今年3月8日,在拉斯维加斯举行的美国物理学会 3 月年度会议上, 一个震撼人心的好消息从会场传来,美国印度裔科学家兰加·迪亚斯,经过艰辛的试验和论证,发现了常温超导材料,并在Nature上发表了论文。 此消息一出,各路媒体争相报道,一时间常温超导这个概念异常火热,流量堪比chatgpt。与此相反,物理学界和投资界,对此态度相对冷淡,大多数学者表示:在重复此试验之前,不予置评!甚至有的学者公开立下flag:迪亚斯的试验要是能被重复,他公开吃屎。
对此,我在第一时间咨询了一位学材料的朋友,他直言不讳的表示,只要是兰加·迪亚斯的文章,在重复性试验之前,千万别信。而且,只要是南亚科学家们的文章,他们之间互相引用的,哪怕做了重复性试验,你自己最好也得再做一遍。然后我问了一个不太不合时宜的问题:你怎么知道的。他缓缓打出两个字:呵呵。随后表示自己本来该去年博士毕业的。至于为什么延毕了,参考刚刚说的内容。
听完他的描述后,我专门查阅了大量相关资料,不得不承认,发现常温超导的兰加·迪亚斯,真是物理学世界里的一朵奇葩。在 此之前,这位美利坚三哥就已经有两个诺奖级的发现了,分别是金属氢和高大气压下的常温超导。两篇文章,都因为无法重复试验,以及重要材料丢失,而被撤稿。 换而言之,这位老哥,有不止一次的学术造假前科。本期视频我们就跟大家聊聊常温超导和这位三哥学术造假的那些事。

超导
1911年,荷兰科学家海克·昂内斯用液氦冷却汞时发现,当温度下降到-268.95℃的临界温度时,汞内部的电阻消失了,这一特性被称为超导电性。到了1973年,科学家发现了另外一种超导材料铌锗合金。其超导电性临界温度上升到了-249.95℃。等到1987年,中国科学家赵忠贤与中国台湾省科学家朱经武相继利用钇钡铜氧系材料,将临界温度提升到-183.15℃。目前超导温度最高纪录为德国化学家在2018年发现的十氢化镧,这种物质在压力170GPa,也就是170万个大气压的情况下,临界温度高达-23℃。
事实上,科学界一直在绞尽脑汁,试图升高超导的临界温度,让其可以真正的应用在日常生活中。 但是,经历过一百年的努力,人类始终没能攻破室温超导这一难关。哪怕是无限接近常温的十氢化镧,也必须在170Gpa的压力下,才能合成。 超导材料,在很长一段时间内面临两个难题,要么极度低温,要么极度高压,这就是超导领域横亘在应用层面上的两大枷锁。而兰加·迪亚斯之所以在这次超导风波中名声大噪,就是因为其研发的新材料镥氮氢(上屏),在1 Gpa的压力下,临界温度达到了惊人的20.6度。
截止到目前,还没有一家学术机构能重复兰加·迪亚斯的试验,现在最大的发现仅仅是确认了该材料具有超导性,而不是常温超导性。如果该试验可以重复的话,那么整个人类世界,将会发生天翻地覆的变化,至少是天翻地覆变化的开始。为了让大家更好的理解,我简单介绍一下超导的应用场景。

首先是在电力领域,超导材料电阻为零的特性,将会极大的降低传输中的电力损耗,增加能源利用效率。其次,1939年德国物理学家迈斯纳发现·:当物体变成超导体后,内部磁力快速消失,外部磁力极具增大,该现象也被称为迈斯纳效应。也就是说超导体外围可以产生强大的磁场,这就是磁悬浮列车的原理。超导材料的常温应用可以极大的降低磁悬浮列车的建造成本,让其全面普及成为可能,磁悬浮的速度目前可以拉到600KM/h,比高铁大约快一倍。
在能源领域,一部分可控核聚变研究学者认为,常温超导是聚变约束装置,托卡马克的必备材料。一旦可以大规模应用的常温超导材料研发成功,可控核聚变会在十年内落地。
在医疗领域,大多数磁共振成像设备都依赖超导磁体,它会通过超导线圈传递电流来产生磁场。这些线圈要用液氮来冷却。一旦常温超导实现,磁共振成像设备会变得更小,更轻便,甚至可以放到汽车上,并且无需液氮冷却。而在军事领域,常温超导会极大提高反潜探测设备的效率,增强反潜作战能力。
毫不避讳的讲,常温超导是应用领域的王炸,今天人类社会绝大多数领域,都会因为其出现而大大受益。 兰加·迪亚斯也看到了这一点,他创立了一家名为Unearthly Materials 的初创公司,并且还准备为氢化镥材料申请专利。
2021年,在斯里兰卡科学协会组织的内部演讲中,兰加·迪亚斯拿出ppt表示:自己的公司A轮融资高达2000万美元,出资者包括Spotify 和 OpenAI等著名公司。等到该消息被广泛传播后,兰加·迪亚斯则出来澄清,表示之前演讲用的PPT,只是愿望清单,该公司还没有筹集到资金,所列名字是潜在投资者。这里我强调一下,这哥们儿在内部演讲时,可真不是这么说的。所以到目前为止,这位迪三哥连BP(商业计划书)都造假,而创投领域最忌讳的就是对投资人撒谎。

