超導電性

超導電性是一種令人驚嘆的現象：某些材料一旦被冷卻到一個陡然分明的臨界溫度以下，便會喪失全部電阻。在超導環裡激起的電流，原則上將永遠循環下去，無需任何電池維持，也不會讓導線發熱——這在普通金屬裡是絕無可能的，因為那裡電阻總會把能量化作熱而不斷耗散。海克·卡末林·昂內斯於一九一一年用液氦冷卻水銀時發現了它，眼看著它的電阻徹底消失。

無電阻的流動只是故事的一半。超導體還會主動把磁場從其內部排斥出去——這就是邁斯納效應——這也是為何能讓一塊磁鐵懸浮在超導板上方的半空中。這一對孿生行為並不只是「極好的導電性」；它們是一種獨立的量子物質態，在其中海量的電子不再像一群各自為政的粒子那樣行事，而是鎖定進一個貫穿整塊材料的、單一而相干的量子態。

這種集體的量子相干正是關鍵所在。在臨界溫度以下，電子兩兩成對，凝聚進一個共享的波函數，它堅固到使造成電阻的那種隨機散射根本無處下腳。超導是少數幾個範例之一：一種通常隱藏在單原子世界裡的精微量子效應，竟膨脹到你能捧在手心、並能用於磁共振成像磁體、粒子加速器和靈敏探測器的尺度。