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 楼主: 王德奎|查看: 4225|回复: 13
[自然科学

量子技术应用荣辱思维初探

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 楼主|王德奎 发表于: 2017-5-30 17:09:53|只看该作者
也许中山浩博士听不懂我们说的四川话,他要我们写出“线旋”、“墨比乌斯带”等一些科学概念的中文字。但我们发现他对很多前沿的物理和数学很陌生,就问:“中山浩先生,你是从事量子物理的吗?”。他说:“我是医生,主要在香港行医”。我们联系到日本的中微子研究,虽已有小柴昌俊和梶田隆章两人获得诺贝尔科学奖,但日本对暗物质研究的信息不多。这也许跟日本国土面积小,又是地震多发的岛国有关。因为要建大型强子对撞机,这对日本是致命的局限。由于日本对暗物质研究不多,对中山浩博士这样的日本量子专家也有影响。中国不同,刘月生教授曾在《河池学院学报》发表的长篇论文《读费马大定理与朱熹平猜想》,盛赞日本数学家谷山丰和志村五郎提出的谷山-志村猜想,预测了中国研究暗物质的未来。也许中山浩等日本量子专家没有“握手”到刘月生的信息。陶康华教授也注意到中国量子联盟存在类似问题,所以他比严谷良司长更注重理论方面的梳理问题。
联系陈一文先生说天津王鸿铭教授“保密”的不充电、没有输入能量的发电装置发明,他连样品也见到,就凭拿的上海某研究所出具的检验拆卸报告,就说王鸿铭发现传统电磁学理论有错误。但“去保密”的传统电磁学理论,和应用产生的传统电机,因“去保密”才得到世界和历史公认是可行的商品和产品,这与所涉及的思想理论、意识形态或文化等问题无关。其实陈一文先生并不懂国际产权组织的规定:“某发明为权利人所做,是唯一的和有用的,即可享有专利权”。因为其中的“有用的”,是包括“去保密”后的有关国家授权的科技、执法、安全等多个实验、管理部门,要验证是“有用的”。某发明权利人以独自的“保密”,要求以国家之力,用“计划经济”方式规划推广,如果这种发明是子虚乌有,国家何来理由采用“赎买”方式,购买现有内部“去保密”企业股票,让他们一步步退出?这和用“市场经济”的方式推广应用内部“去保密”技术的企业公信力,可比吗?
中国专利局不是科学审判所,科研实验和学术争鸣问题不是专利商业问题。但如果某发明权利人以独自的“保密”为由,拒绝国家授权的科技、执法、安全等多个实验、管理部门验证是“有用的”,专利局拒绝就是越权吗?专利局有个别泄密的“内鬼”,但不是拒绝国家授权的实验、管理部门,验证是“有用的”的理由。而正是他们管辖范围的事情。至于专利局做审判结论的工作人员,具不具备量子物理学常识?懂不懂量子物理学和牛顿物理学的一个重大区别是“暗物质”和“显物质”的存在及其规律?不是王鸿铭教授和自找上海某研究所说了算,因为法律没有追究两者在专利申请批准前,因“造假”要受惩罚的规定。科学“去保密原则”与“握手原则”和“对方承认原则”是专利申请批准的前提条件。
再说王洪成和王鸿铭懂“点内空间”存在“暗能量、暗物质”吗?简单到没有“握手”暗能量、暗物质这方面的规律,“窗户纸一捅就破”,了解常规技术的人员只要看到装置结构就能够仿制的这种发明、发现,我们欢迎和尊重的。而且只要个人的科技创造,不作恐怖、暗杀、暴力、人身攻击、非法活动以及破坏环境、社会安全的事情,“对方承认原则”并不必强迫对方承认。例如,陈一文先生长期支持蒋春暄;且没有“握手”谷山-志村猜想。但蒋春暄是反过来强迫国内外科学主流承认他的费马大定理等证明方法;本来蒋春暄在反国内国际科学主流的圈子里已经得奖,可以满足、等待。陈一文先生就陪同蒋春暄,到英国领过这类奖。他说:“暗物质”和“显物质”的存在及规律的区别,这种常识美国1970年代就进入中学课堂。可见他也知道教育界、科学界、专利法执行界存在的差距,蒋春暄承认吗?。
