这两天经常讨论常温超导,感觉还是科学话题更有意思,我们说常温超导,我们说超导现象是一种宏观的量子现象。它的基本原理就是处于波色爱因斯坦凝聚态——这个可以是认为是物体在气态液态和固态之外的另外一种状态——的大量电子会表现出像微观粒子一样的有离散分离的能级,当它处于最低能级的时候,它就不能再失去能量了,或者说无法将自身的能量转化为热量,也就是宏观表现为电阻消失了。
我们知道量子力学主要是适用于微观领域的,这种宏观上能够观测到的量子现象真的是非常的神奇。那宏观领域主要是谁说的算呢?一般我们会说是牛顿力学,牛顿力学在处理物体的运动方面做得很好,但是到了麦克斯韦发现了电磁场的方程之后,它的基础绝对时空观就出现了问题了。因为可以通过麦克斯韦方程推出光的速度是一个常数,而根据牛顿的绝对时空观,速度都是相对的。比如说你坐在汽车上,那么相对于汽车,你就是静止的,而相对于路边的行人,你就有一个速度。那么按照这个原理,如果你从行驶的车上打开车灯,射出一道光,那么车灯发出的光的速度就应该是光速加上汽车的速度,汽车可以有快有慢,那为什么光的速度却是一个恒定的值呢?,爱因斯坦从这点出发修正了牛顿的力学,创立了狭义相对论。他将光速不变列为前提条件。注意,这只是爱因斯坦将它设为前提条件,就像欧吉里德里面的公理一样,并没有经过证明的。然后解释说,对于不同的参考系,时间和空间的测量是不一样的。对于运动的参考系,相对于静止的参考系,它的钟走得更慢,池也更短,所以它测量出来的光速和静止参考系测出来的光速是一样的。
这就打破了牛顿的绝对时空观,因为在牛顿看来,时间和空间是绝对的而不是相对的,是不以观察者的视角而改变的。但是爱因斯坦的狭义相对论修正了这一观念,他认为,每个人都有自己的坐标,都以自己的独特视角看待宇宙的方式,而且这种结果都是正确的,没有哪一个坐标系比其他的坐标系更权威。对于某个观察者来说是同时发生的事件,在另外的观察者看来可能是先后发生的,并且这两种结果都是真的。那如果这样的话,宇宙岂不是乱了套了,每个人都有自己的一幅宇宙的图景,而每个人和人之间物体和物体之间又要带着这些信息相互作用,岂不是很容易发生矛盾?
其实这种结论也是从时空分离的角度得出的,我们把空间当欧几里得几何所描述的欧几里得空间,加上不断流动的时间。但是实际上狭义相对论可以被描述成为,可以将时间和空间融为一体,形成一个统一的实体——时空。把时间当成一个独立的维度。而描述时空的,就是闵可夫斯基几何。而在闵可夫斯基几何当中,所有的一切又都得到了统一,而且我们可以通过将闵可夫斯基时空和欧几里的空间类比来更好的理解狭义相对论。从不同状态的运动状态的参考系观察事物,就相当于我们在平常的欧几里的空间中,从不同的角度看待事物是一样的。比如我们可以将现实中的事物对应到一张地图上,这张地图正着拿,倒着拿,旋转这张地图只是改变视角,并不会改变图像事物之间的相对关系。而在平面几何当中,旋转操作对应的就是画圆。闵可夫斯基时空中,当我们通过不同运动状态的参考系去观察林可夫斯基时空中的事物时,实际上也是在通过旋转从不同的角度观察。但是在林可夫斯基时空中,旋转操作对应的就不是画圆了,而是画双曲线。我们知道双曲线是无限接近对角线的,也就是说你可以一直旋转下去,当你旋转得越多就越接近光速,但是却永远也无法达到光速。