第十六屆世界華商高峰會朱經武博士 - 生命最高的喜悅:尋獲新知


發佈日期:2021/01/21
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第十六屆世界華商高峰會 主題論壇

生命最高的喜悅:尋獲新知

朱經武博士  

 

朱經武教授,國際著名科學家,是美國國家科學院、美國文理學院、中央研究院、發展中世界科學院及俄羅斯工程學院等學術機構的院士,也是中國科學院的外國院士。

 

朱教授長期從事超導、磁性和介電相關材料的物理研究,成就卓越。1987年1月,他領導的研究小組成功發現93K(-180℃)新超導材料(第一次超過液氮溫度),開創了高溫超導研究和應用的新紀元。在隨後的實驗中,不斷發現新材料並刷新超導轉變溫度的記錄,並於1993年將超導轉變溫度提高至164K(-109℃)。目前,他仍活躍在高溫超導基礎研究及應用研究相關領域,並在多家權威雜誌出版論文著作逾660篇。朱教授不但榮獲澳門大學、紐約州立大學等世界十多間著名大學頒授榮譽博士,也榮獲美國科學界最高榮譽的國家科學獎等十多個國際著名獎項的殊榮。

 

 

本文

 

朱經武博士以自身的經驗,談論在研究超導體的過程中,尋找答案的喜悅以及樂趣。同時,以簡略的方式說明超導體的特性以及可應用的範圍。

 

生命裡最崇高的喜悅,就是去發掘新知。在這個世界上一直有一條不變的定律,就是這個世界永遠的在變,而且變的速率是越來越大。過去一百多年看到的變化,已遠遠超過人類有史以來的各種的變化。這種變化為我們製造了財富,也使我們更加健康,生活更美好。世界變化的驅動力不見得是經濟,但經濟發展源自科技進步,科學的發展,使得世界得以大規模的發展。

 

全球化發展讓大家有公平發展的機會

 

我年輕時喜歡看的科幻小說就是封神榜,封神榜裡面順風耳、千里眼,現在已完全實現了。由於科技的發展,現在能獲得的興趣越來越多,越來越快。60年代末期,我還是學生時,那時越洋電話一分鐘是五塊錢,都要長話短說不廢話。但現今透過社交軟體打電話已經是免費了,且在一秒內,全球有幾十億封信件在傳輸中。資訊科學的全球化發展,讓國與國間的界限越來越變得模糊,使得在太陽下的每一個人有公平發展的機會,創造各種不同的財富。這些發展中,尤以腦力資源最為重要,因為各國都特別發展高等教育,當然,人本的教育跟科技的發展同等,道德教育也同樣重要。

 

生命中最崇尚的一種喜悅,持續發現新知

 

愛默生(Ralph Waldo Emerson)是幽默大師,他曾說,什麼是生命裡面最崇尚的一種喜悅?有什麼事情能夠讓我們能夠抬頭挺胸,非常自信地向前走?那就是因為有發明。因為沒有一種喜悅比你發現你是第一個走上那條道路,看見世界上別人沒看過的東西,而且是呼吸別人沒呼吸過的大氣。這種喜悅讓人興奮的。對科學家而言,沒有比發現一個新的理論或新的現象更讓人興奮;對一個哲學家而言,就是讓他發現一個新的思想、一個想法,是最能讓他高興的事;對企業家而言,能夠發現一桶創造新的財富,就是最令他興奮的事情。我是一個物理學家,我覺得我的工作是最高最好的工作。因為我是做我的嗜好,且還能賺錢。

 

但追根究底,還是要發現新事物,且要持續發生。因為今天的新事物,明天就變成舊東西。如李白的「廬山謠」——「我本楚狂人,狂歌笑孔丘;手持綠玉杖,朝別黃鶴樓。五嶽尋山不辭遠,一生好入名山遊」。我非常欣賞這種意境,科學家就如同幾乎是半醉的情況,隨著自己的意願,尋找新事物。

 

尋找事物理念的三意境——王國維《人間詞話》

 

此外,在王國維的《人間詞話》中,綜合了三首愛情詩,並從中發現尋找事物理念的三個意境:「『昨夜西風凋碧樹,獨上高樓,望盡天涯路』,此第一境也——晏殊《蝶戀花》」,第一件事,他說一定要好好地想仔細的考慮;「『衣帶漸寬終不悔,為伊消得人憔悴』,此第二境也——柳永《鳳棲梧》」,第二件事,他說一定要用功,尋找就好像找愛人情人女朋友男朋友這樣,要想辦法;「『眾裡尋他千百度,驀然回首,那人卻在,燈火闌珊處』,此第三境也——辛棄疾《青玉案》」,第三件事,他說最後會發現當尋找到此事物時,會狂喜,因為結果出來了。其實「百度」就是從這裡來的,李彥宏親自跟我講百度就是這樣出來的。

 

超導體的幽默表演

 

我有幸遇到一個題目叫高溫超導(High Temperature Superconductor),90度絕對溫度的超導體就叫90度超導體(90°K- SUPER-CONDUCTOR)。以交響樂團指揮(CONDUCTOR)來看,把CONDUCTOR切成一半就是半導體(SEMICONDUCTOR),再加上超人裝後,就是


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吸引我過去幾十年生命研究的超導體(Superconductor),將超導體90度彎起來,就是我們要尋找的東西。


超導體物理現象:零電阻、反磁性

 

