室溫超導還會成功嗎？為什么說室溫超導的本質(zhì)就是演生論？

最近疑似室溫超導的LK-99材料很火，土木老哥的嘴都能被釣歪了。

我原本計劃等這件事塵埃落定之后，才寫一篇文章講一下。但看目前這個進展，沒有幾個月的時間是難以有最終的結(jié)果 ，有的測量出抗磁性，有的又沒有抗磁性，而零電阻測量的實驗結(jié)果也不一樣。

所以關(guān)于此次室溫超導，現(xiàn)在就不評論了，等后續(xù)驗證就行

最近關(guān)于超導的科普太多了，這期文章的重點不在室溫超導，如果只關(guān)注室溫超導，那格局還是有點小了。如果LK-99最后獲得成功，這不僅只是室溫超導的成功，更是對演生論的最好驗證。

而演生論在現(xiàn)代物理學地位尤為重要，甚至可以算是第三次科學革命。

演生論除了可以解釋凝聚態(tài)物理的超導現(xiàn)象，也能解釋廣義相對論的缺陷，以及暗能量等問題。

那什么是演生論呢？

首先演生論是相對于還原論而言的，前兩次物理學革命都是基于還原論而來的。

現(xiàn)在很多人思考物理問題依舊是還原論的思想。因為這是人腦自帶的最樸素的思想。

首先物理研究的對象就是物質(zhì)以及物質(zhì)的變化規(guī)律，在宇宙中，物質(zhì)的種類劃分極其龐雜，按物態(tài)劃分有固態(tài)，液態(tài)還有氣態(tài)，按元素組成劃分有金屬，木材，肉類。按導電性劃分有絕緣體，半導體和導體。物質(zhì)種類的劃分可以有無數(shù)種，這取決于劃分的方式。

而且這些物質(zhì)都在不斷變化，有量子糾纏，有空氣分子的布朗運動，又有光合作用，天體自轉(zhuǎn)，超新星爆發(fā)等等。

所以物理學家面對的如此龐雜的物質(zhì)變化規(guī)律就得用還原論的思想來解決。也就是不管是什么物質(zhì)，也不管是什么運動形式，我只需找到構(gòu)成這些物質(zhì)的最基本材料，以及控制它們運動的基本作用力，就可以全部推導出世間萬物的所有現(xiàn)象。

所以物理學家一直追求尋找基本粒子，以及所有基本作用力。如今的標準模型就是干這個的。

在如今的標準模型的框架中，宇宙萬物至少由61種基本粒子支配的。構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子由48種費米子承擔。負責物質(zhì)相互作用的運動由13種玻色子承擔。

如果你認為有了標準模型之后，從小尺度量子現(xiàn)象到大尺度引力現(xiàn)象幾乎都可以用這61種基本粒子解釋。

那這就是典型的還原論思想，先抓住最小，最基本的結(jié)構(gòu)，只要了解最基本結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和規(guī)律，就能反推出微觀和宏觀的所有性質(zhì)和規(guī)律。但這是一種線性推理的過程。

第一次物理學革命時，牛頓就是利用還原論這樣干的，先通過蘋果落地現(xiàn)象找到地球上的引力規(guī)律，并將其視為宇宙中最基本的作用力，繼而將這種引力作用反推到更宏觀的天體運動上，從而獲得巨大的成功。

但是牛頓的引力并不能解釋所有現(xiàn)象，比如后來麥克斯韋的電磁理論的光速問題，水星進動的宏觀現(xiàn)象，以及電子繞原子核的微觀現(xiàn)象。所以這時候就需要一種新的，更基礎(chǔ)的還原論的理論取代牛頓力學。

這時候相對論和量子力學就呼之欲出了。前者從宏觀尺度取代牛頓力學，后者從微觀尺度取代牛頓力學。

量子力學和相對論的建立是第二次物理學革命的成果，1915年，廣義相對論提出之后，相對論的大廈基本完成，到上世紀40年代，量子力學的大廈基本穩(wěn)固。但這時候物理學家還是抱著還原論的思想看待世界。

相對論將牛頓力學的還原論的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)已經(jīng)推進到時空彎曲，量子力學將物質(zhì)構(gòu)成的還原論已經(jīng)推進到基本粒子尺度。

