“金属氢”理论向现实的华丽转变

2017年1月26日，世界著名的<<科学>>杂志报道美国哈佛大学科学家艾萨克·席尔维拉和朗加·迪亞斯在实验室成功制造出了“金属氢”，引起了世界科学界的震动。那么，什么是“金属氢”呢？

何谓金属氢

众所周知，氢是宇宙中最丰富的元素，它在自然界中通常是以气态的氢气存在，在19世纪末曾被认为是无法液化的“永久气体”。直至1898年，詹姆斯·杜瓦制作了拥有巧妙热力学设计的“杜瓦瓶”，首次将氢气液化，第二年又首次制取了氢气的固态。

然而，这些早在一百多年前就制备出来的液态和固态氢并不具备金属的良好导电性，都不能称之为“金属氢”。“金属氢”是具有良好导电性甚至是超导性的液态或固态氢。

哈佛大学团队发现的金属氢，是由两位科学家将一块微小的固态氢样品置于相当于488万个大气压的压力下制造出来的。这一压力远远超过了我们所生活的地球中心的压力值，在这一极端的压力下，分子氢的化学键将被打开，最终形成由氢原子为最小单位组成的晶体氢，类似金属原子组成的金属晶体，原子所带的电子可以在原子之间自由运动，具有了金属的导电特性，这时的氢晶体电阻通常小于100欧姆，远远小于原有的几十到几百兆欧姆。

金属氢的应用前景

为什么人们如此费尽心血地研制“金属氢”呢？这是因为金属氢具有一些非常特殊的性质。“金属氢”是一种亚稳态物质，可以用它来做成约束等离子体的“磁笼”，把炽热的电离气体“盛装”起来，这样受控热核聚变反应就可以很方便地实现，人类也可以建造出一座座“模仿太阳的工厂”，然后将原子核能转变成了电能，这种电能既廉价又干净，人类的能源问题最终将得到有效解决。

此外，“金属氢”具有超导性，用金属氢输电，其输电效率在99%以上，可以大幅降低输电损耗，使全世界的发电量增加四分之一以上。如果用“金属氢”制造发电机，其重量不到普通发电机重量的10%，而输出功率可以提高几十倍乃至上百倍。

除此之外，“金属氢”在航空航天领域还具有重大价值。众所周知，火箭一般采用液氢作为燃料，因此必须把火箭做成一个很大的类似热水瓶的容器，以便确保低温。由于相同质量的“金属氢”体积只是液态氢的1/7，如果使用了“金属氢”，火箭就可以制造得非常小巧。此外，由它组成的燃料电池，可以较容易地应用于汽车，那时，城市就不再像现在这样喧哗，尾气污染也将得到有效解决。

虽然，“金属氢”非常有用，但我们也看到了它在是极其困难的条件下获得的。为了验证它的存在，人类花费了一百多年的时间去营造了一个极端高压的环境，因此，要真正地生产和应用还需要历经漫漫长路。据了解，大规模实现接近500万个大气压的极端高压条件是制造“金属氢”的前提，这在实验室都需要耗尽洪荒之力才能实现，大规模生产谈何容易。

其实，我们没有必要把自己局限在地球上，看看我们的太阳系，那个最大的行星——木星就在距离地球约4.2个天文单位的地方，它由大量的氢构成，核心的压力可以达到3000-4500万个大气压，具备了制造“金属氢”的所有条件。现有研究推测，在木星核的外围存在着大量的“金属氢”，可以说是取之不尽，用之不竭。同时，我们也相信，随着航天科技的不断发展，开发利用木星内部的“金属氢”或许在未来将会变成现实。（编辑/起点）