科学创新：推开窗户，你才能看到另一个世界 超导BCS理论，此作品是华君武先生在李政道先生指导下完成的 近日，吴飞鹏博主呼吁【 科技界的星光大道 】：抱怨不公平的土鳖，请上台亮一亮，看看自己几斤几两？号称千里马的海龟精英们，何不也上台跑一圈？让人崇拜得更明明白白！我认为孤魂的呼吁很有意义，中国学术界的现状：【老外欺中华无人，海龟笑土鳖无能，土鳖骂海龟无耻】，海龟、土鳖都不要光说不练，是鳖还是龟？拉上来溜溜！ 上回书说道，当年本猴年轻气盛， 冒然点火、引火烧身 ，从而引发了一场科湖恩仇。这回我要响应孤魂的号召，上科技界星光大道，我要拳打脚踢诺奖BCS理论！ 所谓BCS，是巴丁（J.Bardeen）、库珀（L.V.Cooper）和施里弗（J.R.Schrieffer）的名字首字母，1957年，他们三人合作发明了号称能解释常规超导体（或低温超导体）的超导电性的微观理论，后人称之为BCS理论，巴丁、库珀和施里弗因为该理论而获得1972年的诺贝尔物理学奖，巴丁也因此成为迄今唯一两获诺贝尔物理学奖的天才。BCS理论的核心基本上体现在上面这幅漫画中：单身的小蜜蜂（电子）只能艰难地爬行（有电阻），电子一旦配对（就像两只长翅膀的蜜蜂），就可以超导、无阻碍地自由飞翔。 BCS理论自诞生之日起，就有人看它不顺眼，早期的代表人物是我国著名科学家、两弹一星元勋程开甲院士，近年有以“H-因子”而闻名科学界的美国物理学家Hirsch，他的近作：BCS theory of superconductivity: the world’s largest Madoff scheme?（BCS超导理论：世界最大的麦道夫骗局），在我看来，招招都能致BCS理论于死地。2005年左右，本人也开始对BCS理论“不怀好意”，曾写文《BCS理论：科学还是神话？》，去年在科学网写了两篇博文：【 超导BCS理论，百年诺奖最大骗局 ！】，【 为什么BCS理论可以被轻易推倒 ？】，不料刚开始热身，即招来BCS理论拥戴者的一阵拳脚，回想起那一幕仍心有余悸。 物理就要讲道理，以理服人，否则就是无理。科学就要让人懂，“世上无人能懂”的理论，不是巫术就是伪科学！BCS理论错了吗？当然错了，而且错得一塌糊涂！今天，我就在科学网这个科技界星光大道上，用自己设计的5张图文选择题，就像剥洋葱一样，把BCS理论的鬼画皮一层一层地剥下来，让各位一睹诺奖BCS理论的虚假本质。我有信心，那怕是文科出身的编辑MM，她们读此博文后也一定会不停地点头：我好像懂了，BCS理论好像是有问题！究竟是我无理取闹？还是BCS强词夺理？请各位做个公正和科学的判决，我相信群众的眼光是雪亮的。 在BCS理论框架下，超导的关键是如何让互相排斥的两个电子配对？BCS认为晶格振动可以提供一种“胶”（声子），它可以把自旋、动量都相反的两个电子胶合成“库伯对”，从而实现超导。在假设BCS理论正确的前提下，有理论证明BCS理论的“超导胶”只能在39K以下发挥作用（大约零下244度），这意味着超导转变温度不能超过39K这个“麦克米兰极限”。1986年高温超导的发现，已经向被认为是万能、普适的BCS理论敲响了丧钟，因为最高达164K的超导转变温度，BCS理论显然再也无法自圆其说了。是彻底放弃BCS的配对机制？还是通过对BCS理论的简单修补来提高“超导胶”的强度以适应高温超导？对巴丁的盲目崇拜和对BCS理论的迷信，让绝大部分高温超导理论的研究者选择了后者，从此，寻找高性能“超导胶”的科学运动在全世界轰轰烈烈地展开，包括李政道、杨振宁、安德森等诺贝尔奖获得者也加入到这个淘金队伍中。然而，二十多年过去，高温超导问题就像一座科学“万人坑”，它无情地吞噬了无数人类精英的青春和热情，除了留下几十万篇必然成为垃圾的SCI论文，人们对为什么会有高温超导？仍一无所知。2007年，诺奖安德森也无可奈何地感叹：我们是不是走错方向了？应该说老安的思想是大胆和开放的，但还是不愿意触及BCS理论这条红线。 