小问号和感叹号爱科学

　　小问号问：“什么是超导？”
　　感叹号说：“1911年，昂内斯意外发现，将金属汞冷却到零下268.98℃，汞的电阻突然消失。后来昂内斯发现许多金属在非常低的温度下都具有这个性质，这就是超导。”
　　小问号说“超导有什么用？”
　　感叹号说：“首先超导体无电阻，将来可用于长途输电电路。实现超导需要降温，目前还无法在实践应用。其次，可以应用于发动机线圈，提高发电效率。第三，可产生超强场，应用于磁悬浮列车等。”
　　小问号问：“超导体导电电阻为零的原因是什么？”
　　感叹号说：“巴丁、库珀、施里弗三人提出了以他们名字的第一个字母命名的BCS理论，他们认为，金属中自旋和动量相反的电子可以配对形成所谓“库珀对”，库珀对在晶格当中可以无损耗的运动，形成超导电流。根据百度百科介绍：电子在晶格中移动时会吸引邻近格点上的正电荷，导致格点的局部畸变，形成一个局域的高正电荷区。这个局域的高正电荷区会吸引自旋相反的电子，和原来的电子以一定的结合能相结合配对。在很低的温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量，这样，电子对将不会和晶格发生能量交换，也就没有电阻，形成所谓“超导”。BCS理论获得了1972年诺贝尔物理奖。”
　　冒号爸爸说：“BCS理论属于病急乱投医。”
　　感叹号不解地问：“从何说起？”
　　冒号爸爸说：“超导问题用量子力学进行解决是对的，为了得到一个正确的超导电流形成的理论，巴丁、库珀、施里弗错误地“量子化”了金属中的杂乱无章运动的电子，配对为所谓的库珀电子对进行导电。这是对超导电流形成机制的误读，不应该获得诺贝尔奖。”
　　感叹号说：“什么才是正确的超导电流的导电机制呢？”
　　冒号爸爸说：“首先，超导电流是严格量子化的电流。根据闭合超导线圈内部磁通量量子化公式，可以得到超导电流是以电子对为单位电量量子化的结论，并且以电子对电量形式写出的波函数，能够很好地解释超导现象。BCS理论犯的错误就是简单粗暴地把两个没有关联的电子，以晶格正电荷为中介，捆绑在一起，作为所谓的库珀电子对，来解释超导电流的二倍电子电量为单位的超导现象。”
　　感叹号说：“超导电流由二倍电子电荷为单位导电是正确的实验现象，为什么说库珀电子对是错误的？”
　　冒号爸爸说：“王为民发现，导体所以有电阻，是因为导体中的传导电流的电子在作无规则的热运动，电子与电子，电子与失去电子的离子晶格在发生激烈的碰撞，于是就产生了电阻。超导现象是超导体在低温下，那些热运动电子失去了一部分动能，全部转变为原子的轨道电子。在电压的第一次驱动下，原子里最外层轨道电子发生跃迁，跃迁到下一个原子最外层电子轨道上，而下一个原子的最外层电子同样发生了跃迁，跃迁到下一个的下一个原子最外层电子轨道上，如此继续下去这一过程，形成了超导体所有原子最外层电子逆电压方向的链式跃迁，这就形成了超导电流。这就是王为民超导体电子链式跃迁机制。它不是跃迁为自由电子。因为电子在固定的轨道上跃迁，绝对不会与其它轨道上的电子发生碰撞，所以，不会发热,没有电阻。”
　　感叹号说：“王为民是如何解释超导体电流以二倍电子电量为单位的超导实验现象的？”
　　冒号爸爸说：“王为民发现，形成超导电流的原子最外层电子发生链式跃迁的同时，超导体原子最外层电子跃迁离开原子后留下的晶格原子带一个单位的正电荷空位，它与电子跃迁的动量大小相等方向相反，这来自动量守恒定律。电子和原子最外层电子轨道空位来自自旋守恒，因此，自旋量子数相反。这好比原来的原子自旋减去一个自旋1/2，剩下的原子自旋就是多一个相反自旋，如果那个电子再补回来，刚好抵消而平衡一样。超导体所有原子最外层电子逆电压方向运动，而所有原子最外层电子空位顺电压方向运动，这就形成了以电子-正电空位为单位的量子，这就是王为民电子-正电空位对，其效果等效于一对电子的电量或者等效于二倍原子最外层电子跃迁留下的轨道空位的正电电量，这就是超导电流二倍电子电量为单位的量子形成原因。这类似电影院电影放映结束，观众依次离开座位的情形，观众在移动，而观众留下的空出来的座位在向相反方向运动一样。”
　　冒号爸爸继续说：“自由电子在真空中运动不会留下正电空位，所以，真空中的电子本身就是一个单位电量的量子。但是，在超导体形成超导电流和约瑟夫森效应的时候，电子运动要留下正电轨道空位，这这个空位一样要传递电流，所以，超导电流不能单纯考虑电子电流，还应该考虑电子离开原子留下的轨道正电空位产生的电流。由于电子在相邻原子的最外层轨道上跃迁，没有机会和其它轨道上的电子发生碰撞，所以没有电阻，不会发热。这和原子中不同轨道上的电子在各自不同的轨道上运动不会相互碰撞，不会产生电阻，不会发热是一个道理。”
　　冒号爸爸说:“王为民已经在网上写了公开信申诉诺贝尔评奖委员会取消1972年给巴丁、库珀和施里弗三人关于超导电流的库珀电子对导电理论的诺贝尔物理奖。这就是坚持真理的科学精神。”
　　小问号说:“这样浅显的道理，为什么科学家还想不通，还在坚持BCS理论的库珀电子对理论？”
　　冒号爸爸说:“由于王为民电子-正电轨道空位对量子化理论等效于一对电子逆电压方向的量子化电量运动，虽然这是实质，但是，科学家却不愿意放弃BCS理论的电子通过声子(晶格离子的振动)作用于另一个电子形成所谓库珀电子对理论，因为将晶格离子振动的量子化也是一个非常有趣的量子力学理论，尽管电子对形成机制是王为民这个等效机制，科学家对声子概念情有独钟，总想让它在凝聚态理论中发挥更大的作用，所以，内心煎熬。同时，附和BCS理论所谓的成功曾经演绎出巴丁获两次诺贝尔奖的美谈，作为励志故事已经深入人心。现在要推倒它，有损人们心目中的科学家偶像的光辉形象，所以，迟迟得不到纠正。但是，科学家的科学理论错了，要敢于纠正才是正确的科学方法和科学精神。”

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