如何评价科学家「又」发现金属氢？
我们先不急着下结论，得把这“又”字背后的故事讲清楚。金属氢，顾名思义，就是一种在特定条件下，原本是绝缘体的氢，变成了像金属一样能够导电甚至闪耀着金属光泽的状态。这听起来就像是炼金术士的梦想成真，给最基础的元素赋予了截然不同的属性。
为什么科学家们对金属氢如此执着？这背后藏着几个巨大的诱惑：
首先，超级导体的潜力。想想看，如果金属氢真的能在常温常压下存在（这是目前最大的挑战），那意味着我们可以制造出完全没有电阻的导线。能量传输不再有损耗，磁悬浮列车可以更经济高效，核聚变发电的难题也可能迎刃而解。这绝对是颠覆性的技术，能够重塑我们的能源格局和交通方式。
其次，宇宙奥秘的钥匙。木星、土星这些气态巨行星的内部，普遍认为就存在着金属氢。它们在极高的压力和温度下，内部的氢原子被挤压到一起，产生了金属态。研究金属氢，就像是打开了探索这些庞大星球内部结构的窗口，帮助我们理解行星的形成、磁场的产生，甚至是宇宙早期的一些物理过程。
再者，基础物理的终极检验。金属氢的存在，是建立在量子力学和统计物理的理论预测之上的。如果能够成功合成并证实金属氢，那就等于给这些我们赖以理解世界的理论体系，又添上了浓墨重彩的一笔实证。它就像一个理论的“圣杯”，是检验物理学模型精确性的终极试金石。
那么，为什么说“又”？这就得说到金属氢合成的历史了。这活儿可不是谁都能干的。要把氢变成金属，需要施加 极其巨大 的压力，这个压力比地球最深的海沟还要大上好几百万倍。这就意味着实验设备必须非常精密，而且非常昂贵。
几十年来，无数个实验室，无数个研究团队，都在尝试用各种方法模拟这种极端条件。用钻石压砧（diamond anvil cell，DAC）是其中最常用也最有效的手段之一。这是一种能够将微小样品压缩到极高压力的装置，两颗微小的钻石充当“钳子”，夹住样品，然后慢慢收紧。
在过去，确实有过一些研究团队宣称“发现了”金属氢，比如萨克斯（Isaac Silvera）和迪亚斯（Ranga Dias）在2017年发表在《科学》杂志上的论文，就一度引起了轰动。他们利用改进的钻石压砧，在接近300GPa（吉帕，一种压力单位）的压力下，观察到了具有金属光泽的物质。消息传出，那真是惊天动地。
然而，科学的严谨性，就像一把双刃剑，它保证了我们的认知不被轻易误导，但也意味着每一次重大发现，都需要经受住反复的审视和挑战。后来，对那次实验的重复性、样品制备的细节，以及数据的解读，出现了一些争议和质疑。虽然没有完全推翻，但科学家们在重复实验时，也遇到了一些困难，或者未能完全复现所有的观测现象。
所以，当这次“又”有科学家宣布发现了金属氢时，很多人的第一反应是：“哦，又是他们？还是新团队？这次有什么不一样？”
要评价这次“新发现”，我们需要关注以下几个关键点：
1. 是谁发现的？ 是原先的团队，还是全新的、完全独立的实验组？如果是后者，那可信度会大大增加。同行评审的压力，加上前人的经验教训，会促使他们更加小心谨慎。
2. 达到了什么压力？ 金属氢理论上存在的压力阈值，各家理论计算的结果略有差异，但普遍认为在200400GPa之间。如果这次的实验压力显著高于之前的记录，或者在某个明确的压力点上发现了金属态的转变，那将是一个重要进步。
3. 观测到的证据是什么？ 除了“看起来像金属”，科学家们还会进行一系列的表征。比如，测量样品的电阻率，看它是否接近零（超导特性）；测量其光谱，看是否有金属特有的吸收或反射特征；甚至尝试在高温下观察其导电性。这次的“发现”是否提供了更确凿、更全面的证据？
4. 重复性如何？ 这是科学最核心的验证机制。是否有其他独立实验室能够使用同样的方法（或者不同的方法）重现这一结果？如果短期内有多家实验室都能确认，那么这次的发现就非常值得信赖。
5. 有没有解决之前的争议？ 如果是之前受到质疑的团队，这次的发现是否对过去的争议给出了新的解释，或者提供了更精细的数据来支持他们的结论？
总而言之，面对“又”一个金属氢的发现，我们需要的不是盲目的乐观，也不是刻意的贬低，而是 审慎的期待和严格的考证。每一次声称的发现，都是在人类认识的边界线上向前推进一步的尝试。即便是之前的某些结果未能完全站住脚，但它们推动了技术的进步，激发了更多的研究，这本身就是科学的价值所在。
如果这次的发现能够提供更坚实的证据，并且能够被广泛复现，那无疑将是物理学领域的一大喜讯，开启新的研究篇章。但如果仍然伴随着模糊的证据或争议，那么它也会提醒我们，在追求科学真理的道路上，我们还有很多障碍需要跨越，很多细节需要厘清。
科学的进步，往往就是这样，充满了波折、争议，但最终朝着更准确、更深入的理解迈进。所以，与其说是“又”，不如说是在这条探索的路上，我们又一次靠近了那个隐藏在极端压力下的，闪耀着金属光泽的氢。
网友意见
如何评价当然要请老冤家来评价啦，外人只是看一看发现实验结果好漂亮啊和预计的符合得真好，内行才懂得这个领域有多少弯弯绕绕。好久没刷arxiv了，看到1907.03198这篇文章简直笑死。
The paper is much ado about nothing.
