【物理小识】

　　电影《阿凡达》里有个飘在半空的“哈利路亚山”。最近，张家界景区生生地把这个悬空山给拽下了地。这么做其实挺煞风景的。要知道，哈利路亚山的悬浮之力，正是让人类垂涎三尺，欲灭纳威人而后快的东西。这一切都与超导现象有关。

　　因为存在“电阻”，所以电荷经过导线时会有些能量留下来，转变为热量。这个现象有时会给我们带来很大的麻烦：比如电动机要发热，输电线要发热，电视机、笔记本电脑、冰箱等，使用的时候都要发热，这全是我们所不喜欢的。但这就好比你要乘坐地铁，就一定要买票一样。

　　不过，科学家很快就发现了一列“免费地铁”。1911 年，人类第一次观察到了“超导”现象。昂尼斯教授在莱顿大学的实验室拥有当时世界上最大也最先进的制造液氢、液氦的工厂，因此有能力对各种金属的低温电性能做测量。他发现，当温度降低到-269℃左右时，汞的电阻消失了。后来，他发现其他金属也存在这现象。1913年，他因为这个发现被授予诺贝尔物理学奖。

　　当然，超导不仅是零电阻这么简单。它还有完全抗磁性，也就是“迈斯纳效应”。超导体“不允许”其内部有任何磁场。如果外界有一个磁场要通过超导体内部，那么超导体必然会产生一个与之相反的磁场，保证内部磁场强度为零。这就形成了一个斥力。当在一个超导体正下方放置一个磁体，并使磁感线垂直通过超导体的时候，超导体将获得垂直的上浮力。当这个力的大小刚好等于超导体的重力的时候，超导体就可以悬浮在空中。人类在潘多拉星上看到的正是这样的现象。

　　现在你知道为什么潘多拉会有那么多悬浮山了。但人类为什么像发了疯一样要抢那些东西呢？

　　首先，超导体非常有用。前面说过了，电阻常常让人生厌，为了减小损耗，我们想过很多的办法。比如输电，我们得用到电阻较小的铜。但铜储量有限，价格昂贵，最要命的是，因为电缆很长，所以即使用铜来制作，电阻还是很大。如果能用超导输电，就不用担心电阻和发热的问题了。

　　其次，很多地方需要巨大的磁场，一般的磁铁没法满足要求，得通过在线圈里通电流来产生。不过，电流越强，发热也越强，所以很多大型磁场都得在线圈旁边不断通过大量的凉水来冷却线圈。如果使用超导体，则不需要这样的担心。

　　还有就是超导探测器。超导体研制的探测器接近无损，这就意味着使用超导材料，我们研制的器件的灵敏度可以有大幅度提升———原来能看100千米的雷达现在能看到300千米，原来接收不到的消息现在可以收得清清楚楚。

　　虽然使用超导材料有这么多的好处，但在目前的技术水平下，使用超导材料的成本非常昂贵，而且条件也受限制。超导材料上可通过的电流强度有限，超过一定限度，它就变成正常导体了。这个上限叫 “临界电流”。很多超导材料的临界电流很小，没法用来输电。与此相似，超导材料还受“临界磁场”的限制。最麻烦的则是温度，超导材料只有温度降低到非常低的时候才能从正常态转变为超导态。

　　这么一来，你就理解了为什么人类看到潘多拉的悬浮山会那么激动：那是室温超导体啊！全世界的物理学家盼了快100年的室温超导体，还不怕风吹日晒雨淋，就凭这一点，就足够让人兴奋的了。更重要的是，那么大一座山，想给他托起来，需要多么大的力，只有极强的磁场才能做到。这意味着它们的临界磁场也同样巨大———室温，耐腐蚀，超级强大的临界磁场电场，这简直是完美超导体。它完全足以像电影中描述的那样，成为支撑人类文明进一步发展的基础。

　　萧远山(上海 物理学博士)