惯犯
兰加·迪亚斯之所以会让一部分材料学子深恶痛绝,是因为他的文章,真的坑了不少人。首先是2017年发布的金属氢,兰加·迪亚斯团队,在495Gpa压力之下,成功生产出了人类历史上第一块金属氢,并登上了科学杂志。哈佛大学称其为“高压物理学的圣杯”。
随后,越来越多的同行对比表示质疑,其中最有力的论点是,兰加·迪亚斯团队只是基于氢表面的反射率,就确定氢的性质发生了改变,而这种方法是不科学的。事实上,这种反射率的改变,很可能来自实验用的金刚石,而不是金属氢。所以要确定材料特性,必须进行进一步实验。结果就在准备转送到芝加哥的阿贡国家实验室进行进一步测试时, 该金属氢因为保管不善消失了,没了。
等到2020年,兰加·迪亚斯发现碳硫氢化物 (CSH) 在267 GPa的压力下,超导临界温度高达13.85度。成为世界上第一个常温超导材料,并将其发布在Nature上。随后,有一位行业大佬站出来,表达了自己的质疑,这位大佬就是加州大学圣地亚哥分校的凝聚态物理学家赫什(Jorge Hirsch)。

Hirsch在查看兰加·迪亚斯的论文时,发现文章中的磁化率曲线,极不正常。一般来讲,当材料进入超导状态时,其磁化率会极具下降,然后随着温度进一步降低,其曲线会平滑或者缓慢上升。而兰加·迪亚斯的论文中,其材料在极低温度下,斜率急剧上升,与之前的观察不符。
从这一点开始,Hirsch教授的怀疑不断增加,最后他发现,在2009年一篇名为“铕的超导性”的文章中,出现了类似的诡异磁化率曲线。而铕的材料特性和碳硫氢化物 (CSH)的特性完全不同,仅从科学角度来看,两者不应该存在如此强的关联。更惊人的是,这两组实验磁化率测量都是由同一个人完成的,他叫德贝塞(Debessai)。
带着疑虑,Hirsch教授通过电子邮件,向Debessai发送了提供数据的请求。但此时Debessai已经在英特尔工作了,并没有给Hirsch回复,这导致其不得不给铕的超导性文章的作者,佛罗里达大学的高压物理学家哈姆林(James Hamlin)发送数据请求。最终,Hamlin教授惊讶的发现,Debessai测量出的原始数据有明显的复制粘贴成分,最终导致铕的超导性文章从刊物撤回。 一年后,Hamlin团队再次进行重复性实验,实验结果是,铕不具备超导性。

在发现铕的实验数据有问题后,Hirsch给迪亚斯发了封言辞很客气的邮件,表示你的磁化率测量助手,已经因为学术作假被我拿下了,你自己要不要检查一下数据是否可靠啊。但兰加·迪亚斯并没有理睬他。
随着碳硫氢化物 (CSH)材料具有超导性的消息传开,合成该材料,并复制其实验,就成为一些主流材料实验室的重要工作。然而,因为原论文中的介绍过于“模糊”,相当多的实验室完全没办法复制实验,并制造该材料。华盛顿特区卡内基研究所的材料学家,用了六个月仍然无法合成碳硫氢化物 (CSH),更别说去测量其是否具有超导性了。
然而,不只是在现实中,该材料难以合成,在理论上,该材料目前也是一个迷。罗马大学凝聚态理论专家博埃里(Boeri)认为,目前理论学家难以对碳硫氢化物 (CSH)进行建模分析。其他氢化物很容易模拟,它们的超导临界温度计算与其实验值的误差在 5% 以内。 而碳硫氢化物 (CSH)则完全不同,如果按照建模分析,这种物质根本不应该存在。