They fail to acknowledge that MH has already been made at a pressure of 495 GPa, and categorize this with claims that have been established as controversial [6,7], evidently to “muddy” the waters.
语气极度不友善，建议禁言@arxiv小管家。
至于具体怎么评价我就简单说说，大概就是你看到的我们早就看到类似的现象了，不要总想搞个大新闻，我们的495GPa才是真的金属氢，你压强标的不对etc。然后很好心地帮忙找了一下可能存在的问题，比如你样品有杂质，你光学方法测的有问题【样品有杂质or不均匀这种指责在凝聚态物理里真的是虾仁猪心】。
看完之后感想就是还是能撕逼撕起来的领域有意思啊，虽然平时没人关注但也经常能吃到瓜，不像某些领域大家一团和气甚至互相默契得很，导致总是有一些突破下限的文章出现（逃ε=ε=ε=┏(゜ロ゜;)┛
从实验的角度来看，这篇arXiv paper堪称完美。data干净也很直接支持结论，instrumentation也做得非常非常漂亮。
所以说要看到别人看不到的现象，就要付出比别人多很多的功夫去改进实验的条件，这是实验科学工作者时刻不能忘的准则。另一方面说，harvard组坚持这么多年做这么难的实验，发表了第一篇（最接近）可靠的结果，虽然被人质疑来质疑去，但一个有趣有价值的想法不该被当下不完美的实验条件所限制，在通向完美的路上每一步都很inspiring。
总之看来高压下氢的金属相变得到了进一步的实验验证。Good job.
早上爬起来看了arxiv的文章班门弄斧一下自己的想法。
先说结论，我的理解是这个工作更好的“重复”了之前的实验。
首先没觉得是打脸啊...哈佛组（说实话我没明白为什么大家这么喜欢带上学校名字，工作不是研究组的事吗...但为了简化我也沿用这个说法了）之前的pub的确是有些过度claim结果了，大部分人都还是持观望态度的，但是既然看到了可能的迹象我觉得发出来是没问题的。不管是不是可靠，至少给其他组心里一个底，有了重复这个结果的心理预期。
说说数据。作为外行来看，新的工作的改进之处在于对高压区压力的标定，这主要是来自红外的数据。随着压力的升高可以看到红外区的透射率有一个显著的下降，文章将之归为金属氢的形成和bandgap的关闭。回头看哈佛组的工作，他们在文章里很明白的说明了：
“ For fear of diamond failure due to laser illumination and possible heating of the black sample, we only measured the Raman active phonon at the very highest pressure of the experiment (495 GPa) after the sample transformed to metallic hydrogen and reflectance measurements had been made. ”
所以说压力标定很粗糙，“金属氢”下只有反射率数据和照片。但是也无可厚非，在从0到1的时候，先把压力加上去才是第一要务，不能因为为了追求实验的完美就卡住进程。既然有别的组实现了更好的结果，难道不是应该更应该说明第一次的结果可能是对的吗？我觉得拿样品挂了说事的都不知道高压实验多难（好的我也不知道（但真正做实验的谁没挂过样品））。在怀疑红外可能炸diamond的情况下就说明到这个高压已经很勉强了，系统不稳定挂了是挺正常的事吧。
加点私货。去年参观过Silvera的实验室，感觉是个沉迷科研的老教授，组里学生不多，听起来是自己下实验室每天干活的...实验室给人感觉比较旧，估计是在金属氢这个field怼了很久。当时他是有做电测量的想法，可能是有高压下加电极的解决方案了吧。我觉得最多就是太急于搞个大新闻了，应该是不会有数据造假的情况。这种“高危”方向很可能怼好多年没结果的，我觉得还是对不成熟的结果宽容一点XD。
最后抖个机灵。为啥看不起手机拍的照，这可是光学设备，说得好听一点也是可见光波段的detector，可以测可见光波段的reflectivity的（误
从arXiv的这篇文章[1]来看，作者用自己新开发的环形金刚石对顶砧技术[2]，获得了超过400 GPa的高压，他们发现在80 K的低温和425 GPa的压强下，氢通过一级相变转变成了金属态。不过撤掉高压后，金属氢又变回了非金属态。
