如何评价 2017 年 1 月 26 日 Science 杂志报道哈佛团队成功制得固态金属氢？
首先，让我们来谈谈“金属氢”本身。在宇宙中，氢是最丰富的元素，我们最为熟悉的氢以气态形式存在，比如我们呼吸的空气（虽然空气中氢的比例很小）。在极端条件下，氢也会变成等离子体，例如在恒星的核心。但金属氢，是一种理论上预测存在了很久，但极难在实验室中实现的物质形态。
科学家们之所以对金属氢如此着迷，是因为它被认为具有一系列令人惊叹的潜在应用。最广为人知的莫过于它可能是一种高效的室温超导体。超导材料能够以零电阻传输电流，如果能在常温常压下实现超导，那将彻底颠覆能源传输、磁悬浮交通、高性能计算等众多领域，带来能源效率的革命。此外，金属氢还被认为可能具有极高的能量密度，这使得它成为一种潜在的新型火箭燃料，能够大大提高航天探测的效率和能力。
然而，要让氢变成金属，需要极其苛刻的条件。理论计算表明，氢原子在巨大的压力下，电子会被剥离，使得氢原子之间的电子能够自由流动，从而表现出金属的导电性。这种压力需要达到百万个大气压级别，相当于地球最深处地核的压力。在实验室中制造并维持如此高的压力，是极其艰巨的技术挑战。
在此之前，许多研究团队都曾尝试制备金属氢，但都未能取得明确的证据。一些团队通过高压实验获得了某种“不寻常的”氢相，但其金属导电性始终未能被确凿地证实，或者实验条件下的压力数据存在争议。
所以，当哈佛团队在《Science》上发表论文，声称成功制备出固态金属氢时，整个科学界都为之振奋，同时也带着一丝谨慎的审视。这篇论文的报道，在以下几个关键点上具有极高的评价价值：
实验方法的创新与突破： 哈佛团队采用了金刚石压砧（Diamond Anvil Cell, DAC）技术，这是一种能够实现超高压力的常用实验装置。然而，他们可能在钻石的制造、样品的制备以及压力读数的精确性等方面进行了精妙的改进。例如，他们可能使用了特殊设计的金刚石砧，能够更好地承受和传递压力，并且在内部放置了金属锇作为内压计，以更精确地测量样品承受的压力。报道中提到他们将氢样品置于极小的空间内，并施加了前所未有的高压。
确凿的实验证据： 这篇论文最为关键的一点在于，它提供了强有力的证据来支持其论点。科学界对金属氢的定义通常包括两个关键特征：金属光泽（反射光的能力）和高电导率。哈佛团队的论文很可能详细描述了他们如何通过光谱分析（例如反射光谱）来观察到样品在极高压力下的金属光泽，以及如何通过测量样品的电阻来证明其导电性。一旦具备了这些特征，就可以比较有把握地断定其为金属氢。
科学界的验证与争论： 尽管这项研究具有突破性，但科学研究的本质在于可重复性和同行评审。哈佛团队的成果一经发布，立即引发了全球其他高压物理研究小组的关注和尝试重复实验的动力。科学的进步往往伴随着质疑和辩论。即使是如此重大的发现，也需要经过时间的检验和更多独立研究的验证。早期的一些报道也可能提到，实验数据的解读、压力的精确性等细节，可能会成为后续讨论的焦点。不过，能够发表在《Science》这样的顶级期刊上，本身就意味着该研究的质量和重要性得到了初步的认可。
潜在影响的深远性： 如果哈佛团队的发现被广泛证实和接受，其影响将是革命性的。如前所述，室温超导和高能密度燃料的实现将彻底改变人类社会的面貌。即使研究结果只是部分实现，或者在特定条件下成立，也为未来探索更极端的物质状态提供了宝贵的经验和方向。它将激励更多的科学家投入到高压物理和新材料的研究中。
总而言之，2017年1月26日《Science》杂志报道哈佛团队成功制备固态金属氢，是一次实验技术、理论预言与科学探索完美结合的杰出范例。它不仅是人类在理解物质极端状态方面迈出的重要一步，更是在追求高性能材料和能源解决方案的道路上点亮了一盏明灯。这篇论文的价值，在于它可能开启了一个全新的科学研究领域，也可能为解决人类面临的重大挑战提供关键的钥匙。
网友意见
不在学校下不到论文有些尴尬……如果属实的话，可以说是高压物理和材料科学的一次巨大突破。
金属氢因为原子间隔与电子波长长度相当，理论上具有常温超导性质。如果常压稳定的话对和电沾边的各行各业都是一场革命——的开端。
并且形成金属氢的超高压令它储存了巨大的能量，天然是一种高储能物质，理论上以金属氢作为燃料的火箭发动机比冲可以高达1700秒——远超目前的先进水平450秒，这对航天来说也意义非凡。
不过，实验室制备金属氢只是这场革命的第一步，金属氢能否在常温常压下保持类似金刚石的长时间稳定——尽管理论预期它能——也是个问题。
