金属物体具有传导电流的能力，称为金属的导电性。如金、银、铜、铝等，都是较好的金属导体。金属为什么会导电呢？一般认为，金属的导电性与其结构有关。

最早的金属导电理论，是建立在经典理论上的特鲁德—洛伦兹假说，认为金属中存在有自由电子，在外电场作用下，自由电子沿电场力方向产生定向运动，形成电流。按照Q—M键理论，原子的Q键链接具有传导电场能的功能，据此，提出新的金属导电理论——Q键电桥说。

一、Q键电桥说

       Q—M键理论认为，金属之所以具有导电性，与原子核的Q键链接有关。具体表述为，在外界电场作用下，原子核电场串联起来，构成一条电场传导通路——电桥，电场能通过电桥形成电流。需要说明的是，核外电子处于运动状态，其电场无法形成线性链接，因此，金属导电性与核外电子没有关系。原子核电场串联属于原子Q键链接的组成部分，因此称为Q键电桥，其传导电流过程，如图所示：

       比较而言，电桥说以原子核为传导电流的载体，明确了电流的本质——流动的电场能，以光速C传递，完全符合电流的传输特征。而自由电子运动说则以核外电子为传导电流的载体。自由电子定向运动描述的是粒子流，粒子流沿着电场方向运动，势必向导体的一端聚集，而另一端形成空穴，金属原子变为离子，金属的传导功能具有一定饱和性；如此一来，电子定向运动只能维持短暂的电流传导，无法形成持续的电流，与事实不符。另一方面，自由电子以光速传导电流也是值得推敲的。

二、电阻

       金属导体在传递电流过程中，对电流的阻碍作用称为电阻。电阻的特征是将电能转化为热能。那么，电阻是怎如何生的呢？下面就来探讨这一问题。

       在原子内部，原子核与核外电子存在着质量场和电场双重作用，其中，原子核和核外电子的电场方向相反，参照图示：金属电阻与热电子(A)。

      当外界电场作用于导体时，金属原子通过Q键链接形成电桥，原子核的电场方向与外界电场方向保持一致，而核外电子的电场方向则与外界电场方向相反。电场方向相反产生排斥作用，因此，核外电子将在外界电场作用下，调转电场方向，与原子核电场方向相同。由于原子核与电子互为逆向旋转粒子，电场方向相同，质量场旋转方向则相反。根据质量场作用规则，逆向旋转质量场间产生排斥作用。因此，核外电子将在原子核质量场斥力作用下发生径向运动，跃迁到外层高能级轨道。核外电子在电场翻转及轨道跃迁过程中，产生的反作用即为导体的电阻效应。电阻值的大小与电子跃迁前后能量之差成正比。参照图示，金属电阻与热电子（B）。

      不难看出，导体电阻是外界电场能量转化为核外电子轨道跃迁能量的一种作用机制。跃迁到高能级轨道上的电子又称为热电子，是物体进入高温状态的一种标志。通过电阻作用效应，原子能级升高，意味着导体温度升高。热电子在轨道跃迁过程中，产生热辐射现象。因此，电阻具有把电能转化为热能的物理特征。

三、超导现象

      超导是指某些物质在特定的低温条件下，电阻降为零的性质。超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性。

      1911年，荷兰物理学家昂内斯发现，汞在温度降至4.2K附近时，导电性能突然进入一种新状态，电阻竟然消失了。后来发现许多金属和合金都具有这种特殊的导电性能，昂内斯称之为超导态。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。^[1]

      为了证实超导体电阻为零，科学家将一个铅制的圆环，放入温度低于Tc=7.2K的空间，利用电磁感应使环内激发起感应电流。结果发现，在两年半的时间内，电流一直没有衰减，这说明圆环内的电能没有损失。当温度升到高于超导转变温度Tc时，圆环由超导状态变正常态，材料的电阻骤然增大，感应电流立刻消失，这就是著名的昂内斯持久电流实验。

       超导体零电阻效应，反映的是极限条件下，温度与电阻的关系。这一现象是怎样产生的呢？下面就来阐述这一问题。

      通过前面章节对热本质的讨论，我们知道，物体温度与原子能级存在着对应关系。原子能级越高，物体温度越高，原子能级越低，物体温度越低，原子能级决定了物体的温度。反过来说，物体所处环境的温度可以调整原子的能级，温度越高，原子能级越高，温度越低，原子能级越低。当外部环境温度恒定时，物体温度不变，原子能级处于被锁定状态。原子能级处于基态时，对应于物体的最低温度状态，每种原子的极限温度不尽相同，都接近于绝对零度。基态原子的核外电子运动在最低能量轨道上，不会产生电磁辐射。