关于高温超导问题， 科学网博主 王嘉赋教授 曾有这样描述 ：【但凡物理学中出现了无法解释的现象，一定是现有的、人们已经习惯了的理论框架出了问题，或者至少在出发点上就想偏了，没对到点子上。眼下的高温超导机理，恐也是如此。】，我完全同意王教授的科学论断。我认为：高温超导问题举步维艰，BCS是始作俑者！电子配对不是超导的关键，所谓“超导胶”纯属子虚乌有，人为区分低温超导和高温超导，是脱裤子放屁，所有超导现象必须在一个统一的理论框架下得到解释。下面我将证明自己以上论点的是科学和可靠。 ************************************************************************ （一）、康庄大道你不走，地狱黑洞偏来跳 上图中，黑洞代表路面出现的无限深陷阱，现在让你从右端到左端，假设有两条线路供你选择：A. 红色虚线，不停地在陷阱之间跳跃，B. 绿色直线，直接贯穿。请回答，A还是B？我相信各位一定会选择B，然而，以量子力学为基础的超导理论研究者一定选择A。 无论是BCS理论的哈密顿，还是广泛用于研究高温超导的t-J模型和Hubbard模型（见图中公式），它们都约定带负电的电子必须在那些带正电的离子（陷阱）上不停地跳跃，他们认为只要电子的能量满足一定要求，电子就能一直无损耗地跳下去。如果你有疑问：电子真的能这样跳吗？电子们是如何跳？为什么能一直跳？电子跳跃过程难道就没有能量损耗？超导专家要么习惯性地装聋作哑，要么冷笑一声：怎么会问如此低级的问题？典型的经典思想，说明你不懂现代物理！ 在具体超导材料中，由于大量电子的存在，超导专家认为电子并不是闭着眼睛瞎跳，基于量子力学的超导理论，他们还专门为电子们制订了一套非常复杂的跳跃法则。已知电子的自旋可以向上或向下，如果把自旋向上的定义为“男电子”，自旋向下的定义为“女电子”，因为量子力学规定每个“陷阱”最多只允许一对男女电子存在，所以陷阱中的电子在向邻近陷阱跳跃时，还要做出以下准确判断：(1).自己是男还是女？(2).周围的陷阱里有“人”吗？(3).如果有，是几个“人”？(4).如果是一个“人”，它是男还是女？。。。 各位想象一下，如果你是微观世界的电子，会不会被这些所谓的超导专家整疯了？这些变态的专家发明的超导理论能不复杂吗，你相信这些复杂得让人看不懂的理论能解释超导现象？拜托，科学是把复杂问题简单化，而不是简单问题复杂化！你们在发明这些理论的时候，为什么就不能设身处地地为电子们想想，它们能应付得过来吗？ （二）、明知路上有风险，越是风险越向前 如上图所示，有两条道路，左边的路面是平直稳定的，而右边的路始终在不停晃动。那么，从安全稳定、耗能最小的角度考虑，你会选择走哪条道路？我想大家还是会一致选择左边的B，但BCS将义无反顾地选右边的A。 前面已经提到，BCS认为电子要无损耗地通过这条超导体道路，它们必须通过“声子胶”胶合配对后才能实现，而这个神奇的“声子胶”就是晶格的不停振动（晃动）。一旦“道路”停止晃动，超导“声子胶”就瞬间消失，超导态就无法维持，各位，不觉得这简直是无稽之谈？本人认为，晶格振动对超导态的形成和稳定都是负面的，晶格道路的稳定才是超导形成的基础，建立在晶格振动基础上的BCS理论是不牢靠、不成立的，晶格振动一定会把BCS理论震垮！ （三）、男女牵手跑步不累？ 就像前面的漫画，学物理的基本上都相信BCS理论的鬼话，认为配对的“男女”电子能超导、能飞，对此我深表怀疑。见上图，让我们在一个足球场上周期性地摆放好木桩，为了能提供BCS理论所需要的“超导胶”，这些树桩还会在自己的平衡位置附近移动。用红白两个足球代表自旋向上和向下的两个电子，现在实验开始：A.红白两个足球被一根无形的“弹簧”捆绑在一起，成为一个关联的整体，根据BCS理论，捆绑红白两个足球的“弹簧”可以长达几十倍木桩之间的距离；B.红白两足球无关联、独立地运动。问：哪种情况下，足球更容易与树桩（晶格）发生碰撞？ A还是B？不用猜，各位毫不犹豫地选B，BCS仍然 选A。 BCS理论认为电子一旦牵手配对，就有一种回避与其它电子对、晶格发生碰撞的能力，这在物理上是极其荒谬的。直觉告诉我，电子牵手配对不仅不能避免电子与晶格、电子与电子之间的碰撞，而是大大增加它们发生碰撞的几率，从而大大减小形成超导的可能。 （四）、蚍蜉撼树谈何易？ 我们知道实空间是发生超导相变的真实空间，而传统的BCS理论是建立在数学变换的动量空间上，虚拟的动量空间隐藏了BCS理论的错误，这也是它能误导学术界长达半个多世纪的主要原因。上面的例子已经充分说明，一旦让BCS理论回到实空间，它的错误和物理不自洽就暴露无遗。当然，BCS理论的拥戴者不会这么轻易认错投降，你不是说不能跳吗？那好，我们也让电子在中间跑！所以，现在的超导教科书普遍选用电子在中间跑路的经典图像，而在科学研究中依然采取电子跳跃的量子模型。狐狸再狡猾也斗不过好猎手，只要不抛弃晶格振动导致超导配对的假设，让电子在中间跑也不能解释超导现象。 上图在我与审稿人多次交锋中被反复使用，没有一位审稿人给出正面的回答，各位不妨试一试。我们知道，任何超导体都可以简化为带正电的刚性离子晶格和带负电的载流子电子，而离子的质量是电子的几万、到几百万倍。假设一个电子在晶格中运动，请问下面哪种情况更可能是物理真实？A. 这个电子把周围的离子全部吸引过来（所有讨论BCS理论的教科书都这么写），在导致刚性晶格畸变和“声子胶”产生的同时，自己始终沿红色的直线运行；B.电子被附近的重离子吸引而不停改变运动路线，而晶格基本上不会发生畸变。大家不必告诉我你们的答案，反正BCS理论认为A就是正确。 （五）、我的超导观，无序还是有序？ 施里弗是BCS理论创立者之一，他曾经向公众讲述BCS理论的神奇故事，他把库伯电子对比作一对对没有牵手的男女舞伴，所有舞者（电子）无序地分布在舞池（实空间）中（如上图A所示），他们可以不知道自己的舞伴是谁？也可以不知道自己的舞伴在舞池的哪个角落？在音乐的伴奏下（对电子来说，声子就是伴奏曲），舞者们可以默契地配合，而且可以避免发生任何碰撞。我真的越来越糊涂了，这样的故事是否适合无眼、无耳、无脑的微观电子？这样的故事是科学还是神话？ 我的超导观 : 我喜欢原生态的物理思考，不希望被那些数学理想化的物理模型所误导，如果它们是正确的，超导问题的解决还能轮到我？在我的超导世界里，没有哈密顿、没有波函数、没有配对、没有声子、没有准粒子、没有胶水、。。。，只有最简单的带负电的电子、带正电的离子，以及它们之间的电磁相互作用。我考虑的核心问题：超导究竟是什么？经典电磁理论告诉我们，电阻是由于电子 - 电子、电子 - 离子的碰撞导致的能量损失，更物理的解释是电子的运动状态发生改变（惯性运动→变速运动），因为变速运动 ( 有加速度 ) 才导致电磁辐射、能量损失和电阻的产生。显然，要实现超导（电阻为零），就要确保电子始终处于惯性运动状态以避免它们发生电磁辐射。根据牛顿第一运动定律，没有电磁辐射的超导电子必须时时刻刻处于外合力为零的状态，也就是说超导电子必须是零受力的 “ 惯性电子 ” ，这才是超导问题的核心！抓住它，百年超导难题迎刃而解！(我只能选择我能理解的“低级”实空间来理解物理，其他人都在高级的动量空间玩，我实在达不到他们的高度，让人看笑话了！） BCS理论是要消除两个电子之间的库伦排斥力，而我的理论是要消除所有电子之间的库伦排斥力，这看上去要比BCS难上千万倍，其实一点都不，请看上图B。考虑到自旋因素，我让“男女电子”在实空间排成整齐的队列方队，让他们步调一致向前走，不难证明所有电子之间的库伦排斥相互作用被完全抵消，这不就超导了吗？(注：在真实超导材料中，如何才能实现电子的有序排列？怎样排列？这些很具体的物理问题将另文介绍） 各位，如果让你们选择一个超导方案，是BCS无序的A？还是本人提出的有序的B？ ************************************************************************** 我的超导理论设想与诺奖BCS理论有哪些不同？ (1). BCS理论建立在虚拟的动量空间，我的理论建立在真实的物质空间。 (2). BCS理论的理论基础是仍存在广泛争议的现代量子理论，我的理论基础是久经考验的经典电磁学和牛顿力学。 (3). BCS认为电子配对就是超导，我认为电子配对不等于超导。 (4). BCS仅考虑两个电子之间的库伦排斥力如何消除，我考虑的是所有电子之间排斥力如何消除。 (5). 为了消除电子之间的排斥力，BCS理论借助的是电子外部的晶体振动（声子胶），我的理论依靠的是电子内禀的库伦排斥力，不需要任何人为假定的“超导胶”和“准粒子”。 (6). BCS理论的超导电子在实空间是无序的，我的理论要求超导电子在实空间有序地排列。 (7). BCS理论要求配对电子的动量必须大小相同、方向相反（简单说吧，假设有一半超导电子向左运动，另一半与它们配对的电子必然向右运动。哪位能解释一下，这样的物理图像如何能产生超导电流？），我的理论要求所有超导电子的动量必须大小相同、方向也相同！ 站在维护BCS理论的角度，我的理论设想显然是错误的，它完全违背了BCS理论的所有假设，是对BCS理论的彻底颠覆，但到底谁对谁错？还是让事实说话吧。根据自己的理论设想，通过计算证明超导材料中是允许这种有序电子结构存在。进一步，得到晶体晶格常数、载流子浓度、电子有序结构（列中最近邻电子间距、列与列的距离和对称性等）与超导转变温度的关系，从而建立起一套完整的实空间、统一的超导理论。该理论不仅成功地解释了几乎所有超导实验（已撰写二十余篇文章，大部分挂在arXiv上），并真正实现了超导理论的可预言。2008年初，日本科学家首次发现了Tc=26K的1111-型铁基超导体，短短几个月时间，中国科学家一下子把Tc提高到52K。随着节节攀升的Tc，科学家开始发烧了，国内外多位著名超导专家甚至喊出铁基超导体可能实现室温超导（Tc=300K）。本人根据自创的超导理论和多个实验小组提供的材料晶格常数，第一时间在arXiv上发出了很不和谐的声音：1111系列铁基超导的Tc不可能超过60K！5个年头了，虽然几十种相关的超导材料被先后发现，它们的Tc止于57K，这才是科学的魅力！ 作为研究者，总是希望自己的创新研究成果能够通过论文发表，并得到他人的验证和承认。我首先把相关论文投到PRB，很快收到审稿人的判决书，其中一位是这样写的：【First of all, I was strongly impacted by the contents of the paper...,The contents of the paper include profound information for general solid-state physics, not limited to high-Tc cuprates. Conclusively, I hope that the paper will be published.】(说句不谦虚的话，任何一位有良心的学者，都会被新理论的干净、简洁和美所震惊)。而另一位则极力反对，因为我的理论明显与BCS理论相抵触，虽经几番努力争辩，论文最终还是被无情枪毙了。希望让事实说话的我，仍不停地把新理论应用于各种超导难题，不停地往PRL、PRB等国际著名学术期刊投稿，审稿人均以各种莫须有的罪名，判了论文的死刑。后来，发现PRL的几篇理论文章的结果明显与实验不符，而我的理论结果与实验完美一致，心想：这难道不是证明自己理论是可靠的好机会？