赤壁第八届量子信息研讨会的报告,我们听到日本的中山浩博士和浙江大学博导孔伟成教授讲黎曼,以及黎曼上三代人的奋斗,但似乎他们并不知道“黎曼下三代”人的奋斗,对国内国际主流科学界的撕裂。“黎曼下三代”人指黎曼,黎曼的学生里奇,里奇的学生列维-齐维塔(Levi-Civita)。这个被撕裂的科学世界,以里奇、彭罗斯、卡西米尔、费曼、加来道雄、兰德尔等为一方;以列维-齐维塔、丘成桐、杨振宁、威腾、海森堡、狄拉克等大多数科学家为另一方。可以说,没有“握手”过彭罗斯及其《通向实在之路──宇宙法则的完全指南》等书的人,就不要去搞高能理论物理学了;搞专业应用物理学和数学,就可完成一切实在的科技工作。
为啥?因为超光速存在实数超光速和虚数超光速之分,实数光速如果作为“不变量”,它只能存在于实数类似的时空;它作为实在事物,这是一个可测量计算的唯一标准。但在语言、信息领域,实数超光速可作为谎言、笑话、计算错误等存在。因此在科学理论推测中,这成两难问题。从列维-齐维塔和里奇起,之间发生的撕裂,是1890年列维-齐维塔考入帕多瓦大学数学院,师从里奇,1894年毕业后留校任教。“变量”和“不变量”联系光速,几乎成了类似撕裂的“分水岭”。以牛顿万有引力和麦克斯韦电磁场波计算为例,光速不变,就难以解决“如设绕着星球作圆周运动物体的半径为1米,它到星球表面最近距离为30万千米,当星球的半径大于30万千米时,要速度只有光速大的引力子,传到星球表面的信息才开始让里奇张量引力,产生整个星球体积的同时理想收缩,那么就不能使星球直径另一端的表面也同时开始收缩”。因此必然有产生一半对一半的实数光速引力子和虚数超光速引力子,并以实数引力子到达时为准才行。引力是拉力,不是推力,说到底类似“收缩”。里奇要用“收缩”解释黎曼张量包含的引力,但说不清楚具体的收缩机制。列维-齐维塔主张现实,说不清楚就模糊化。但两人矛盾并没有公开。
1901年他们还合写了《绝对微分法及其应用》,发表在《数学年鉴》上,成为张量分析的经典著作,为张量分析和拓扑学的发展开辟了道路,给出在欧氏和非欧氏空间特别是黎曼弯曲空间下,如何把某些偏微分方程及物理规律表示成张量的形式,以便使它们与坐标系无关。但两人的矛盾,还是在爱因斯坦要使用里奇“收缩”思想上,被间接暴露扩散开来。广义相对论R_uv1/2g_uv R=-8πGT_uv方程因用张量分析,受到普遍重视。旧物理脑洞大开,推崇是学习列维-齐维塔,而不是里奇。列维-齐维塔变通里奇的“收缩”张量,他用“联络”、“协变”等概念,近似引力张量的拉力。爱因斯坦当然心领神会。在定位里奇张量的概念上,从1913年时起,对R_uv-(1/2g_uv R=-8πGT_uv方程,他先把R视为里奇张量;g_uv视为弯曲空间中距离测度的黎曼度量张量;T_uv为能量--动量张量;G为牛顿引力常数和π为圆周率数;到1955年去世他也没有说R_uv是里奇张量。
直到1965年,彭罗斯发表拓扑学方法提供的宇宙大爆炸时空奇点定理,1981年古斯发表暴涨宇宙论,人们才确定R_uv是里奇张量,R是它的迹,其他不变。恢复爱因斯坦的带宇宙常数λ的方程R_uv-(1/2g_uv R-λg_uv =-8πGT_uv,成共识。爱因斯坦在里奇的“收缩”张量和列维-齐维塔变通的“联络”、“导数”的说法之间,闪烁其词;以及爱因斯坦在里奇和列维-齐维塔两人之源的“黎曼张量”上,模糊,是要等待新物理脑洞才能明确里奇张量“收缩”,也对。这里还有爱因斯坦更多的是看到,麦克斯韦电磁方程组为在匀速的运动之下保持其形式不变,时间坐标和空间坐标要采用一个常数矩阵L的变换。这个矩阵的变换,可以保证光速在不同惯性系是不变的;洛伦兹群的那个4维表示,正是这个矩阵L。爱因斯坦脑洞大开,也认为常数矩阵L不必真的是一个常数,而是时间坐标和空间坐标的函数。但爱因斯坦也需要重新定义空间导数,因为反过来,是不保证麦克斯韦方程在矩阵L变换下保持形式不变。也许是巧合,“L联络”与“矩阵L”都含有“L”;列维-齐维塔协变导数,就是L协变、L联络。因对空间任意两点做测量,必须依据“定域”的原则,求导数已有“牛顿-莱布尼兹导数”方法。
