[논문 리뷰] Superconductivity, what the H? The emperor has no clothes

J. E. Hirsch|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 26.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 하이젠베르크가 1931년에 제안한 개념적 프레임워크인 '홀(Holes)'을 도입하지 않으면 자기장의 추출(메이스너 효과)을 설명할 수 없다고 주장함으로써, 초전도성에 대한 전통적인 이해 방식에 도전한다. 저자는 이러한 '홀'에 대한 이론적 기반의 부재가 BCS 이론과 초전도성 분야의 일반적인 합의에 근본적인 결함을 낳고 있으며, 이 분야의 자신풍도 '황제의 새 옷'에 비유된다고 주장한다.

ABSTRACT

A magnetic field H is expelled from the interior of a metal becoming superconducting. Everybody thinks the phenomenon is perfectly well understood, particularly scientists with the highest H-index think that. I don't. I will explain why I believe that without Holes, conceptualized by Heisenberg in 1931 fifty years after Hall had first detected them in some metals, neither magnetic field expulsion nor anything else about superconductivity can be understood. I have been a Heretic in the field of superconductivity for over 30 years, and believe that Hans' little story about the emperor perfectly captures the essence of the situation. Here is (a highly condensed version of) the wHole story.

연구 동기 및 목표

• 초전도성에 대한 일반적인 이해, 특히 메이스너 효과에 대해 근본적으로 불완전하다는 점을 비판하는 것.
• 하이젠베르크가 1931년에 도입한 '홀' 개념에 대한 이론적 기반의 부재가 초전도체에서 자기장의 추출을 설명하는 데 있어 개념적으로 오류가 있음을 주장하는 것.
• 과학 공동체가 BCS 이론과 보편적인 합의에 대해 가지는 자신감을 '황제의 새 옷'이라는 우화와 비교하여 비판하는 것.
• 초전도성 이론의 기초가 되는 가정을 재고할 것을 주장하며, 더 깊이 있는 개념적 프레임워크의 필요성을 강조하는 것.
• 히어시의 '홀' 개념이 역사적으로 간과된 것이 이론적 초전도성 연구의 핵심적 간극임을 부각하는 것.

제안 방법

• 메이스너 효과와 그 이론적 정당화에 초점을 맞춘 초전도성의 역사적 발전을 비판적으로 분석하는 것.
• 과학 공동체가 확립된 이론에 대한 맹신과 '황제의 새 옷'이라는 우화 사이의 유사성을 그려내어 군중심리적 사고 방식을 비판하는 것.
• 하이젠베르크가 1931년에 제안한 '홀' 개념이 초전도체 내 전자의 거동을 이해하는 데 빠진 요소임을 검토하는 것.
• 홀에 대한 일관된 이론적 다루움이 없을 경우 BCS 이론과 자기장 추출 현상의 설명이 여전히 불완전하다고 주장하는 것.
• 물리학의 철학적·역사적 분석을 통해 초전도성 이론의 인지적 기초를 의심하는 것.
• 홀을 포함하는 새로운 이론적 프레임워크의 필요성을 강조하여 초전도성 내 개념적 모순을 해결할 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BCS 이론이 널리 수용되고 있음에도 불구하고, 메이스너 효과가 왜 완전히 설명되지 못하는가?
• RQ2 하이젠베르크의 '홀' 개념은 초전도성 이론적 이해에서 어떤 역할을 하는가? 그리고 왜 간과당해 왔는가?
• RQ3 홀에 대한 일관된 이론 체계가 없는 것이 현재의 초전도성 모델의 완전성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 과학 공동체가 확립된 이론에 대해 가지는 자신감은 '황제의 새 옷'이라는 우화와 어떤 방식으로 유사한가?
• RQ5 홀과 같은 개념적 프레임워크를 간과할 경우 초전도성 이론의 미래 발전에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 논문은 초전도체에서 자기장을 밀어내는 현상이 하이젠베르크가 1931년에 제안한 '홀' 개념을 포함하지 않으면 개념적으로 이해될 수 없다고 주장한다.
• 저자는 과학 공동체, 특히 고-H 지수를 가진 물리학자들이 이론적 결함이 있음에도 불구하고 BCS 이론에 대한 불필요한 자신감을 유지하고 있다고 주장한다.
• 홀에 대한 이론적 기반의 부재는 초전도성 설명에 있어 근본적인 결함으로 지목된다.
• 논문은 현재의 초전도성 합의가 불완전하고 잠재적으로 잘못된 기초 위에 구축되어 있다고 결론 내린다.
• 논의의 핵심은 '황제의 새 옷'이라는 비유를 통해 분야가 해결되지 않은 이론적 문제를 집단적으로 부인하고 있음을 나타내는 데 있다.
• 저자는 30년 이상 동안 주류 견해에 도전해 온 반론자로 자신을 위치시키며, 기본 가정의 재고를 주장한다.