文中用红外吸收谱来表征氢的金属化转变。非金属态的氢对低波数红外光应该是半透明的，透明度随着压强的增大线性降低。但加压到425 GPa左右时，氢突然变得完全不透明了，意味着氢这时候变成了禁带宽度为0的金属导体。这种通过红外吸收谱来标定氢金属化转变的手段，比起哈佛那边直接瞅一瞅有没有金属光泽的方法显然靠谱不少。
这项研究目前还只是挂在arXiv上，不算正式发表。不过文章的几个作者可都是高压物理领域金字塔顶端的大佬，早在2002年他们就把氢怼到了320GPa[3]。连我这个外行都听过他们的大名，所以这篇文章还是有一定可信度的。看这篇arXiv论文的排版格式，估计是投到Nature那边去了。
值得一提的是，17年哈佛那篇金属氢的Science刚发出来没多久，Nature就很不客气的发了篇新闻comment了哈佛的文章[4]，其中就引用了这篇arXiv论文第一作者 Paul Loubeyre 的话：
I don't think the paper is convincing at all
译：我信你个鬼，你们哈佛的人坏的很
Paul Loubeyre自己也写了篇comment，现在还挂在arXiv上[5]。
再后来的事情大家也听说了，哈佛那帮人“很不巧”的把金属氢样本弄坏了，不禁给人一种毁尸灭迹的感觉。再加上这下Paul Loubeyre发文说压出了金属氢，这脸打得可不是一般的疼。
不过这毕竟不是正式文章，还得看同行评价怎么样才行，现在说这些也有点早，让子弹再飞一会吧。
Update: 上文中的arXiv文章已经在2020年1月正式发表在Nature期刊上[6]。
参考
- ^Observation of a first order phase transition to metal hydrogen near 425 GPa https://arxiv.org/abs/1906.05634
- ^ Toroidal diamond anvil cell for detailed measurements under extreme static pressures https://www.nature.com/articles/s41467-018-05294-2.pdf?origin=ppub
- ^Optical studies of solid hydrogen to 320 GPa and evidence for black hydrogen https://www.nature.com/articles/416613a
- ^Physicists doubt bold report of metallic hydrogen https://www.nature.com/news/physicists-doubt-bold-report-of-metallic-hydrogen-1.21379
- ^Comment on: Observation of the Wigner-Huntington transition to metallic hydrogen https://arxiv.org/abs/1702.07192
- ^Loubeyre, P., Occelli, F. and Dumas, P., 2020. Synchrotron infrared spectroscopic evidence of the probable transition to metal hydrogen. Nature, 577(7792), pp.631-635. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1927-3
科研毕竟不是狼来了，这一次，的确是重大的突破。
的确是大众喜闻乐见的“打脸”。
不过，这个突破，距离实际应用差之太远。
对于80K的低温来说，还好办一些。但对于425GPa的压强，那就真是无可奈何了。
我们可以看一看这么一组数据：
地壳深处的压强为1GPa左右，地幔深处的压强为150GPa，地心深处的压强为370GPa。
世界最深海沟马里亚纳海沟，深度达11040.41米，大约相当于1100个标准大气压，已经是人类征服极限，而1GPa大约是1W个大气压，压强是最深海沟的10倍左右。
425GPa的压强，是1GPa的425倍，更是远远大于370GPa。
当然固体火箭的极限压强是13 Mpa，大约也就是100多个大气压。距离425GPa压强（4000000多个大气压），是指数级的差距。不可能存在任何材料，能够在425GPa压强下，维持在人类理想的形状。
这就注定了，金属氢要么只能位于大型天体内部，或者只能存在于实验室。
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