超導體具備下面物理現象,第一個它的電阻應該變成零,在某一個溫度之下變成零,因為它電阻變成零,所以可以用來製造很多傳輸能量到很遠地方,而且沒有損耗。它能在將來的整個世界的持續性經濟發展要扮演非常重要的角色。第二個就是它有排斥性。下面是一塊超導體,上面是一個磁鐵,磁鐵在超導體上面可以飛著走,而且沒有摩擦力。它的應用價值,就如同大家討論的磁懸浮,高速磁懸浮電車,或者是其他沒有磨損力的機器。第三個它的性質就是量子現象。量子現象一般來講,要把人縮小進到原子裡面,看電子怎麼走,參考生活當中的牛頓力學就夠了。

 

它的三個定律,包括上太空、月球、火星等,可以用牛頓力學的三大定律可以解釋。但當走到小地方時就不行,需要新的物理,我們就叫做量子物理。而超導體現象是一個量子現象,不能只用牛頓力學來解釋,但可以用這個材料做出非常靈敏的探測器,因此在微電子工業方面有很重要的影響。

 

要達到這些目的,需要克服幾個重要的標的舊準則:第一個溫度要低,才能夠得到超導體現象,然後通過電流也不能太大,面臨的磁力線也不能太高,所以在做研究時,希望把這材料的轉變溫度載流量都要大規模的提升,這就是全世界花了許多功夫在瞭解的應用部分。

 

1954年一位物理學家Cooper,他發覺電子家之間有相互吸引力的話,就會有產成成一對一對,配對後按照物理原則,它沒有電阻就可以走了。超導現象是在1911年發現的,之前因為溫度很低,要用液態氦才能夠冷下去,要得此超導態,非常困難,但是後來發現超導可以在90多度一百多度發生後,它的很多材料應用被實驗模型都建造出來,且對能源有很多好處。因為這個發現,當時美國政府覺得非常重要,因此雷根總統特別頒給我國家科學獎。

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 Received the 1988 National Medal of Science.

 

超導材料的應用

 

物理界正在努力研究如何提升超導溫度。目前世界高溫超導的溫度是164度,在汞氧化物裡面,最近有新的一系列材料被發現,可將溫度超越快到200度。溫度增高就是希望節省能源。若冷下去就要花能源,若要冷到很低,花的能源比在電阻產生的消耗能源還要大就不值得了。若

溫度達到室溫,超導體全體人員消耗浪費的都可以省下來。

 

舉例,將超導材料做成很靈敏的探測器,放在身體上面,就可以測到心跳動的情況,就得到心磁圖!這個心磁圖可以測到有些心電圖測不到的東西。此外,例如一位懷孕女士,她想看胎兒健康的問題,結果就可以看到胎兒心跳動的情況,就可以早期發現問題之所在。另外就是MRA磁共振,若想看這隻老鼠的脊椎骨有什麼問題,現在只要把它放在一個設備下面,就可以對他的腦子做成像測量。

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人類未來50年最大的挑戰就是能源問題,這也是引起戰爭的因素之一。我進行此領域已經31年左右了,做高溫超導的目的就是希望能夠把能源輸送到很遠的地方,能夠節省能源,做各種發展。但科研的人希望把超導體做到越高溫的環境越好,但超導體在低溫的環境則更穩定、操作性能越好,也不必花費更多資源打造物料。所以科技的研發、應用,往往存有些落差。

 

要儲存再生能源多餘的電能,一般是結合氫氣的結構。氫氣是一種潔淨能源也是能源載體,氫氣製造技術中零碳排放的水電解產氫技術,把氫氣給液化,就可以冷凍,讓超導體將很大的電能送出去。圖中間紅圈的就是超導的材料,正中間放液態氫,這樣超導材料就沒電阻,可以再產生很大的電能到遙遠的地方去,沒有損耗。

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超導體概念,建造超級城市

 

因此也產生「HTS/LH2 能源高速公路 the HTS/LH2 Energy Super Highway」的概念:一條CABLE在地底下,中間就有一條電纜,電就可以出來,也有氫氣出來。此外,中間的真空管也可以行使高速電車。因此中國可以以此概念,建造超級城市。

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這種利用幾乎真空管運輸的最新列車,宛如好萊塢電影的瞬間移動交通工具,英國、美國、日本、中國等都在進行,速度預測可以差不多到一千英里每小時。

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華盛頓大學歷史教授歐瑪拉(Margaret O'Mara)在其矽谷歷史書《編碼:矽谷和再造美國》(The Code: Silicon Valley and the Remaking of America)一書中,說明矽谷是如何成為矽谷的過程,且再造了美國。美國矽谷,30億支智慧手機、20億社交媒體使用戶、價值2 萬億美元的企業、洛杉磯最高的摩天樓群、西雅圖最多的僱員、4家最貴的企業園地、歷史上人類最多的財富在裡產生出來、五巨頭

(apple, amazon, face book, Microsoft)市值加起來超過了大英帝國。

 

應用都源自於基本的發現

 

所有的應用都源自於基本的發現(Applications often originate from basic discoveries)。詹姆斯.克拉克.麥克斯威爾(James Clerk Maxwell)蘇格蘭數學物理學家。其最大功績是提出了將電、磁、光統歸為電磁場中現象的麥克斯威爾方程組。他說現在做的研發都離不開下列那四條方程式。海因里希.赫茲(Heinrich Hertz) 德國物理學家,於1887年首先用實驗證實了電磁波的存在,頻率的國際單位制單位赫茲以他的名字命名。古列爾莫.馬可尼(Guglielmo Marconi),義大利工程師,專門從事無線電報設備的研製和改進,1909年諾貝爾物理學獎得主。

 

以上三位科學家的研究發現,奠定了今日科學的基礎。這就是為何發展科學是很重要的,所以今年華商會議選擇了這個題目,我覺得非常的適當。

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