超导的通俗解释

如果你去坐飞机，你可能会注意到，在起飞降落。或者遇到颠簸的时候，乘务员会把卫生间锁了，不让你用。

其实这并不全是因为那时候卫生间没法正常工作，或者怕你磕了碰了。而是为了避免你为了上卫生间，产生的走动，破坏了飞机的配平。

（这已经是一个过时的观念，现代客机原则上不会因为走动影响配平。但原理上没有错误，请大家谨慎看待。）

每当你从机舱的一头走到另一头，你都会对飞机产生一个抬头/低头的力矩。这个力矩是需要驾驶员扳舵配平的。有的时候，当一个方向上的舵效已经用到头了的时候。你要是再施加一个力矩，飞机就救不回来了。

所以，这就是为什么你坐飞机的时候，安全带灯时不时就会亮起，提醒你不要四处走动的缘故。

好了，科普结束。于是这件事和“超导”有什么关系呢？

其实，电流就像一趟穿梭在导线里的航班，只不过，乘客的座位上没有安全带。里面的乘客随时都在到处乱跑。好在，这些乘客们各有各的主意，如果一个往前跑，一个往后跑的话，他们之间产生的效果也就相互抵消了。如果乘客很多的话，这个抵消会做得非常彻底，飞机看上去其实飞得很稳。

但其实，在这种情况下，飞机是存在轻微的“章动”和“进动”的。

总有一些不凑巧的时候，乘客恰好劲往一处使。这时候飞机的航向就会轻微地偏离飞机的运行轴线，于是，额外的消耗就产生了。偶尔也会有更不凑巧的时候，飞机的章动和进动无法完全抵消，如果你熟悉“随机过程”的话，这意味着有些飞机再也回不到原来的航线上去了。

如果我们将准点到达的航班称为导体的“功”，而将不准点的那些称之为“热”，那么你会发现，只要乘客还在到处乱跑，总有一些航班最后不仅不准点，甚至有可能不到达。

物理学家原本以为，在将乘客彻底约束在它的座位上，也就是将导线降低到绝对零度之前，飞机的准点率不可能达到100%。而理论上任何一种制冷技术，都不可能制备出稳定的绝对零度。

但是，有些运气爆棚的物理学家，却真的找到了这种导体。

他们发现当采用某些特殊晶体传递电力的的时候，在温度确实非常低的情况下，乘客虽然还是没有彻底停止走动，但是在机舱的内部，形成了某种稳定的潮汐。如果这个时候，飞机本身也恰好按照某种稳定的螺线运转的话，两者的效应将会得到完全的抵消！

制备这种抵消的主要难点，在于潮汐的频率，如何能始终和飞机的航行频率实现完全整除。飞机的航行频率是可以通过电压调节的。但是机舱乘客的潮汐运动频率，只能靠某些晶体的特殊结构来实现。

在设计这个晶体的结构之前，我这个飞机的比喻还可以以一种经典力学的方式，试图让你一窥已经实现超导的导体，宏观上是怎么工作的。

但是一旦涉及到这晶体在低温的时候，是怎么把分子的热运动统治成一种稳定潮汐的，这时经典理论就不够用了。

目前关于这个现象的解释并不唯一，其中的一种可能比较经典解释是：

某种“刚度”刚刚好的单一晶格。可以像那种工程师绝对不允许设计出来的桥梁那样，将电子的随意运动，放大为桥体上的驻波，就像那座著名的“塔科马海峡大桥”一样，一旦风产生的涡旋，以一种特定的频率打在桥面上时，大桥就开始扭动了。（你可以以这个大桥的名字，搜到很多相关的解说）

当这个单一晶格受到激发电子的扰动，产生扭动之后。一旦晶格与晶格之间，足以形成稳定振动的频率，恰好和这个扭动的频率相等，或者以不大的倍数实现整除的时候。无数的晶格会再形成一座“塔科马海峡大桥”，将这场扭动进一步放大。

在这个过程中。虽然电子的运动完全不可预测，晶格的缺陷也完全不可预测。但是很多很多缺陷加在一起之后的频率。变得可以预测了。正是这一点，让超导成为了可能。