相對論和量子力學建立之后，物理學的大廈好像貌似真的建成了，剩下的工作真的就應該是縫縫補補的工作。因為宇宙萬物的運動的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)幾乎都可以在相對論和量子力學中找到。終極還原論貌似已經(jīng)成功，只需利用還原論的思想從微觀規(guī)律反推就可以得出所有宏觀規(guī)律。

但是在1911年，人類第一次發(fā)現(xiàn)了超導現(xiàn)象，這也是人類第一次發(fā)現(xiàn)的宏觀量子效應。當時的量子力學是無法解釋這種現(xiàn)象的。因為按照量子力學還原論的理論，電子在非真空的材料中運動時，必然會受到材料中原子的阻力，這就是電阻。

按照還原論的思想來理解，我們既然可以了解單個電子的運動規(guī)律，那從單個電子推導到多個電子在材料中的運動時，就必然會得出電子群也會受到相應阻力的結(jié)論。不可能出現(xiàn)無法預測出超導現(xiàn)象。

所以這時候還原論還對嗎？

既然我們已經(jīng)可以掌握微觀粒子的運動規(guī)律，那為什么向上推導時，又出現(xiàn)預料之外的結(jié)果。

再后來，用量子力學的還原論推導不同尺度的現(xiàn)象時，出現(xiàn)了大量預料之外的現(xiàn)象，比如超流現(xiàn)象，量子反常霍爾效應。

于是物理學只能針對這些新現(xiàn)象提出新的理論，比如朗道-費米液態(tài)理論，bcs超導理論。但是這些理論都是唯象理論，不能深入到基層機制，只能解釋部分現(xiàn)象。

對于超導現(xiàn)象，bcs理論用兩個電子配對形成庫珀對，導致電子從費米子轉(zhuǎn)變成玻色子來解釋。這個理論可以很好的詮釋部分超導現(xiàn)象，但是最近韓國的室溫超導材料，暫時還無法用bcs理論解釋。我們無法得知在室溫情況下，電子是如何形成庫珀對的。或許它們壓根就不是庫珀對，而是一種全新的現(xiàn)象。

如今，還原論已經(jīng)過時。用還原論解釋宇宙萬物，甚至都沒有推導到宏觀尺度就得流產(chǎn)。

這時候就需要用演生論取代還原論。關(guān)于演生論，物理學家安德森有著極其精辟的解釋。

他認為，由基本粒子構(gòu)成的，巨大和復雜的集聚體的行為，不能依據(jù)少數(shù)粒子的性質(zhì)做簡單外推就能理解。

而正好相反，在復雜系統(tǒng)的每一個層次，都會呈現(xiàn)出全新的規(guī)律。而要理解這些新行為，所需要做的研究，就其基礎(chǔ)性而言與其他研究相比毫不遜色。他的意思就是說，物質(zhì)在不同層次里面，實際上有它自身的規(guī)律。而且就重要性也都是平等的，沒有誰更基礎(chǔ)一說。

關(guān)于這些層次，簡單講，有很多種方式可以劃分這些層次。最簡單的劃分至少有三種層次。分別是空間層次，時間層次和關(guān)聯(lián)層次。

通俗來說，即便我們知道構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子的運動規(guī)律和性質(zhì)，但是通過這些規(guī)律也無法線性推理出粒子之間相互關(guān)聯(lián)時產(chǎn)生的新的性質(zhì)。甚至新的性質(zhì)和基本粒子的基礎(chǔ)性質(zhì)截然相反。

如果粒子多樣性和復雜度在空間層次越來越宏觀，性質(zhì)又會大變。

比如微觀世界的量子疊加態(tài)，在宏觀尺度上幾乎就會消失殆盡。物質(zhì)性質(zhì)從量子疊加態(tài)變成確定的本征態(tài)，描述它們的理論就會從量子力學就會過渡到經(jīng)典力學。

而在時間尺度上，短時間的粒子性質(zhì)和長時間的粒子性質(zhì)也截然不同，比如基本粒子會隨著時間的推移發(fā)生隨機的量子疊加態(tài)的坍塌。

這就是演生論，物質(zhì)的性質(zhì)在不同尺度，不同時間，和不同復雜度(關(guān)聯(lián)性)狀態(tài)下，會出現(xiàn)截然不同的性質(zhì)。新的性質(zhì)是無法用還原論推導出來的。