爱因斯坦聪明,是用了列维-齐维塔协变导数代替牛顿-莱布尼兹导数,这只是多增加一项函数“L联络”。“导数”说是纯数学,说L协变、L联络,还含引力的形象思维。“变通”,能在社会“吃通”,我们不反对;但前提要有人攻关去硬碰硬。因为引力的直接形象机制是“收缩”,引力场、引力波、“协变”、“联络”等说法以及数学公式,仅类似“信息”,只可含引力收缩的意思。这里类似一个统帅的作战进攻指令信息,传到前方没有官兵动手,就能完成消灭敌人的任务吗?今天旧物理脑洞对引力、引力波的说法和各种数学,并没有类似官兵如何动手的机制,这是量子引力终极理论吗?旧物理脑洞迷信列维-齐维塔,是有“变通”协变、联络之术。但爱因斯坦跟着列维-齐维塔的“变通”转,还真完成了20世纪物理学创举。
爱因斯坦写出物质分布影响时空几何的引力场方程,不容易。要图说非欧黎曼、里奇张量的“变通”,不容易。里奇张量引力整体收缩,牵连时空难以言说。他不明言列维-齐维塔变通的手法,就是证据。爱因斯坦是把时空的协变、联络,类比纤维线网织,从非欧黎曼时空本身明言是四维弯曲时空出发,空间弯曲结构自然仅取决于物质能量、动量密度,在时空中的分布。反过来时空的弯曲结构,会决定物体的运动轨道。这类似当沿着茶碗侧面抛入一个玻璃球时,玻璃球就不会马上落入碗底,而是沿着侧面滚动一会儿。同理,地球会沿着太阳所造成的时空弯曲,滚向太阳周围,又因地球是在几乎为真空的宇宙空间里公转,所以不会停止运动。
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 楼主|王德奎 发表于: 2017-5-30 17:10:35|只看该作者
列维-齐维塔和爱因斯坦相继打造的导数“变通”协变、联络之术的物理脑洞,深深影响和熏陶了所有旧物理脑洞的“后来人”。这首先就深远到1932年海森堡转向开发的核物理领域 :即使当时实验,才发现构成原子核的质子和中子。数学从“L联络”与“矩阵L”都含有“L”,到“矩阵L”与列维-齐维塔导数即L协变、L联络的内在联系,非常紧密,但海森堡不是去追随爱因斯坦,而是追随列维-齐维塔,从“L联络”重新回到“矩阵L”,从旋量研讨球量子的自旋。海森堡想:具有几乎相同质量,只是质子带电,而中子不带电,那么忽略电磁相互作用,质子和中子不就可以看作是同一种粒子,所处在两个不同的状态吗?正是从这一点出发,海森堡反过来类比泡利的SU(2)“自旋”理论,将SU(2)群用于描述核子。海森堡是最先把球量子面旋的转轴方向倒位的上、下自旋,仍坚持类比“自旋”,提出“同位旋”概念的。这又深远影响到1954年,杨振宁的物理脑洞。其实这一切类比,全息的协变、联络起点,正是从这时开始,才把质子和中子统称为“核子”的。后再定义质子,是核子同位旋向上的状态,中子是核子同位旋向下的状态。
