Die Wahrheit hinter dem weltweit umstrittenen Vorfall der „Supraleitung bei Raumtemperatur“ stellt sich wie folgt heraus!

Produziert von: Science Popularization China

Autorin: Mei Lin (junge Wissenschaftlerin)

Hersteller: China Science Expo

Es ist mehr als einen Monat her, dass ein südkoreanisches Forschungsteam auf der Preprint-Plattform arXiv einen Artikel veröffentlichte, in dem es behauptete, den weltweit ersten Supraleiter bei Raumtemperatur und Normaldruck synthetisiert zu haben. Vom anfänglichen Schock und Verdacht bis hin zur anschließenden experimentellen und theoretischen Verifizierung sind die Wissenschaftler bislang zu einem grundlegenden Konsens gelangt:

Das ist eine Fälschung.

Das Levitationsphänomen von LK-99, synthetisiert vom Forschungsteam des Korea Institute of Quantum Energy

Bildquelle: (Screenshot des vom Forschungsteam des Korea Quantum Energy Research Institute veröffentlichten Videos)

Für die wissenschaftliche Gemeinschaft reicht es jedoch nicht aus, nur zu wissen, dass „das eine Fälschung ist“. Wir müssen auch wissen , warum dieses Ergebnis falsch ist, welche Fehler die Wissenschaftler gemacht haben und welche Lehren wir daraus ziehen sollten.

Darüber hinaus müssen auch wir als Zuschauer wissen, was genau passiert ist. Andernfalls werden wir bloße Zuschauer sein, die verwirrt hereinkommen und fassungslos wieder gehen!

Seien Sie nicht ungeduldig, lassen Sie uns jetzt ernsthaft den Grund „offenbaren“, warum die Wissenschaftler bei diesem Vorfall einen Fehler gemacht haben.

Ist das Prinzip des Ereignisses „Supraleitung bei Raumtemperatur“ auch Gegenstand von Schulklausuren?

Wir verwenden eine sehr einfache Analogie, um Ihnen das Verständnis zu erleichtern.

Angenommen, eine Schule hat eine Klasse mit insgesamt 50 Schülern. Der Schulleiter stellte fest, dass 5 dieser 50 Kinder jeden Tag im Unterricht schliefen und nie lernten. Infolgedessen lag die Durchschnittsnote dieser Klasse in jeder Prüfung über 90.

Nun ist der Schulleiter zu einem Schluss gekommen: „Schüler, die im Unterricht schlafen, haben Superkräfte! Sie schlafen im Unterricht, können aber trotzdem mehr als 90 Punkte in der Prüfung erreichen!“ und verkündete sein Fazit der gesamten Schule.

Wir würden denken, dass dieser Schulleiter versucht, die Leute zum Lachen zu bringen! Warum?

Denn „Durchschnittsnote über 90“ bedeutet nicht, dass Kinder, die im Unterricht schlafen, auch Noten über 90 erreichen können! Dass die Durchschnittsnote so hoch ist, liegt vermutlich daran, dass andere Kinder, die im Unterricht nicht geschlafen haben, im Test bessere Leistungen zeigten und so die Gesamtdurchschnittsnote nach oben zogen.

(Fotoquelle: Veer Gallery)

Wenn wir die Theorie überprüfen möchten, dass „Schlafen im Unterricht das Lernen fördert“, sollten wir die Testergebnisse dieser Kinder, die im Unterricht schlafen, separat betrachten, anstatt sie zu vermischen und das Durchschnittsergebnis zu betrachten.

Wenn Sie sich den Durchschnittswert ansehen müssen, sollten Sie zur Ermittlung des Durchschnittswerts eine Klasse finden, in der „alle Schüler im Unterricht schlafen“, statt die beiden Schülertypen für das Experiment einfach zusammenzubringen.

Dem koreanischen Team ist bei diesem Vorfall ein solcher Fehler unterlaufen.

Kupfersulfid: Ich bin nicht für die Supraleitung bei Raumtemperatur verantwortlich

In ihrem Experiment brachten sie mehrere Materialien mit Elementen wie Kupfer, Blei, Phosphor und Sauerstoff zusammen, um eine neue Verbindung zu erhalten – LK99. Sie stellten fest, dass die Substanz bei Raumtemperatur einen sehr geringen Widerstand hatte, und kamen daher zu dem Schluss, dass sie das erste bei Raumtemperatur supraleitende Material synthetisiert hatten.

