金属氢是什么，有什么用？
2017年初，在科技界爆出一个革命性的科学新闻报道：人类首次合成了金属氢。几代科研工作者努力了八十多年，终于在哈佛大学的实验室中实现夙愿。新闻报道用了“革命性”“里程碑”“圣杯”等词汇来形容这一成果，但紧接着又爆发出质疑的声音。抛开争议，金属氢到底是什么？它是怎么被制造出来的，又有什么用？
早在1935年，理论物理学家Wigner和Huntington就预言了金属氢的存在，激发了人类跨越世纪的探索。之前已经有不少科学家、课题组宣布他们合成了金属氢，随即又被证明无效。如此神奇的金属氢，之前地球上是不存在的。据说，木星核心由于巨大的压力和低温条件，有可能存在金属氢，不过这离我们太过遥远。
这次，科学家们还没兴奋几天，剧情便戏剧化地反转了。仅过了一个月，报道合成金属氢的两位科学家Isaac和Ranga表示，由于后续实验操作，加压用的金刚石对顶砧破裂，其中的金属氢或已灰飞烟灭。随即，便有更多科学家发声，质疑金属氢存在的真实性，双方就此争论不休。
要解决争论，进一步的实验是必要的，我们不妨拭目以待。不过，金属氢到底是什么？它和我们有关吗？我们能用它做什么？
氢、金属、金属氢
小时候，我们就知道把一种“轻气”充进气球里，气球就能飞起来，长大了才知道这种“轻气”是“氢气”——最轻的气体，而且它具有最简单的结构。氢的应用范围十分广泛。人们熟悉的磁共振成像技术，最早是科学家在对氢原子的研究中发展产生的。氢燃烧之后只生成水，热值高且环保，在能源方面有广泛利用，如氢能源汽车、火箭燃料等。
神秘的量子力学也离不开氢的参与——当年，正是玻尔将轨道系在了只有一个质子的氢原子核的腰间，才开启了奇幻的量子世界的大门。
说到金属，我们一定不会觉得陌生，但是要给金属下一个简单的定义，却并不容易。它有一些常见性质，比如通常有光泽，通常有良好的导电性等，但我们不能仅由性质来下定义。在此，我们不妨用金属键理论——金属中原子之间的作用力来定义。
金属中的原子一个个规则地排列着，而原先他们的“私有财产”——原子核外的一部分电子则被整个大家庭共享，称为自由电子。这些自由电子像是脱离了家长管束的小孩子，和小伙伴们自由地在原子的空隙中间跑来跑去，于是，电场下自由电子的定向移动解释了金属的导电性。
金属和氢的结合过程，看起来非常具有戏剧性。
自然界造化万千，多样性体现在不同层次上，仅从化学的角度看，至今人类发现了构成物质世界的一百多种元素，各种元素的不同组合，体现在宏观物质世界上，就构成了无数的化合物和单质。哪怕一种确定的物质，也存在不同的状态。众所周知，水会变成固态的冰，也会变成气态的水蒸气。那么，氢气也应该有气态、液态和固态。
我们知道，除了汞，金属在常温下都是固态的，那是不是说氢在极低的温度下（-259.2℃）凝固成固态氢，就成了金属氢了？问题当然不会这么简单，我们只能说金属氢只是氢在固态下的一种。当然，这并非绝对，还存在另一种液态形式的金属氢。本次新闻报道的则是通过低温高压手段得到的金属氢。
金属氢是怎么制造出来的？
我们都知道，降温会使水结冰，液化气则是把可燃气体通过压缩变成液体，降温和加压是制造更稳定状态的两种手段。科学家也是这么做的。不过，想要做出金属氢，对温度和压力的要求都更为苛刻。据报道，在哈佛的实验室中，科学家在极低的温度下，利用特殊处理的金刚石砧对固态氢施加了495GPa的压力，这个压力相当于大气压的近500万倍，而我们地球的核心压力也只有大气压的360万倍左右。
显然相比于创造低温环境，产生超高压难度更大。超高压环境的创造是金属氢制备的核心步骤，也是最困难的地方。在这样的低温超高压环境下，氢变成金属氢，光泽耀眼，反射率高达0.91，产生了自由电子的金属化迹象。此时，氢原子之间的作用力转化为金属键，每个氢核外的仅有的一个电子终于挣脱束缚，成为自由电子。这个过程相当复杂。不过，人类为什么要把飘逸自由的气体制成结构有序的金属呢？
金属氢的神奇之处
首先，金属氢具有巨大的能量。简单地说，我们在制作金属氢时赋予了巨大的能量，反过来，巨大的能量还会释放出来，利用此特点，我们可以用它来做火箭燃料。其次，金属氢极为重要的特性在于，它可能是一种高温超导材料。我们都知道，电的使用无处不在，但是当电流通过导线或者其他物体的时候，由于电阻，总是要交一些“过路费”，损耗部分能量。简单地说，超导材料就是在一定温度之下，材料电阻变为零、没有能量损耗的材料。
然而，一般的超导材料需要降到非常低的临界温度下才能转化为超导态，实现起来极为困难。而金属氢恰好可能成为一种高温超导材料。请注意，这里的“高温”只是相对的，对于一种超导材料，临界温度能达到室温或者较室温稍低的温度，性能就已经很优异了。所以，人们才会如此渴盼或能成为高温超导材料的金属氢的诞生。最后，我们再看一下制造金属氢实验所用的仪器。这就是“金刚石对顶砧”。
尽管实验人员前期通过化学刻蚀、真空高温退火等精密操作，使金刚石对顶砧成为“钻石中的钻石”，但是由于后续试验操作失误，金刚石砧还是碎成了粉末。
总而言之，金属氢的前途不可限量。虽然金属氢的实现极具挑战，但目前看来只是时间问题，如何用得上、用得好，才是人类之后面对的更大挑战。