这是把球量子自旋转轴方向不同,出现自旋符号的不同,用于最先开发的微观粒子的编码方法。它又深远影响到上世纪60年代初,国内产生的环量子自旋三旋编码基本粒子的发明。再说早在海森堡基础上的量子场论版本,是1934年费米拿来描述核子弱相互作用的 衰变。由此在二战中,费米和海森堡也分别转入美国和德国的原子弹研发。这让爱因斯坦当然也知道其中的一些奥秘,他发明狭义相对论的质能公式,就与原子弹的能量威力有关。“L联络”等价“矩阵L”,使爱因斯坦认为,所有物理法则都应该在矩阵L变换下保持形式不变。由于矩阵L的形式可以是任意的,爱因斯坦推导“广义相对论”也缘于这种“广义协变原则”想法。费米和海森堡的脑洞当然不曾放过学他推导“广义协变原则”:他们从质子和中子近似,类比引力质量与惯性质量相等近似,引力效应本身也可以被等价为时空坐标的变换L,由此任何物体都受到引力作用L联络,就是普适性。这又深远影响到另一对数学家师生的奇迹发生,他们就是希尔伯特和他的学生韦尔(H. Weyl)。
这场撕裂,在改革开放前的康生和“四人帮”来说,别说科学“握手原则”,简直只能“闭关自守”了。他们把工农兵推在前面,打着“哲学万能”的口号,让他们像“瞎子摸象”一样地冲锋。改革开放后,像卢昌海这样拔尖的大学毕业生,到类似美国哥伦比亚大学读物理学博士,毕业后在美国就业,翻译编著出版了大量介绍西方前沿科学最新视角的科普书籍和发表的网络论坛文章;而如在“三思科学网”等积聚追随卢昌海类似的大批分配在科学院所、大专院校工作的男女拔尖大学毕业生、研究生,也热烈地守护类似卢昌海介绍西方前沿科学最新视角的知识。这本来是一件好事,但很多人“抱团取暖”过头了。这些二、三十岁的学子,以为几年时间读了个哥伦比亚大学、北京大学等国内外著名大学,获得了物理学硕士、博士学位,就能超过土著的四、五十年时间打赤脚追赶国际高歌猛进的量子物理,日以继夜业余想尽一切办法,“握手”国内外前沿科学最新视角知识的科学爱好者。
例如,“量子几何”这个新概念,首先是西方创立的。卢昌海博士把它翻译编著在自己的博文中,但并不能算是他本人的创造。而国内对环量子自旋产生拓扑几何,类似使用的“量子几何”这个词汇,有独立性。但卢昌海及其追随者说是“抄袭”;另一些难以与卢昌海博士“握手”而守护传统旧科普教材人,没有中西合璧
前沿科学最新视角,又说是“胡编乱造”。所以面对这些撕裂的复杂现象,更为实在的是中国量子联盟内部,类似量子肥与量子能源等神秘量子科技“赤壁之战”,如何正确引导,成为上海师范大学博导、上海长三角人类生态科技发展中心理事长陶康华教授,在赤壁量子会上想作《回答十年之间主攻生态高效》发言的主题。
因为量子技术创新,适应现实一般的就业和建设的需要,迟早会终结或改变部分大中小学的教育方式和教材内容。而量子信息技术应用主攻生态高效,研究的方法、原理又向何处去?样板是2008年四川发生汶川特大地震后,在党中央的领导下,一方有难八方支援,全国较富饶的省份都来分片援助受灾的市县,使四川受灾地区发生了翻天覆地的变化。这种模式以后在全国多地方应用,生态和人文环境都发生很好的效果。可以说从2008年到现在的十年之间,也促使中国量子联盟的量子信息研讨,从最先多集中在主攻医学与健康,到现在的主攻,在农业、环保、医疗保健等多方面开花,而有了新的手段和成果。
笔者与陶康华教授在2008年开始通信,也是偶然的。汶川特大地震发生后,我们把业余研究的量子色动力学、量子色动化学,结合欧洲大型强子对撞机的实验,分析发现大地震有“膺大型强子对撞机假说”发生的类似机理,这是没有核辐射反映却类似核爆炸反映能源威力的“量子色动化学”反应。这种“膺大型强子对撞机”
类似回旋加速器轨道的剖面图的图像,就类似长跑运动操场的轨道水平面图。这里剖面图与水平面图的不同,是大地震这种图是沿垂线放置的剖面图。如果把地质板块裂缝比作“窗帘轨”挂着的“窗帘布”,这张巨大的超导薄膜“窗帘布”,由于岩浆的运动、内外电磁场及其引力潮等的作用,在板块裂缝之间“飘荡”,还可以倾斜至裂缝两边上百或上千公里的地方……。这类十多篇文章在网络论坛发表后,被陶康华教授看见了,就想随上海支援四川灾区的工作队,来绵阳参加生态保护。