决定做最后一次尝试，把文章再投PRL，没有想到换回来的是这样的一份死刑判决书：【The author proposed a complete new framework to study many properties of cuprate superconductors, claiming that .... I do not support its publication in any kind of journal, neither being sent to any referee!】。那一刻，我终于理解了量子理论奠基人普朗克的那句名言：一个新的理论，不是靠说服反对者而获胜的，而是等到反对者终于死去，而赞成它的新的年青一代成长起来。 创新的路走起来真的好累！突破性的原始创新都是欺师灭祖，是砸既得利益者的饭碗，必然遭到手握话语权的权威们的疯狂打压，他们可以不让你发表，也可以不理不睬、不提不问，让你自生自灭。无论将来胜负如何，能坚持走到今天已经不容易了，我要感谢网络、感谢arXiv、感谢科学网，你们给了我比黄金更重要的话语权，让我有机会用更多的事实证明：BCS理论是错误的。我知道，要让物理学界承认BCS理论错了、并接受我的新理论，还有很长的路要走。 科学创新是什么？科学网战无不胜的李铭先生曾经对我批评BCS理论进行了猛烈批评，虽然他的所谓批评可谓是战无不败，他的一句话还是很有启示意义：【如果物理学认可电子不服从泡利不相容原理，超导的问题早解决了，等不了你来了！】。请问，谁说电子在任何时候都必须服从泡利不相容原理？我可以告诉你，电子在超导的时候就可以不服从！其实，科学创新并不神奇，很多时候仅一窗之隔，有不少人已经走到了创新的窗前，因为墨守成规而错过了临窗一推。李铭先生，是的，超导问题的解决，等不了你来了！因为是我让电子在特定条件下不服从泡利不相容原理，你却永远失去了这个机会，请记住，轨道电子和载流子电子是两个完全不同的概念。 推开窗户，你才能看到另一个世界，这就是科学创新！ 要领略窗外的精彩，请勇敢地向前一步！ —————————————————————————— 选了几篇挂在arXiv上的文章，供有兴趣的朋友消遣。有时间再写一篇博客，介绍一些“亮点”。每天都有新超导被发现，每天都有新的超导现象被发现，它们需要不同的理论来解释吗？ 1. Sh ort-range symmetry breaking induced structural collapse and Tc enhancement in 122-type iron pnictide superconductors。 http://arxiv.org/abs/1205.1837 2. A real-space effective c-axis lattice constant theory of superconductivity。 http://arxiv.org/abs/1001.5067 3. Magic doping: From the localized hole-pair to the checkerboard patterns。 http://arxiv.org/abs/1008.0889 4.The Physical Origins of the Meissner Effect and London Penetration Depth。 http://arxiv.org/abs/1008.4418 5.Theory of superconducting and nonsuperconducting stripe phases in the hole-doped superconductor Ca{2-x}Na{x}CuO{2}Cl{2} (x=1/8,1/16)。 http://arxiv.org/abs/0805.3977 6. What will be the maximum Tc in the iron-based superconductors? http://arxiv.org/abs/0808.4093
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