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正文 第四十八章,宇称不守恒
    “宇称不守恒”是什么意思?

    我们先来说说“宇称不守恒理论”,这里有一个关键词“宇称”,用科学家的话说,宇称是内禀宇称的简称。

    它是表征粒子或粒子组成的系统在空间反射下变换性质的物理量。

    在空间反射变换下,粒子的场量只改变一个相因子,这相因子就称为该粒子的宇称。

    我们也可以简单地理解为,宇称就是粒子照镜子时,镜子里的影像是不对称的。

    这里所说的粒子又是什么呢?就是“以自由状态存在的最小物质组成部分”,是比原子更小的单位,现代物理学中的粒子有数百种,包括电子、介子、夸克、轻子等。

    了解了粒子和宇称的概念,再来看“宇称不守恒”的定义:在弱相互作用力中,互为镜像的物质的运动不对称。

    翻译成通俗的语言就是:在原子核内部的粒子,在弱相互作用力中照镜子,运动轨迹是不对称的,是不是有点奇怪?

    毕竟常识告诉我们,镜子里的镜像和镜子外的物体,应该是完全对称才对,就像你照镜子,镜子中的你不仅和你长的一样,动作也完全一致。

    注意这里的不对称还有一个前提,就是在“弱相互作用下的微观粒子”,粒子我们已经说过了,弱相互作用力又是什么呢?

    我们目前发现的宇宙中存在四大基本力,分别是引力,电磁力,强核力,弱核力;引力我们都知道,就是牛顿小时候被苹果砸了脑袋之后发现的那个,电磁力包括电力和磁力两部分,它是指基本粒子在电荷、电流和磁场的相互作用下产生的力。

    在我们日常生活中最常见的摩擦力、支撑力、弹力之类的,归根结底都是电磁力的作用。

    电磁力也好理解,你拿一把梳子梳一下头发,梳子就能吸起小纸屑,这就是电磁力。

    有点难理解的是强力和弱力,因为它是发生在原子层面的,我们都知道,原子是由原子核和核外电子组成的,而原子核又是由质子和中子组成的,这个强核力就是把质子和中子hold住,不让原子核散架的力,与强力相对应的就是弱力,弱力就是主导核裂变的力,如果说强力是搞团结的力,弱力就是搞分裂的,当质子和中子越来越多,强力也就hold不住弱力了,这个时候核裂变就发生了,比如原子弹就是利用铀235发生核裂变释放出巨大能量的原理制成的。

    明白了什么叫弱相互作用力,我们再来看看“宇称不守恒”的定义,就是在善于搞分裂的弱核力作用力下,粒子在照镜子时,发现镜子里的那个影像,竟然跟自己的动作不对称。

    这实在是太不可思议了!在“宇称不守恒”理论出现之前三十年里,物理学界一直认为在微观世界里,基本粒子由三种基本的对称方式,一个是粒子和反粒子的互相对称,这里解释一下什么叫反粒子,就是所有的粒子都有与其质量、寿命、自旋、磁矩大小相同,带电量相等且符号相反、磁矩和自旋的取向关系也相反的反粒子,比如电子e-的反粒子就是正电子e+,质子的反粒子就是反质子,粒子和反粒子相遇就会发生湮灭从而转变成别的粒子。

    第二种对称就是空间反射对称,就是同一种粒子之间互为镜像,它们的运动规律是相同的,这就是宇称,也即是杨振宁公关的那个;

    第三种是时间反演对称,就是说如果我们颠倒粒子的运动方向,粒子的运动也是相同的,也就是时间对称。

    自从宇称守恒定律被李政道和杨振宁打破后,科学家很快又发现,粒子和反粒子的行为并不是完全一样的!

    一些科学家进而提出,可能正是由于物理定律存在轻微的不对称,才导致宇宙大爆炸之初生成的物质比反物质略多了一点点,大部分物质与反物质湮灭了,剩余的物质才形成了我们今天所认识的世界。

    如果物理定律严格对称,那么宇宙大爆炸之后应当诞生了数量相同的物质和反物质,但正反物质相遇后就会立即湮灭,那么,星系、地球乃至人类就都没有机会形成了。

    再后来,科学家发现连时间本身也不再具有对称性了!

    日常生活中,时间之箭永远只有一个朝向,就像老人不能变年轻,打碎的花瓶无法复原,过去与未来的界限泾渭分明。

    不过,在物理学家眼中,时间却一直被视为是可逆转的。

    比如说一对光子碰撞产生一个负电子和一个正电子,而正负电子相遇则同样产生一对光子,这两个过程都符合基本物理学定律,在时间上是对称的。

    但是如果用摄像机拍下其中一个过程然后播放,观看者将不能判断录像带是在正向还是逆向播放——从这个意义上说,时间没有了方向。

    1998年,物理学家们首次在微观世界中发现了违背时间对称性的事件。

    欧洲原子能研究中心的科研人员发现,正负k介子在转换过程中存在时间上的不对称性:反k介子转换为k介子的速率要比其逆转过程——即k介子转变为反k介子来得要快。

    至此,粒子世界的三种对称性理论全部被打破了,世界从本质上被证明了是不完美的、有缺陷的,粒子的本质是电磁相互作用。也许正是这种粒子的相互作用影响差异,使得粒子能量运动状态发生改变而导致宇称不守恒。

    宇称不守恒有什么实际意义?

    说了这么多,宇称不守恒到底有什么实际意义呢?

    还是再回到日常照镜子的场景,由于粒子层面不存在绝对的守恒,所以镜像也并非完全对称,不仅我们在镜子中看到的一切是不真实的,就连时间也不具备对称性,也就是说不仅现实生活破镜无法重圆,就连看似可能的穿越时空回到过去也成为不可能。
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