但当时中央分配上海是支援都江堰市灾区,所以陶康华教授不能在绵阳与我们见面。200914日至5日的第二届量子信息研讨会,在陶康华教授工作的上海师范大学召开,他就邀请笔者和绵阳师范学院化学系何志坚教授参加了这次大会。我们提交的5·12大地震量子信息和弱力能源初探等论文,虽然很另类,但由此“量子色动化学”的交流,这十年间已得到长足的发展。当年上海研讨会后,到7月份陶康华教授还带领他兼职指导的一批上海交大和清华大学攻核物理的博士生,来绵阳支灾和调研低碳工作,因此我们能再次得到陶康华教授的亲身指教。但这以后我们一直没有再见面,虽然笔者每当有新文章写出,都用电子邮件寄给他。而他因工作忙,基本上都没有回信。直到2017年3月11日笔者将新写的文章《量子自旋存在造就时间晶体存在》寄给他3月13日早晨突然接到他的电话,问愿不愿意参加3月18日赤壁市召开的第八届量子信息研讨会?我们答应了。
3月17日下午我们在武汉高铁站相遇后,由于坐的到赤壁高铁的车厢不同,也没有机会交谈八年之后见面的感受。直到在赤壁下了高铁,两人在同行的一段路上,
陶教授一开口对笔者谈的,是说从他们上海第二届量子信息研讨会的官助民办,到现在赤壁市量子信息研讨会由政府部门审批,完全由民间承办,已成趋势。使笔者立马感到陶康华教授,对我国量子技术研究与应用的关注和投入。由于陶教授也是赤壁会议的领导成员之一,他们要商量的事情很多,没等笔者说感受,我们就要分头上车接走了。陶教授只能参加18日一天的会议,19日一早他要赶回上海参加重要会议。17日晚上,会务组说陶教授要准备明天的大会报告,他被单独安置在招待所一间住房工作,我们也没有机会交流。我们以为他18日上午要作大会报告,但他虽然安排在第四个发言,而上午前面中山浩博士、南春波教授和孔伟成教授等三人报告完后,已到12点钟以后。会务组想让他下午继续作报告,但陶康华教授为了让其他专家有时间报告,坚持在这12点钟以后到吃午饭之间的一点时间里,简短精炼谈了一点自己的感受,算是作了《回答十年之间主攻生态高效》的发言。
18日下午大家的发言也非常热烈,直到大会结束时,陶康华教授也没有再发言的机会。想到明天一早就要离开,他赶忙把写好的一首诗词《七律:赞八届量子信息研讨会》:“赤壁春天火样红,科学再度作先锋。四方量子多应用,八面神机少认同。绿色长征新起点,雄关漫步后群中。红旗高举承前志,烂漫山花意气浓”;大声唱念送大家,在热烈的掌声中,第八届量子信息研讨会算是圆满地闭幕。18日晚是陶教授走前的晚上,找他商量的专家学者很多。陶教授还是抽出一点时间,把笔者单独叫到面前。他说分别八年很想多交流,但实在事情很多。他拿出早打印好的五页论文目录共213篇,交到笔者手上,是2008年至2017年我们用电子邮件寄给他的约100多万字论文的汇集。他说:“这些年虽然很少给回信,但这些文章我都认真看过。也找我女婿看过一些,但大多看不懂。总的说来,内容重复的地方多,思维跳跃性大。但文章视角和很多人不同,理论很新、很前卫。我想请一点学者共同研讨,把它梳理清楚,让更多的学者能看懂。内容当然也就更简练、明了,容易出版传播得更远些”。陶教授的这些话,我们明白他的良苦用心,很是感动,说听从他的安排。因为他还要和武华文教授等商量量子联盟的事情,我们祝他晚安。
