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金属氢引起的纷争科学家探究近90年人类巴望的终极燃料

2020-01-05 19:10:48  阅读:4597 作者:责任编辑NO。姜敏0568

谁能想到世界上最奇特的资料会发生这么大的热度?惋惜的是,它不是有用的热度。至少现在还没有。90多年来,人们一向企图以金属方法制作氢,但现在它所带来的是专业技能人员之间的纷争。

假如谁能第一个成功制作金属氢,那将是一项含义严重的效果,以至于多个研讨小组现已宣称取得了成功,仅仅他们的竞争对手对此标明高度置疑。

纽约罗切斯特大学的兰加·迪亚斯,对本年6月份法国原子能委员会的保罗·鲁贝雷领导的研讨小组发布的一项最新金属氢研讨的回应是:无事生非。您或许会觉得他的这句谈论很尖锐,可是您并不知道这句话的布景,这篇新研讨的作者实际上在对2017年哈佛大学研讨的点评时,也用了相似的字眼。

研讨人员之间的唇齿之争,都源于一个危险适当高的研讨。金属氢的拥护者宣称这种一般元素或许会给科学和技能带来颠覆性的改动。

首要,它或许是一种突破性的火箭燃料,由于它可以转化为氢分子,释放出许多的热量;别的它还会给行星科学家们带来巨大期望,由于像木星这样的气态巨行星,它的中心被认为是由这种物质构成的。假如咱们能在试验室里制作出来,咱们或许就能了解这些行星是怎么构成的;第三点,最吸引人的是传说中的金属氢在室温下的超导才能,它能让电流在不丢掉能量的状况下活动。

澳大利亚中子散射中心的海伦·梅纳德·凯斯利说,依据以上这些原因,一次承认终究成功的金属试验无疑将是一件大事,每位投身该研讨的研讨人员都期望能因而取得诺贝尔奖。这种潜在的效果听起来适当诱人。那么为什么一项很有出路的物理研讨会如此摧残人呢?

1935年,尤金·维格纳和希拉德·贝尔·亨廷顿第一个意识到氢的这种改动是或许的。他们猜测,为了在元素周期表上体现得和它的街坊相同,一切的氢都需求很大的压强。假如想要让氢原子的电子脱离质子,转而在坚固的固体晶格中周游,需求近400千兆帕卡(GPA),适当于400万倍的大气压,形象的比方,就好像一架针头上平衡的巨型喷气式飞机。

咱们第一次满足挨近金属氢是在50多年后的1998年。纽约康奈尔大学和马里兰大学的一组工程师将氢样本紧缩在一个被称为“钻石砧”的当地。本质上钻石砧是一对钻石,它们的顶级十分尖利,大约是人类头发直径的四分之一。它们的顶级尽管细小,却可以对氢进行捕捉。

研讨人员之后滚动螺丝,将两颗钻石紧压,从而紧缩捕获的氢气。终究在打碎了15对钻石后,该团队设法将顶级之间的压力提高到342 GPa,这现已是挨近地球中心的压强。依据已知理论,这样高的压强应该足以使氢金属化,可是效果它不是。

四年后,由法国原子能委员会的保罗·鲁贝雷领导的一个小组标明,这样的效果是意料之中的。金属化压力的计算是依据对氢原子中电子所能到达的两种彻底不同的能态之间的“空隙”的丈量。跟着压力的增大,这种空隙缩小了。所以从而改动了电子吸收或发射光的方法。就在空隙封闭、资料变成金属之前,氢的电子吸收光但不释放光,这导致资料渐渐的变不透明。可是一旦空隙封闭,电子可以以自在移动的导体的方法存在,它们将从头释放出被吸收的光能,使资料具有高反射性。依据他们的调查揣度,鲁贝雷和他的搭档认为,要发生金属氢,需求大约450 GPa的压力。

又过了13年,咱们总算可以说成功了。科学们在495 GPa压强下,看到了金属氢的呈现。至少,这是其时在哈佛大学作业的迪亚斯和艾萨克·西尔瓦在2017年发表于《科学》杂志上的一篇同行评议论文中提出的观念。哈佛大学发布了一份新闻稿,称该效果是“高压物理学的圣杯”。

可是别那么快下定论,保罗·鲁贝雷在《天然》杂志上发表意见回应说“我不认为这篇论文有任何压服力”。这篇关于氢金属化的声明是依据氢的反射率的丈量:在495 GPa时它初步发光。鲁贝雷解说说,这样的一种状况也或许是由于其他原因形成的,比方钻石顶端的氧化铝涂层改动了氢气在压力下的反射率。别的取得的压力也是依据钻石在高压下振荡的方法下校准而不是从直接丈量中得出。这样的现实也不能压服其他研讨人员,他们都认为压力或许不超越350 GPa。

德国美因茨马克斯·普朗克化学研讨所的米哈伊尔·埃雷梅斯也认为哈佛的说法没有得到证明。他和他的搭档亚历山大·德罗兹多夫在Arxiv论坛回复说,"在他们发布的数据中,咱们没有发现金属氢的令人信服的依据"。

这两位研讨人员清楚自己在说什么,由于他们也在测验制作金属氢。他们的对立首要来自两点,除了指出反射率改动或许来自钻石上的涂层外,压力丈量也是"含糊的"。很显然,现在需求做的工作是重复试验。可是说起来简单做起来难,由于该试验是自毁的。

哈佛大学的迪亚斯和西尔瓦一向忧虑他们的样品是易碎的,所以约束了他们进行试验丈量的数量和规模。他们都认为更重要的是发布具有里程碑含义的效果。可是当他们打当作进一步试验时,他们发现样品消失了。两年后他们依然不知道发生了什么事。这篇研讨人员称之为“金属氢”的薄片只要10微米厚。它或许从铁锤的颚部滑落,在仪器的底部丢掉。或许它或许仅仅蒸发了。可是这些工作并没有改动他们坚持的建议,他们回应了一切的批判,而且标明坚信调查到金属氢。

本年六月,保罗·鲁贝雷在arXiv预印本论坛上发布了斗胆的研讨,定论是“在425 GPa邻近调查到金属氢的一阶相变”。纽约罗切斯特大学的兰加·迪亚斯相同对研讨效果标明了质疑。对立现在这些观测效果的科学家说,这些效果很风趣但却远非有定论性的。

迪亚斯标明,为了证明金属状况的存在,有必要证明两件事之一。首要,当温度挨近绝对零度时,电导率保依然是有限。二是标明资料的反射率跟着波长的添加而添加。无论怎么,金属氢研讨的初步适当微弱。咱们不知道它是液体仍是固体的临界点在哪里,或许它是否或许是室温超导体。全球科学家现在还有许多工作要做,需求共同努力来答复这样一些问题。

参阅:https:///article/mg24532630-800-metallic-hydrogen-would-be-the-ultimate-fuel-if-we-can-make-it/

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