因為新層次產(chǎn)生的新規(guī)律，和更小層次的規(guī)律是平級的，沒有誰更基礎(chǔ)一說。

演生論通俗比喻來說，一顆糖是甜的，兩顆糖放嘴里就不是2倍甜，而可能是任何一種其他的味道，比如辣味。而三顆糖放嘴里可能是未知的味道，也可能無味。

認為兩顆糖放嘴里是二倍甜就是典型的還原論的思想，而兩顆糖放嘴里出現(xiàn)辣味就是演生論。

所以在演生論中，經(jīng)常會出現(xiàn)實驗超越理論的存在，因為所有的唯象理論，本質(zhì)都是局限性還原論，只適用于部分現(xiàn)象，物質(zhì)在新的層次出現(xiàn)的可能現(xiàn)象很難預料，并且會顛覆原有的理論。

就拿最近的室溫超導來說，如果LK-99材料為真，那它就已經(jīng)脫離現(xiàn)有理論框架了，因為根據(jù)BCS理論的預測，常壓下的超導轉(zhuǎn)變溫度不能超過40K。

后來1986年發(fā)現(xiàn)的銅氧化物材料和2008年發(fā)現(xiàn)的鐵基超導材料就已經(jīng)超出bcs理論的解釋了。

由于演生現(xiàn)象的存在，新超導材料甚至會出現(xiàn)在理論指導下做不出，反而失誤操作，或者無意摻入雜質(zhì)就成了的怪異現(xiàn)象。

于是就有人調(diào)侃，發(fā)現(xiàn)新超導材料的第一定律就是遠離理論物理學家。

由于演生現(xiàn)象的存在，我們可能就無法利用一種所謂的萬有理論，解釋宇宙萬物的所有現(xiàn)象。

為了描述演生過程中突然迸發(fā)的未知現(xiàn)象就得發(fā)展新的學科，現(xiàn)在的凝聚態(tài)物理，拓撲理論，混沌理論就是演生論的最好詮釋。

我們現(xiàn)在大部分時間都是將演生論利用到次微觀尺度，也就是從粒子尺度到大分子尺度。然而在超宏觀尺度，演生理論可能會再次發(fā)揮作用，這就暗能量問題。

暗能量的本質(zhì)就是一種斥力現(xiàn)象。這也是現(xiàn)代物理學天空最大的一朵烏云之一，如今我們只能知道宇宙中存在引力作用，但為什么在超宏觀尺度上，宇宙在膨脹，星系之間的距離在不斷拉大。

之前我們用大爆炸的余威解釋宇宙膨脹的原因，這就意味著宇宙在減速膨脹，但在1998年，天文觀測通過1a型超新星爆發(fā)發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹。所以這就不得不尋找新的機制解釋宇宙加速膨脹。這種機制就是假設(shè)宇宙中存在均勻分布的暗能量，它充當斥力的作用，讓宇宙加速膨脹。

從室溫超導到暗能量上，都是演生論在發(fā)揮作用。我們能接受在微觀尺度上發(fā)生的各種演生現(xiàn)象，為什么就不能將其利用到超宏觀尺度上呢？

宇宙在不同尺度表現(xiàn)的性質(zhì)可能截然相反，多個粒子相互作用可能會出現(xiàn)超導現(xiàn)象，而宇宙在的超宏觀尺度也可以出現(xiàn)以引力截然相反的斥力現(xiàn)象。

層次不同，性質(zhì)不同是演生論的核心觀點。此前，我們總是喜歡找到簡而美的萬有理論，利用萬有理論從還原論的思想推導宇宙中所有現(xiàn)象，仿佛只有這樣，物理學大廈就能建成，這樣我們就可以萬事大吉，一勞永逸。

其實這種思想反而束縛了科學的發(fā)展，因為這樣一來，我們可以利用的自然規(guī)律就越少，科技水平就越存在上限。反而不同層次的物質(zhì)性質(zhì)越不一樣越好，這樣我們可以利用到自然規(guī)律就越多，就越能創(chuàng)造新的科學，不斷創(chuàng)造新的事物，推進人類文明。