如果你觉得《星际迷航》中的技术遥不可及，不妨再想一想。这部备受赞誉的电视剧中的许多装置正逐渐成为现实。虽然短期内我们或许还无法将人传送到星舰或行星表面，但我们正在逐步研发其他对未来太空旅行至关重要的工具。
我一生都是《星际迷航》的粉丝，同时也是一名专门研究新型磁性材料的研究人员。凝聚态物理涵盖了物质所有新型固态和液态相态；对这一领域的研究推动了上个世纪几乎每一项技术进步，从计算机、手机到太阳能电池。
我从化学的角度探索材料中的新现象：我们如何创造具有新特性、能够改变世界的材料，并最终用它们探索“奇异的新世界”？我认为，理解所谓的“量子材料”尤其是让科幻变成科学现实的关键。
量子材料
什么样的物质才算量子材料？量子材料具有非同寻常、令人惊叹的特性，这些特性源于数量庞大的粒子协同作用。
想象一位指挥家在指挥交响乐：如果音乐没有秩序，听到的就只有噪声。演奏时步调越不一致的乐手越多，噪声就越大。
量子材料中的所有组成“乐手”——也就是材料中的电子或原子，数量多达数十亿、数十亿个——都按照量子规则以某种方式行动；如果你愿意，也可以把量子规则想成“乐谱”。
有了指挥家，随机的电子和原子运动带来的就不再是噪声，而是音乐；对于新材料来说，这就意味着一种新特性的涌现。利用这些新特性制造器件，正是当今技术革命的推动力。
磁场与屏蔽
那么，这些新材料如何应用于未来的航天器？一个例子可能是保护《星际迷航》中飞船的力场护盾。强磁场或可用于保护人体免受来袭弹射物的伤害，尤其是当弹射物带有电荷时。
如何产生强磁场？一种方法是使用超导磁体。超导体中的电子导电时没有电阻。因此，超导体能够产生强磁场：产生磁场的超导电流可以非常大，同时不会破坏超导状态。
如今，医院每天都在使用这些超导体产生强磁场，用于磁共振成像（MRI）设备，以观察人体内部。
先进超导体或可用于航天器磁屏蔽。试想，你的飞船表面覆有超导体，只需拨动开关让电流流动，就能产生强磁场，形成磁力护盾。
这正是欧洲核子研究组织的科学家欧洲核子研究中心（CERN）正在研究的课题：一种新型航天器磁屏蔽——超导二硼化镁，即 MgB₂。
星舰上的超导体
表面覆有超导磁体的飞船会在船体周围形成“磁层”，可用于偏转有害弹射物。眼下我们还不必担心克林贡人的鱼雷，但未来太空旅行确实需要防范外太空中的有害宇宙射线。
宇宙射线通常由带电粒子组成，可能干扰航天器电子设备；更重要的是，在长时间太空飞行中，它们会使宇航员受到致命剂量的辐射。
保护未来的航天器免受这些射线侵害，对任何太空计划的未来都至关重要，包括未来几十年内的火星之旅。谁知道呢，有了超导磁体护盾，途中或许就能躲过一场罗慕兰人的袭击。
技术障碍
不过，这也有个难题：超导体无法在高温下工作，而且目前还没有室温超导体。超过某个称为“临界温度”的温度后，超导体就会变成“正常”状态，电子再次受到电流流动的电阻。对于二硼化镁来说，这个温度很低，约为 -248℃。这对背景温度低得多、约为 -270℃的星际空间而言其实没问题，但不利于航天器造访其他更温暖的行星。
像我这样的科学家正在寻找“室温”超导体，使这些护盾能够在高得多的温度下工作。这也能为社会带来新的进步，例如降低医疗成本，因为MRI设备将不再需要低温环境才能运行。
然而，高温超导几十年来一直是个谜，进展也十分缓慢。作为一名在物理学与化学交界领域工作的研究者，我认为答案将来自新材料的发现。历史上，正是材料的发现推动临界温度升高到液氮沸点（-196℃）以上。
如果要探索银河系的许多区域，这些超导体很适合用作磁屏蔽装置。但若没有大量低温制冷剂来保持磁体低温，它们就无法在火星等较温暖的行星上工作。
量子计算机与社会变革
超导技术在星舰上还会有各种其他用途。量子计算机执行运算的速度可比传统计算机快好几个数量级，无疑会用于现代星舰。要给星际舰队发送加密信息？如果克林贡人拥有量子计算机，他们可能截获并破解你的信息，所以你最好确保自己了解这项技术。
从星舰引擎到外勤任务中使用的三录仪，超导电力系统自然也会用于各种效率最高的设备。室温超导体的出现将引发社会变革，其影响堪比现代电子技术的硅时代。发现室温超导体，是人类迈向下一个技术时代、实现物种进化下一阶段必须跨越的一道关口。
继续寻找室温超导体，完全合乎逻辑。要是我们真能做到就好了。量子材料为探索奇异的新世界打开了大门；也许最令人兴奋的是那些尚未发现的技术——它们将利用量子效应，并让人类能够轻易观测到这种效应。