      所谓电阻是外界电场改变核外电子电场方向，使之成为热电子而产生的反作用效应。如果核外电子被极限温度锁定在最低能级轨道上，就不会发生轨道跃迁，没有机会成为热电子。核外电子不发生轨道跃迁，对外界电场不产生反作用，此时，导体电阻表现为零，进入超导状态。如果物体温度升高，核外电子在外界电场作用下，跃迁到高能级轨道，成为热电子。这时，超导体的零电阻效应就会马上消失，恢复到常态。原子的极限温度，又称超导转变温度Tc。

      1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质——完全抗磁性。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。

      传统超导理论认为，当超导体处于超导态时，在磁场作用下，表面产生一个无损耗感应电流。这个电流产生的磁场恰恰与外加磁场大小相等、方向相反，因而在深入超导区域总合成磁场为零。换句话说，这个无损耗感应电流对外加磁场起着屏蔽作用，因此称它为抗磁性屏蔽电流。

      然而，分析发现，上述说法与电磁感应原理相矛盾。因为感应电流产生的条件是，导体在磁场中做切割磁力线运动，静止于磁场中的导体，包括超导体在内，在没有切割磁力线的情况下，是不会产生感应电流的，设定超导体表面产生无损耗感应电流，缺乏理论依据。

      人们曾做过这样一个实验，在一个浅平的锡盘中，放入一个体积很小磁性很强的永久磁铁，然后把温度降低，使锡出现超导性。这时可以看到，小磁铁竟然离开锡盘表面，飘然升起，与锡盘保持一定距离后，便悬空不动了。实验过程显示，超导体的完全抗磁性是在超导体与磁场相对静止时出现的，没有切割磁力线运动，属于超导体内部的一种自然属性。

      超导体的完全抗磁性是如何产生的呢？迈斯纳效应的机理是什么呢？下面就来探讨这个问题。

       每个原子都是一个小磁体，都能够与外界磁场发生作用。电桥说认为，在外界磁场作用下，超导态原子像电场中的原子一样，将按着磁场方向有序排列，原子核电场串联起来，链接成环形电桥。在环形回路中，电阻为零，原子核电场能自行循环，形成昂内斯持久电流，即无损耗感应电流。换句话说，静止于磁场中的超导体，将自行感应生成电流，感应电流形成感应磁场。

       超导体不等同于电阻率为无限小的理想导体，对于理想导体来说，在加磁场前后导体内磁感应强度不发生变化，而超导体内部的磁感应强度为零，B=0，即超导体排斥体内的磁场。那么，超导体的这种属性是如何产生的呢？

       原子的磁场由原子核磁场和核外电子磁场共同组成。磁场的本质是旋转质量场效应，原子核磁场和电子磁场就是其质量场（M场）自旋产生的效应。磁场对原子作用分为两种情形：第一种情形，原子的磁场方向与外磁场方向相同，这时，外磁场将向原子核和电子传输自旋角动量，导致M场作用强度增大，原子核与电子结合力增强，原子半径缩小。第二种情形，原子的磁场方向与外磁场方向相反，这时，外磁场将消减原子核和电子自旋角动量，导致M场作用强度减小，原子核与电子结合力减弱，原子半径增大。就是说，无论原子磁场方向与外磁场方向相同，还是相反，原子半径都要发生增减变化；准确地说是核外电子发生了轨道跃迁，进入到新的能量轨道，这就是磁场对原子的作用效应。

       但是，超导态的原子，原子能级为基态，核外电子被锁定在最低能量轨道上，不会发生任何轨道跃迁。这意味着超导态抵制外部磁场的作用效应，超导体内部的磁感应强度为“零”。根据作用与反作用原理，超导态原子将通过感应电流生成与外磁场大小相等、方向相反的感应磁场。

       超导感应磁场与外磁场相互排斥，传统超导理论把这一现象理解为，磁力线无法通过超导体，把体内的磁场排挤出去。其实，在完全抗磁性实验中，超导体内部磁场强度并不为零，而是与外磁场呈对抗状态，因而出现了各种排斥现象，这是迈斯纳效应的本质。实验模拟图示如下：