在面临困境后,无论是卡内基研究所还是罗马大学凝聚态中心,都向迪三哥发出了更详细的数据请求。在一般情况下,研究者对于同行们的这类请求都会给予尽可能的帮助,因为其他科学同行重复了自己的实验,是对自己的研究成果的肯定。然而迪三哥却没有给同行任何帮助,拒绝提供数据。
真正的王炸出现在对数据处理的方式中,兰加·迪亚斯 团队在Nature论文中写道,他们进行了两次独立的电压测量:来自超导 CSH 样品的“原始”信号和来自非超导样品的背景信号CSH 样品。然后他们从原始信号中减去背景噪音以获得“干净”信号。只可惜,这种处理方式并没得到绝大多数科学家的认可,前文提到的Hirsch教授直接表示,用这种方式去除背景噪音,仅仅比构建数据好一点。 然后迪三哥很大度地表示,自己的背景噪音就是人为构建的,获取之后并没有直接使用。 此言论直接惊呆了整个材料学界。最终Nature杂志顶不住压力,将碳硫氢化物 (CSH)常温超导的论文于2022年撤稿。
在碳硫氢化物 (CSH)常温超导被撤稿后,我开头提到的那个兄弟,做为长期跟踪研究该领域的材料学在读博士,喜提延毕。这个故事告诉我们,时代的一粒沙,落在个人身上,真甜蜜地是一座山啊。

闹剧
从上文可以看出,本次常温超导的发明者兰加·迪亚斯团队,在历史上就有学术造假前科。而且根据延毕老哥提醒,迪三哥在本次的文章中,再次出现2020年被撤稿论文的老问题——数据处理方式,他们对于背景噪音的构建,会直接影响测量结果。
而且,这篇文章还有一个不可思议的点,那就是作为一个全新的材料方案,他既没有提供配比含量,也没有能谱仪或者X射线荧光光谱仪数据,甚至连扫描电镜SEM和透射电镜TEM拍摄的晶体照片都没有。 哪怕当做一篇毕业论文,他都是不合格的。作为被坑过一次的人,他至今想不明白,为什么Nature会允许他再次上刊?
最后我问道,如果让你构建本底噪音,你会写出什么文章。他沉默片刻后表示,那我写出的文章,会让你觉得材料学不存在了。甚至会让你觉得,物理学也不存在了。从这里可以看出,兰加·迪亚斯的数据处理方式跟大刘写小说差不多,想怎样搞就怎样搞。
目前真正让人感到难受的是学术界的现状,首先,Nature作为全球顶级刊物,怎么能允许一种几乎没有可靠测量数据的研究发表呢?
其次,哪怕不考虑到兰加·迪亚斯的学术不端前科,这种文章内容也未免过于单薄了吧。没有材料晶体照片和测量数据,如何能让人信服,如何让人重复。事实上,截止到今天,依旧没有其他实验室,重复兰加·迪亚斯的试验。别说重复试验了,目前甚至连同样的材料都造不出来。有的实验室,造出了的相似材料,结果这类合金仅仅具有超导性,完全做不到室温超导。 如果这次Nature再做撤稿处理,一个坑载两次跟头,那就不是一个喜剧,而是一场闹剧了。

然而这仅仅是学术界问题的表象。今天,常温超导领域的造假会被人关注,完全是因为其热度够大。如果学术造假出现在一些比较冷门的领域,则可能几十年都不会被人发现。比如前文提到的铕的超导性。该文章2009年发布,如果不是在2020年被牵连出来,估计今天都不一定能发现数据错误。真正令我感到惊讶的是,在该文章存在的十年间,居然还有人做了重复试验,得出了铕的超导性,与文章一样的结论。只能说,这就太离谱了。
之前听过一些学术界的朋友感慨,曾经有一位泰斗级人物,在某个冷门领域发表了一篇错误的研究。然后三十年间,无数徒子徒孙以此为引,做出了一堆成果。当他们发现这个原始研究错的一塌糊涂时,没有一个人敢指出来。人类的某些科技树,有的从一开始就是长歪了。
目前越前沿的科技,其证伪就越难。首先,前沿科技需要相关设备和实验室配合,这就导致了全球范围内,无论是研究还是论证,都是少部分人的特权,这些人很容易形成一个封闭圈子,只要圈子内的人不站出来踢馆,广大群众完全会被科研人员牵着鼻子走。所以学术道德才如此重要。
其次,前沿科技和部分领域,国内外都有较严重的学阀倾向。为了各自利益,很少会有人冒险站出来指证。大家算来算去都是师兄弟、校友,或者自己的导师之间是师兄弟、校友。但是也有一些科学家选择了不一样的道路,不提名字了,他们最后往往落得是两边不讨好。
总之,常温超导蕴含着我们无法估计的力量。仅仅是迈斯纳效应带来的应用前景,就足以颠覆人类现有轨道交通工具。如果再深入研究其中电与磁的关联,人们很可能利用这项技术,突破地球磁场的束缚,飞向星辰大海。希望常温超导技术早日实现。

经典图片,赫什绑着绷带在学术会议上瞪迪亚斯