔韦拉与博士后研究员兰加&迪亚斯对一小块氢样本施加每平方英寸（约合6.45平方厘米）超过7170万磅（约合3252万公斤）的压力。这比地球核心处的压力还大。这样的压力是用一种被称为金刚石压腔的装置创造出来的。他们用一种特殊的方法使金刚石避免开裂，之前的实验都因这个问题而失败。眼下的关键问题在于，压力之下形成的金属氢能否在室温保持金属特性。切珀利和西尔韦拉都认为答案是肯定的，但这尚需证实。
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张素中国科学院院士赵忠贤是国家科学技术奖励大会的“常客”。他及团队在1989年先获国家自然科学奖集体一等奖，2013年又获国家自然科学奖一等奖。他还曾两次获得国家自然科学奖二等奖。1月9日，75岁的赵忠贤登上国家最高科学技术奖的领奖台。他是国家最高科学技术奖得主里的首位“40后”。生于辽宁新民的赵忠贤，身材魁梧，声音洪亮，性格里透着东北人的直爽和幽默。“我就是个普通人，只要大家说 这个老头还不错 ，我就挺高兴。”接受采访时，他饶有兴趣地讲起40余年持续研究超导的往事。超导是指某些材料在温度降低到某一临界值以下时，电阻突然消失的现象。从核磁共振成像仪到超导磁悬浮列车，超导正在或即将为人类创造可观效益。无数科学家试图回答“超导体为何会超导”，并寻找临界温度更高、更适于应用的超导体。乍看之下，赵忠贤是个幸运者，他也总说自己“运气比较好”。偶然一份招生简章，让他迈入科技大门；1964年从中国科学技术大学学成，被分配到中国科学院物理研究所工作至今。人类发现超导百余年来，高温超导总共出现了两次重大突破，他都抓住机遇且取得重要成果。但是倘若没有长年坚守，运气不过是昙花一现。赵忠贤及其团队第一次重大突破是在1987年，那时距离他提出“结构不稳定性可以导致高临界温度”的观点已有10年。面对质疑，他们终于突破被奉为圭臬的40K(约零下233摄氏度)麦克米兰极限，获得液氮温区(约零下196摄氏度)的高温超导体。传统理论崩塌，“北京的赵”崭露头角。这份执着在取得第二次重大突破上更为突出。高温超导研究在20世纪90年代遇到瓶颈，赵忠贤的团队由此坐了近20年的“冷板凳”，精打细算从淘汰物品里刨设备。“热的时候坚持，冷的时候坚持。”他说，最终团队在2008年合成出绝大多数50K以上铁基超导体，又创造出大块铁基超导体55K的世界纪录，掀起高温超导新“热潮”。“你问我遇到困难时怎么想？就像有人打麻将，即使坐得久了挺难受，也还是想打。我就是在享受着科研过程。”赵忠贤风趣地说，“我每天能够看到新的事情，很多人享受不到这种乐趣。再说我们也是经常 和牌 的。”如今，赵忠贤依然带着团队成员包括他名下的4名学生活跃在实验室。“我已经干不动了，最近一两年就出了点主意，他们做得挺来劲。”他解释说，自己眼也花、手也抖，要说还在科研一线工作已不符合实际。但在研判中国高温超导研究前景上，恐怕没有谁比他更有发言权。赵忠贤认为一方面是科学，即弄清“铁基超导体为什么会超导”的微观机制，继续领跑世界前沿。另一方面是应用，“配电站、滤波器、超导磁体、陀螺仪。”他列出一串关键词。赵忠贤也谈起担忧：对超导事业布局，他呼吁国家给予更多重视；对超导事业后继者，他希冀年轻人集中发力，潜心十年必有所成。“忠诚超导数十载，后学尽忙挠耳腮。哲贤升温铜雀台，人皆仰止齐喝彩”。中科院物理所超导八组成员在赵忠贤七十大寿时所做的祝辞，巧妙嵌有“忠”、“贤”二字。赵忠贤对于“忠”的理解，与他大学时师从严济慈、张宗燧等中国物理先贤一脉相承。他说，中国的科技实力花钱买不来，白送更别想，只能立足于自己咬牙攻关，知识报国，把个人志趣与国家命运结合在一起。科学家的志向不止于此。“我们做科学研究，其实就是一滴水，汇集到人类文明的长河之中。古代中国曾为人类文明作出很多贡献，今日的中国人依然有这个志气和能力。”他对中新网记者说。(完)（ 10:44:01）
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