物理學的聖杯：常溫超導體的曙光

一項最新研究揭示，物理定律並未禁止常溫超導體的存在，這重新點燃了科技革命的希望。研究人員發現，基本物理常數決定了超導溫度的上限，而幸運的是，我們的宇宙允許這種突破性技術成為可能。這項研究於3月3日發表在《物理學：凝聚態物質》期刊上，指出常溫超導性——長期以來被視為凝聚態物理學的聖杯——在宇宙的基本定律下確實有可能實現。

超導體是一種能夠無損耗傳導電流的材料，具有徹底改變能源傳輸、醫學影像和量子計算的潛力。然而，迄今為止，超導體只能在極低溫度下運作，這大大限制了其實際應用。尋找一種能在日常溫度下運作的超導體，一直是現代物理學中最具挑戰性且備受追求的目標之一。

在最新研究中，倫敦瑪麗女王學院的Kostya Trachenko教授及其團隊發現，超導溫度的理論上限與三個基本物理常數之間存在著根本性的聯絡：電子質量、電子電荷和普朗克常數。這些常數主宰著從原子穩定性到恆星形成以及碳等基本元素生成的關鍵物理過程。他們的研究結果表明，超導溫度的理論上限落在數百到一千開爾文之間——這足以涵蓋常溫範圍。

「這項發現告訴我們，常溫超導性並未被基本物理常數排除在外，」該研究的共同作者、劍橋大學的Pickard教授表示。「這為科學家帶來了希望：夢想依然存在。」研究結果已在一項獨立研究中得到證實，進一步支援了團隊的結論。但這項研究的意義遠不止於此。透過探索這些基本常數的不同數值如何改變超導性的極限，研究人員為我們開啟了一扇瞭解宇宙本質的迷人視窗。

「想像一個基本常數不同的世界，超導溫度的上限僅為百萬分之一開爾文。在這樣的宇宙中，超導性將無法被檢測到，我們也永遠不會發現它。相反，在一個上限為百萬開爾文的宇宙中，超導體將變得普遍——甚至在你的電熱水壺中也是如此，」Trachenko教授解釋道。「煮水泡茶將成為一項截然不同的挑戰。」

因此，研究團隊之所以致力於追求常溫超導體，正是因為我們的基本常數將超導溫度的上限設定在100-1000開爾文之間（行星條件的範圍），而我們的常溫正好落在這個範圍內。這項研究不僅增進了我們對超導性的理解，也突顯了使我們的宇宙——以及其中的生命——成為可能的基本常數之間的微妙平衡。對於科學家和工程師來說，這項工作也提供了新的研究方向。

「考慮到我們宇宙的基本常數，常溫超導性在理論上是可能的，這令人鼓舞，」Trachenko和Pickard教授補充道。「這是一個呼籲，讓我們繼續探索、實驗，並突破可能的界限。」

參考文獻：Kostya Trachenko, Bartomeu Monserrat, Michael Hutcheon 和 Chris J Pickard 於2025年3月3日發表在《物理學：凝聚態物質》期刊上的「從基本物理常數推匯出的最高聲子頻率和超導溫度的上限」。DOI: 10.1088/1361-648X/adbc39