陶教授和他的助手郎德波老师走后,19日是安排外地专家考察赤壁市量子谷的历史环境。笔者认识上海参会留下的代表,是上海市农业科学院的两位一年级研究生 冯晓晓和马薇,她们都是上海海洋大学毕业考进农科院的同学。由于大会南春波教授报告的量子肥很神奇,上海市农业科学院派学者来考察,理所当然。所以在赤壁市考察期间,我们曾与小冯、小马讨论“量子肥、量子新能源”等科学研究,在只介绍它们粗糙的原理和要求专利保密下,量子科技如何展开第一次创新后的竞争与选优?我国的量子科技如何才能真正地发展?小冯和小马更多的是听我们讲“科学去保密原则、对方承认原则和握手原则”。她们说:对所讲述的“科学三原则”理念深表赞同,现在社会为了名利做学问的大有人在,非常踏实做学问的科学创新很艰难。我们问小冯、小马,如何能参加赤壁会议的?小冯和小马说,陶康华教授认识她们农科院的院长。是陶教授与院长商讨后,农科院信息所才选派她们来的。
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 楼主|王德奎 发表于: 2017-5-30 17:11:23|只看该作者
听到小马说她考到上海农科院读研究生后,还当过志愿者到贵州省农村支教一年,可见她对偏远乡村需要高新科技促进发展很有体验。感到小马和小冯都是上海农科院思想、学业向上的研究生,就问她们各自研究和今后准备写的毕业论文方向是什么?小冯说她专研的是“产权”,小马说她专研的是“工商”。联想到在考察坐车的路上,小冯和小马也都听到的日本量子专家中山浩博士,与刘新华董事长讨价还价“量子功夫茶”的投资合作生产。如果这是探索中国科学“去保密原则”实际底线的囧事。感到陶康华教授和上海农科院院长太有远见了。因为量子能谱物理学迎来非线性暗物质原子量子研究与应用革命时刻,破囧途的方法,如“量子肥、量子新能源”等,不管是对广大农民,还是国内外的厂商,目前第一还不是在技术、理论上,主要还是在“产权明晰”,“工商分红”等尖锐的专利与“去保密”的求衡上。所以陶康华教授在与我们告别时,一口气说需要买十本《求衡论》一书。
从武华文量子钟可望量子灯猜想初探开发
量子能谱物理学迎来中国量子联盟的量子技术研究与应用热,“量子肥、量子新能源、量子功夫茶”等产品或商品,即使暂时被有人看成类似“骗局”,或技术还没有达到非线性暗物质原子量子研究的高度或成熟,但只要在“产权明晰”,“工商分红”等尖锐的专利与“去保密”的求衡上能有突破,自然就会在冲击中推进。上海出生的中国量子联盟如今的两位老舵手──82岁的严谷良司长和76岁的陶康华教授可以看成是分头分工合作。严谷良司长是抓武华文教授团队“只看实验,不谈理论”,拿出样品。陶康华教授是抓 “看实验,也看理论”,同上海农科院合作主攻生态高效。因为“量子肥、量子新能源、量子功夫茶”等不是绿色商品,而夹杂污染,会造成可怕的生态破坏。南春波教授是中国农科院的代表,中国农科院和中国科学院推崇的神奇量子肥,上海农科院在技术和科学原理的正误上,即使管不着,也可以在量子技术应用推广和产品的销售,从“产权明晰”,“工商分红”等尖锐的专利与“去保密”的求衡上,推助一把。再说上海也出有类似王洪成“水变油”、张建民“量子肥”结合的达人许驭,和追随他的一些上海大学的教授。
2017320日从赤壁回到绵阳后,想到武华文教授展示的“永久不充电固体量子电池”,笔者到绵阳市涪城区南街回访卖“高效节能LED光源”商铺的秦老板。因为2017年春节期间,买过他出售的上海嘉和嘉美科技照明有限公司生产的“LED模组光源”灯。这不是有灯丝的玻璃灯泡,也不是“三基色节能灯管”,而是3厘米见方1.5毫米厚带金属的四块薄片,发光的地方是米粒大小的带淡绿黄色的荧光点。一个薄片大致只分布了五个米粒点,但亮度与三基色节能灯管不相上下。想到这种新光源革命之路的LED片灯,如果能和武华文教授的“永久不充电固体量子电池”薄片型镶嵌搭配,也许是一场不用外源输电的“照明革命”。
但笔者与秦老板交谈,秦老板死也不相信有不要外源输电的类似“永动机”的小型电池。其实,在赤壁3月18日武华文教授演示“永久不充电固体量子电池”的当晚,笔者找武华文教授,也还交谈过新光源革命之路的LED片灯。因为据说只要使用LED灯具,其用于照明的电力,也能降低到4%。如果再与武华文教授的“永久不充电固体量子电池”结合,这无疑另一场改变照明电力的世界革命。
