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宇称不守恒说了啥?杨振宁和李政道的发现有多大意义|牛顿|宇称|物理定律

来源:未知 作者:admin 人气: 发布时间:2019-03-04
摘要:长尾科技/文 如果我们坚信物理的基本定律是完美无缺的,那我们就必须认为现有的描写基本粒子的标准理论并不是基本的,我们还需要寻求一个更基本的理论。——文小刚 宇称不守恒

长尾科技/文

如果我们坚信物理的基本定律是完美无缺的,那我们就必须认为现有的描写基本粒子的标准理论并不是基本的,我们还需要寻求一个更基本的理论。——文小刚

宇称不守恒,这是一个让许多中国人既熟悉又陌生的词语!

熟悉,是因为这是全球华人的第一个诺贝尔奖,我们的教科书和媒体会经常提到这个也是很自然的事情;陌生,是因为大多人除了知道杨振宁和李政道发现了它以外,完全不知道这个宇称不守恒到底在说啥。

另外,跟前沿理论物理的一大堆让人懵圈的专业术语相比,“宇称不守恒”这五个字看起来还是很亲民的。毕竟我们中学时代就学过能量守恒、动量守恒,对守恒的概念还是很熟悉的,而“宇称”听起来应该和宇宙的某种对称性有关。然而,宇称到底是什么呢?为什么它不守恒?为什么宇称的不守恒会让科学界如此震动,以至于杨振宁和李政道在1956年6月提出了宇称不守恒,1957年的诺贝尔物理学奖立刻颁给了他们?

05宇称不变性

在《物理定律对称之美,物态对称破缺之美 | 众妙之门》一文中我们做了很多铺垫,解释了物理中对称性和守恒量的关系。这篇文章我们将专注于镜面的反射对称。物理定律是否遵循反射对称呢?如果遵循反射对称,那么它对应的守恒定律又叫什么呢?没错,跟镜像反射对称,也就是左右对称相对应的这个守恒量,就是宇称。宇称也跟物体的质量、电荷一样,是描述基本粒子性质的一个物理量。

所以,我们说物理定律的宇称不变性,其实就是说物理定律在经过镜面反射对称处理之后依然保持不变,简单的说就是镜子里的世界跟外面的世界遵循同样的物理定律。

怎么通俗地理解这个事?举个例子,我们每个人都有照镜子的体验,因为人体的特殊对称性,镜子里的人看起来跟镜子外面的人一模一样,但是左右颠倒了。也就是说,镜子外面的人动一下左腿,你会感觉到镜子里面的人动了一下右腿。如果这时候外面还有一个足球,镜子外面的人用左腿提了一下足球,这个足球会按照牛顿运动定律被踢开,同时我们会看到镜子里面的人会用右腿把把这个足球朝另一个方向踢开,现在问题的关键是:镜子里面的人踢足球这个过程是否满足牛顿运动定律?

如果也满足牛顿运动定律,那我们按照定义就可以说牛顿运动定律在镜面反射对称下具有不变性,也就是具有宇称不变性,那这个过程就宇称守恒。

可以想象一下,如果现实生活中你真的有一个一模一样的双胞胎,这个双胞胎完全按照你镜子里的样子站立,按照你镜子里的样子用右腿踢那个球,双胞胎的球和镜子里的球会按照一样的轨迹运动么?

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