即使它可以稳定贮存，从实验室走向最终实用的工业化产品也没法一蹴而就——看看石墨烯就知道了。
短期内这个新闻对不搞相关科研的大众来说，意义大约是：社会上会出现大量金属氢概念股、金属氢初创企业、金属氢电池、金属氢手机壳、金属氢保健内裤……
另外，亨廷顿果然太保守了……当年他预测制造金属氢需要25 GPa压力，现在哈佛组的结果是：495 GPa……
（泻药
春晚无聊到
我看了一晚上文献（
然后就发现了2个大新闻
一个是金属氢的转变的最新报道。其能量密度可能是目前可实现的含能材料中最高的一种，且可能有高温超导性。
详见：
Observation of the Wigner-Huntington transition to metallic hydrogen另一个就是首个游离的五唑阴离子合成。
详见：
Synthesis and characterization of the pentazolate anion cyclo-N5ˉ in (N5)6(H3O)3(NH4)4Cl关于第二个的回答见：
如何评价南京理工大学合成世界首个五唑阴离子盐？ - 流星的回答 - 知乎==========================================================
82年前，Wigner和Huntington立了个flag：
在极低温，0.62 mole H/cm3的密度和25 GPa下，固态氢可以转变为金属，晶体中H以单原子形式存在。
到了2017年，flag倒了一半，因为Harvard的课题组用了495 GPa。
其实更早之前，Bernal预言，所有的非金属单质均可在一定条件下转变为金属形态。60年代，通过高压，人们制备了“金属碘”，然后黑磷等等的发现也在逐渐证实这一观点。逐渐地，硫等等单质均被高压所征服。而氢所在的IA族，只有氢元素不是金属，其下的Li~Fr都是。
不过此时，(地球上的)氢还在笑看众生。
毕竟，单单是氢的凝固点就是第二低的存在(14.01 K)，但是密度仅仅有0.086 g/cm3。而预计的金属氢密度接近于1 g/cm3，还差了2个数量级。为进一步压缩，所需要的压力可能大到难以想象。人们预计，在木星和土星地核处的强大压力和低温下，才会存在液态和固态的金属氢。木星磁场的变化也说明了这一点。
随着科技进步，理论物理学家发现当时他们的计算结果太过离谱，所以一次次修正了临界压力，最终公认的转变压力在400~500 GPa，也就是说在百万大气压的数量级上。
固态氢在低压下为分子晶体，是一种绝缘体。在低温下，分子以球对称的仲氢为主(转动量子数J=0)，而各向异性的正氢(J=1)为少数。此外，还有同位素D和T。
从相图来看，固态氢主要具有3个相：绝缘量子分子相(I)、低温对称性破缺相(II)和分子金属相(III)，三相交于一个三相点(153 GPa/120 K)。此外，毛河光等认为还有2个临界点，分别位于168 GPa/166 K和182 GPa/235 K。此后，在250 GPa以上，固态氢变得不透明，可能有部分分子裂解成为单原子，处于一种氢分子与氢原子共存的相。
主要的过程就是：
(1) 分子取向有序相变；
(2) 分子间能带重叠，形成分子金属氢；
(3) 分子键逐步断开，形成原子金属氢。
此外，由于零点能很大，金属氢和氘的基态是液态，另外其Debye温度的计算值为1980.2 K，因此临界温度很高(> 160 K)，很可能具有高温超导性。
然后，剩下的就变成了技术问题。
研究中所用到的高压设备主要分为动态压缩和静态压缩。动态压缩的动力主要是炸药，因为高能炸药爆炸瞬间的爆压可以达到30~40 GPa，通过多次传导放大，可以达到百万大气压的量级。其次，还可以通过强磁场或者等熵压缩法，也可以达到同等级别的压力。但是冲击波持续的时间过短，大概在微秒量级， 很难进行进一步的观测。
其次是静态压缩，早年主要通过大型水压机或者其他压力设备达到，优缺点和上面的动态压缩是对应的，难以达到很高的压力，但是可以持续很久。由于高压设备的发展暂时跟不上需求，所以探索金属氢的道路上处于停滞状态。
直到有人发明了不差钱的黑科技——金刚石对顶砧(DAC)。
由于动态超压过程持续时间不够，人们想到了用金刚石作为静态高压的基石。由于金刚石的高硬度、高导热性和对于高能X射线/射线/低能紫外线/红外线/可见光的透明度，在加压的同时也能方便观察，甚至可以用激光加热至> 7000 K，所以没有比金刚石更能胜任这一工作的材料。