新光源革命之路从1907年LED效应发现,到1993年日本的中村修二正式发明LED二极管,再到1999年1W的LED灯正式商业化使用,LED也经历了将近一百年时间的发展。在此之前一直使用的是,上个世纪爱迪生发明的白炽灯泡。
中村修二是1993年在日本日亚化学工业株式会社就职期间,发明的以GaN(氮化镓)晶体制作蓝色发光元件法,开发了高亮度蓝色发光二极管LED的。当时开发的这种蓝色LED,被认为是20世纪不可能的商品化任务。因为此前的20年间,只有红色和绿色LED。1995年中村开始研发蓝色激光二极管,实现InGaN/青色半导体激光的室温脉冲振荡。1999年中村修二离开日亚公司,2000年在美国加州大学圣巴巴拉分校校长杨祖佑的强力邀请下,中村修二任圣巴巴拉分校材料物性工学部教授一职。2002年中村修二与赤崎勇、天野浩同时研究“青色发光半导体设备的开发”。2005年中村修二从水溶液取出氢原理开发成功;2006年中村修二与加州大学巴巴拉分校研究小组,制造出第一款无极性和半极性GaN 衬底LED。2007年中村修二的论文发表,标志世界首次的无极性青紫色半导体激光开发成功。
中村修二的创新,使得LED生产商,能够生产三原色红、绿和蓝LED,从而使得LED行业利用这种新技术,开始白色LED半导体生态光源的商业化生产。2014年3位日本学者赤崎勇、中村修二和天野浩,因发明蓝色发光二极管LED,获得诺贝尔物理学奖。如果说白炽灯照亮20世纪,LED灯将照亮21世纪,那么武华文的“永久不充电固体量子电池”,能否联系揭秘提取非线性暗物质原子量子能源的“量子纠缠电池电灯”,会是下一场量子灯革命,而不是一阵热风呢?早在2012年我国政府就宣布,全面禁止销售和进口100瓦以上的普通照明用的白炽灯。所以陪伴中国老一辈人几十年的白炽灯,即将走到历史的尽头。
LED是英文Light Emitting Diode(发光二极管)的缩写。这是一块电致发光的能将电能转化为可见光的固态的半导体材料晶片芯片。晶片用银胶或白胶固化到支架上,然后用银线或金线连接芯片和电路板,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,最后安装外壳。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位。另一端是N型半导体,这里边主要是电子。这两种半导体连接起来,就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED灯发光的原理。
一般照明需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成的。GaN芯片发蓝光,高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉,受此蓝光激发后,发出黄色光射。蓝光LED基片,安装在碗形反射腔中,覆盖以混有YAG的树脂薄层。LED基片发出的蓝光,部分被荧光粉吸收。另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合,可以得到白光。这种通过蓝光LED得到白光的方法,构造简单,成本低廉,技术成熟度高。20世纪60年代,科技工作者利用半导体PN结发光的原理,研制成LED发光二极管。当时所用的材料是GaASP,其发光颜色为红色。经过近30年的发展,大家十分熟悉的LED,已能发出红、橙、黄、绿、蓝等多种色光。1998 年发白光的 LED 开发成功,这种 LED 是将 GaN 芯片和钇铝石榴石( YAG )封装在一起做成的。LED体积小,非常的轻,耗电量低;工作电压是2-3.6V,电流是0.02-0.03A。LED是由无毒的材料作成,高亮度、低热量,环保,不像荧光灯含水银会造成污染。LED坚固耐用同时也可以回收再利用。LED日光灯寿命为普通灯管的10倍以上,几乎免维护,无须经常更换灯管、镇流器、启辉器;也能应用到相机、手机等科技产品中。