Sie schienen jedoch vergessen zu haben, dass die von ihnen synthetisierte LK99-Probe keine reine Substanz war , sondern mit zahlreichen Verunreinigungen vermischt war, darunter eine Substanz namens Kupfersulfid .

Nach der Messung stellte man fest, dass es die Leitfähigkeit des Kupfersulfids war, die dafür sorgte, dass sich die gesamte Probe „wie“ ein Supraleiter verhielt, während der Widerstand des einzeln gereinigten LK99 tatsächlich zu groß war, um ihn zu messen.

Mit anderen Worten: LK99 ist wie der Schüler, der im Unterricht schläft, während Kupfersulfid derjenige ist, der tatsächlich hohe Punktzahlen erzielt.

Die von deutschen Wissenschaftlern synthetisierte reine LK99-Probe enthält keine Kupfersulfid-Verunreinigungen. Nach Tests stellte sich heraus, dass der Widerstand dieser Substanz sogar über den experimentellen Messmöglichkeiten lag und es sich nicht um ein supraleitendes Material handeln konnte.

(Bildnachweis: Pascal Puphal)

Warum also wurde ein so einfacher Fehler nicht gleich zu Beginn entdeckt?

Entgegen der allgemeinen Annahme, dass „man nur durch fleißiges Lernen hohe Punktzahlen erreichen kann“, wurde die Tatsache, dass „Kupfersulfid nach einem Phasenwechsel Elektrizität leiten kann“, zwar schon sehr früh entdeckt, aber da es sich um ein zu spezielles Wissen handelt, ist es vielen Menschen nicht bekannt .

Doch nachdem er den Artikel von LK99 gelesen hatte, sagte Prashant Jain, ein Chemiker an der University of Illinois in Urbana-Champaign, direkt: „Auf den ersten Blick ist es eine Fälschung!“

Warum? Jain ist Experte für Kupfersulfid und kennt die im LK99-Artikel erwähnte supraleitende Übergangstemperatur von 104 °C bestens: „Das ist die Phasenübergangstemperatur von Kupfersulfid! Das wissen sie nicht einmal?“

Ob es nun an fehlendem Wissen liegt oder ein anderer Grund vorliegt, das LK99-Team scheint wirklich nicht zu wissen, dass das Kupfersulfid in den Verunreinigungen die wahre Quelle der vermuteten Supraleitung ist.

Die „Nemesis“ wissenschaftlicher Fehlgriffe: die Kontrollvariablenmethode

Welche Erkenntnisse kann uns dieser Vorfall bringen? Dies bringt uns zu einem wissenschaftlichen Prinzip, von dem man zwar oft hört, das aber leicht übersehen wird: der Methode der kontrollierten Variablen.

(Fotoquelle: Veer Gallery)

Das heißt, wenn wir die Eigenschaften einer Sache untersuchen wollen, müssen wir sicherstellen, dass sich während des Forschungsprozesses keine anderen Faktoren als die Sache selbst ändern und die experimentellen Ergebnisse beeinträchtigen können.

Daher müssen wir in der wissenschaftlichen Forschung die Bedeutung der Reinigung betonen. Dieser Vorfall zeigt uns, dass selbst eine kleine Unreinheit unsere wissenschaftliche Forschung stark trüben kann.

Tatsächlich sind wir auch in unserem täglichen Leben mit ähnlichen Situationen konfrontiert. Hier ist ein kleines Beispiel:

Als ich als Kind im Norden lebte, sagte mir meine Mutter immer, ich solle weniger gedämpftes Brot und mehr Reis essen, weil sie beobachtet hatte, dass die Menschen im Süden im Allgemeinen dünner seien und alle Menschen im Süden Reis äßen, so dass mehr Reisessen beim Abnehmen helfen könne.

Der unwissende Teil in mir dachte immer: Wow, das macht so viel Sinn! Ich habe mich also sehr angestrengt, etwas zu essen, aber das Ergebnis ... können Sie sich vorstellen.

Können Sie nach der heutigen Studie die Irrtümer in der Theorie zusammenfassen, dass „Reisessen beim Abnehmen helfen kann“? Wie sollten wir das Experiment gestalten, wenn wir diese Theorie überprüfen möchten? Hinterlassen Sie gerne Ihre Erkenntnisse und Meinungen im Kommentarbereich ~

Quellen:

[1]Guo, K., Li, Y. & Jia, S. Sci. China Phys. Mech. stark. doi.org(2023).

[2]Jain, PK Preprint bei arxiv.org(2023).

[3]Dan Garisto. Nature 620, 705-706 (2023)