在DAC中，2个对顶金刚石压砧和带有样品的空腔组成高压容器，压力可由红宝石荧光R线来标定。为了保证金刚石的力学性能，所以不得不用高净度和完美切工的钻石来完成这样的工作。而且如果压力过高，金刚石也一样会！破！碎！此外，过高的压力还可能使氢原子/分子渗透进金刚石中，改变其力学性能等性质，也会严重影响其极限压强。
在> 100 GPa的情况下，由于设备限制，测量电导率之类的电学方法就会失效，因此观测W-H相变的方法就剩下了一种——测定反射率，并与计算结果对照。金属化的结果是自由电子形成能带，进而对在Plasmon频率以下的光子具有电场屏蔽效果，也即产生了反射现象。所以通过观测反射光就可以确认是否出现了金属化。
(iPhone拍的照片，从透明到不透明到金属光泽)
(我怀疑苹果公司可能给了广告费)
不过，根据报道，去年12月Harvard的组就已经做出来了，但是由于最近关于金属氢和超导之类的虚假文章太多，而且现象也很难重复，Science的审稿人只好亲自来了一趟，去确认实验数据和结果。就这样，在克服了重重困难之后，隔了一个月才发表。
至此，人类终于制备出最简单的金属。
不过，金属氢的应用对得起这样的努力。当然，这一切的前提是，常压下的亚稳态可以实现。
首先，就是高温超导性。上文中提到，金属氢的超导临界温度的计算结果普遍> 160 K，甚至有人算出来过290 K。。。。。。不过考虑到经验公式的准确性，保守估计，有希望达到干冰的范围(195 K)。金属氢的性质更接近于金属，所以可能也具有一定的延展性，如果可以大规模制造，其应用范围将比现行的陶瓷超导体更广泛。
其次，金属氢和核同质异能素、反物质等等均可以作为超高能量密度材料。理论计算表明，金属氢在常温高压下是稳定的，在常压下可能以亚稳态存在。但金属氢一旦变成氢气，其放能的量极为巨大。
简单计算可以说明，假设金属氢的密度为1.0 g/cm3，那么1 cm3的金属氢约为1 g，也即~1 mol 氢原子。金属氢完全分解为氢气的话，则形成了0.5 mol的H-H键，按照键能(436 kJ/mol)，则可以放出的能量为(218-U) kJ/mol (U为金属氢的晶格能)。
考虑到其金属键强度不大，那么放能大概在100 kJ/g的量级(计算值为142 kJ/g)。而这已经是HMX的25倍，TNT的~35倍，且已经远远大于任何化学能源的能量密度，而仅次于湮灭/核裂变/核聚变/核同质异能素。
此外，金属氢的计算爆速同样达到了15000 m/s，而比冲超过了1700 s，而目前化学推进剂最高也就~400 s而已。所以作为火箭燃料的应用可能更广。考虑到稳定性可能有问题，做成液氢-金属氢混合推进剂也可能是个选择。
最后。。。考虑到金属氢更多的是理论价值，上面的实际应用可能还有很大的一段距离，作为替代品的Li-H ()等可能具有更低的临界压力和更高的转换温度，离实用会更进一步。虽然说现在看起来离实用还远，不过，在科学史上立flag的人往往日后被疯狂打脸。。。 @ xxxxxxx
Reference
Metallic hydrogen Diamond anvil cellEnergy density - Wikipedia
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PS: 说不定就是什么诺贝尔奖候选（大雾
此外中国和美国在春节前连着2发大新闻，真是。。。。。
2017.1.30 update
有人想看看和中国的五唑的比较。
关于五唑的回答请见：
如何评价南京理工大学合成世界首个五唑阴离子盐？ - 流星的回答 - 知乎1. 学术角度
显然，金属氢在物理学的理论价值是十分重大的，以至于哪怕做不出来都可以发Nature。。而且作为高能材料的性能显然也比五唑类要高很多，这是毫无疑问的。例如，金属氢的比冲大概有1700 s左右，而可能的N10的比冲大概也就400~600 s的数量级。
2. 实用角度
显然，本文的五唑合成是完全有能力进行工业放大生产的，并且成本也不高。此外，五唑的衍生物还远远没有得到开发，可能很快就有相关的研究成果问世。而金属氢还处于一次做出微克级，用的还是极其昂贵的仪器——金刚石对顶砧，所以可能离实用还有很大的距离。
3. 结论
金属氢的成果更倾向于理论研究，而且理论上的性能确实更好。但如果考虑到实际应用，那么五唑将会领先不止一步。
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