再说武华文教授的量子电池,应该“握手”南策文教授。与一般人理解的不同,南策文教授说,锂离子电池和普通电子元器件不一样,实际上是个很复杂的系统。比如正极、负极是多种材料复合在一起的,电解液和隔膜也可是多种的混合物。全固态电池看似简单,其实也很复杂。比如,液态锂离子电池的正极层中,包含了正极活性物质,导电剂、电解液、粘结剂等多种成分。假如换成全固态电解质,因为正极层中没有电解液渗透,多种成分的配比组合问题会很复杂。做液态锂离子电池就像人们和沙子搅水泥铺地面,加水就可以让石子、沙子与水泥调和。
但在全固态电池没有液态物质参与,如何解决固态跟固态材料的界面问题,并保证有效物质的活性,挑战很大。南策文教授说,由磷酸铁锂、三元、高镍三元再到全固态电池的技术路线,演进格局是单体电池的能量密度要达到300瓦时/千克,在现有技术体系上研发新产品,难度也不小。一旦超过400~500瓦时/千克,则更需要新的突破。从技术上来说,演进路线是按照时间进行的,但不同技术水平的电池并不是你死我活的关系,可能是并存共生的格局。这意味着,并不是出现新一代电池后,其它电池就会完全淘汰,可能是一个逐渐交替的过程,而且也可能并存较长时间。以铅酸电池为例,虽然其能量密度较低,污染也较大,但到目前为止,铅酸电池并未被锂离子电池完全取代,而且发展得也挺好。
原因就在于其成本低、安全性还可以,而且较好解决了回收循环利用等问题,所以至今一直还和锂离子电池并存。不同电池有各自不同特点,存在于不同的适合自身的应用领域。南策文教授说,就能量密度而言,作为排在元素周期表第3位的元素,锂金属电池理论上可以达到700瓦时/千克,这会是电池储能的极限吗?不是极限。电池的能量密度是需要综合考虑正极和负极材料,如果发现新的正极材料,比容量和电压,比三元或者现有材料要高出很多,电池的能量密度还要上涨。锂电池的极限,或者天花板,至少目前从技术上还看不到。如果非要确定相对的极限,作为高出目前锂离子电池能量密度一个多数量级的锂空气电池,也许可以想象为极限的理论能量密度约为3500瓦时/千克,所以700瓦时/千克不是极限。
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 楼主|王德奎 发表于: 2017-5-30 17:12:03|只看该作者
反过来看“量子灯”,复杂性和极限性也是多方面的。据《中国国情网》2016年10月25日报道;由赤壁天元量子科技有限公司出品的,量子专家武华文教授研发的“第一台中国量子新能源钟”,2016年10月22日在赤壁问世。10月22日赤壁市市长李朝曙,赤壁市经济开发区管委会工委书记、市委常委洪金虎,赤壁市经济开发区管委会主任熊新年,赤壁市招商局局长、党组书记祝爱华等,相关部委局领导到赤壁天元量子科技有限公司考察,他们对“第一台中国量子新能源钟”在赤壁问世表示祝贺,并对“量子新能源钟”的批量生产给予了建设指导性具体意见。“量子新能源钟”是“量子新能源”加钟表的组合,“量子新能源灯”也可以是“量子新能源”加LED灯片灯的组合。量子专家武华文教授既然开了“第一台中国量子新能源钟”的头,开发“量子灯”也是可望的。
参考文献
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