氣體液化問題是19世紀物理研究的熱點之一。1894年，荷蘭萊頓大學的卡麥林·昂內(nèi)斯建立了著名的低溫實驗室。1908年，昂內(nèi)斯成功地將地球上最后一種“永久氣體”——氦氣液化，并獲得了接近絕對零度的低溫，低至4.25K至1.15K（相當于零下273.2攝氏度以下）。這一成就使他被風趣地稱為“絕對零度先生”。這一低溫為超導現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)奠定了堅實的基礎。經(jīng)過多次實驗，昂內(nèi)斯在1911年發(fā)現(xiàn)汞的電阻在4.2K左右的低溫時急劇下降，直至完全消失，即呈現(xiàn)零電阻狀態(tài)。1913年，他在一篇論文中首次以“超導電性”來描述這一現(xiàn)象。由于其在低溫物質(zhì)性質(zhì)研究及氦氣液化方面的卓越貢獻，昂內(nèi)斯榮獲了1913年的諾貝爾物理學獎。“超導電性”的發(fā)現(xiàn)引起了全球科學家的關注與興趣。他們發(fā)現(xiàn)，所有超導物質(zhì)，如鈦、鋅、鉈、鉛、汞等，在降至臨界溫度時，均展現(xiàn)出兩個共同特征：一是電阻為零，這意味著一個超導體環(huán)在切斷電源后，電流仍能持續(xù)存在，有實驗顯示超導環(huán)中的電流能持續(xù)兩年以上而不顯著衰減；二是完全抗磁性，即當超導材料的溫度低于臨界溫度進入超導態(tài)后，磁力線會被完全排斥體外，其體內(nèi)的磁感應強度始終為零。這一現(xiàn)象被稱為“邁斯納效應”。為了探究超導電性的本質(zhì)，科學家從實驗和理論兩個層面進行了深入研究。直到20世紀50年代，人們才取得突破性進展。“BCS”理論的提出標志著超導電性理論進入現(xiàn)代階段。該理論由巴丁、庫珀和施里弗于1957年提出，其核心是計算出導體中存在電子相互吸引形成共振態(tài)，即“電子對”。基于“BCS”理論，約瑟夫森于1962年預言在薄絕緣層隔開的兩種超導材料間存在電流通過的現(xiàn)象，即“電子對”能穿越薄絕緣層（隧道效應），并產(chǎn)生一系列特殊現(xiàn)象，如電流通過無需加電壓，若加電壓則會產(chǎn)生高頻振蕩。這一超導物理現(xiàn)象被稱為“約瑟夫森效應”。該效應在美國的貝爾實驗室得到證實，有力地支持了“BCS理論”。因此，巴丁、庫珀、施里弗及約瑟夫森分別榮獲了1972年和1973年的諾貝爾物理獎。自20世紀60年代以來，超導研究重心逐漸轉向?qū)Τ瑢虏牧系拈_發(fā)。開發(fā)高臨界溫度的超導體材料為超導體的大規(guī)模應用創(chuàng)造了條件。德國物理學家柏諾茲和瑞士物理學家繆勒從1983年開始集中研究稀土元素氧化物的超導電性。1986年，他們發(fā)現(xiàn)了一種氧化物材料，其超導轉變溫度比以往的超導材料高出12度。這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)了超導研究的重大突破。美國、中國、日本等國的科學家紛紛投入研究，很快就在液氮溫度區(qū)（低于-196攝氏度）發(fā)現(xiàn)了具有超導電性的陶瓷材料。此后，不斷有更高臨界溫度的超導材料被發(fā)現(xiàn)，為超導應用提供了可能。柏諾茲和繆勒也因此榮獲了1987年的諾貝爾物理獎。隨著研究的深入，超導體的某些特性已展現(xiàn)出實用價值。例如，超導磁浮列車已在某些國家進行試驗，超導量子干涉器也研制成功。此外，超導船、用約瑟夫森器件制成的超級計算機等正在研發(fā)中。超導體材料已廣泛應用于科研、工業(yè)和日常生活中。文中提到，“發(fā)現(xiàn)超導環(huán)中的電流持續(xù)了二年半而無顯著衰減”，這一事實揭示了利用不衰減的磁場可以實現(xiàn)列車的磁懸浮原理。即利用電流產(chǎn)生的磁場使列車輪子與軌道不接觸，從而消除摩擦力，僅靠動力驅(qū)動列車前進。