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杨振宁对于物理学最大的贡献:原来上帝统治的世界竟然是不对称的

2019-02-11  我爱你文摘

量子讲堂第四期:杨振宁是一位伟大的物理学家,杨振宁提出的宇称不守恒理论颠覆了传统物理学乃至哲学对于这个世界的认知,原来上帝并不喜欢简单、完美,这个世界是不对称的。

宏观世界的宇称守恒是否适用于微观世界?

在物理学中有几个不可动摇的真理,例如质量守恒定律、能量守恒定律、信息守恒定律,这些定律在我们的初中课本中都出现过,它们也很好理解,但宇称守恒定律对于我们则是相对陌生,宇称守恒究竟是指的什么呢?

杨振宁对于物理学最大的贡献:原来上帝统治的世界竟然是不对称的

宇称守恒:指的是物理定律上的一种对称关系,通俗来说如果两个粒子互为镜像,举例:一个粒子顺时针自旋,另一个粒子逆时针自旋,那么两个粒子都可以将对方视为镜子中的自己,即这两个粒子互为镜像,那么这两个粒子就会呈现一种对称关系,它们除了自旋方向之外,具有完全相同的物理性质,这就是宇称守恒,对称的方式有很多种,例如粒子与反粒子,互为镜像的粒子运动方式相同等等,就像我们日常照镜子一样,除了镜子中的自己与自己的左右方向相反之外,镜子中的自己与真实的自己是完全相同的。

上帝制造的世界真的是完美对称的吗?

对于这个问题,绝大多数的人都相信这个世界是完美对称的,因为从人类的角度来说,人们喜欢这个世界是规律的、是完美的,这样人类就可以通过规律去推断宇宙的过去与未来,如果这个世界是不对称的、是随机的,那么很多科学就像失去它存在的意义,这个观点从伽利略—牛顿经典力学创建以来就被人们广泛的所接受,不过20世纪初诞生了量子力学是对于这个观点的一次严重挑战,量子力学竟然让上帝掷起了骰子?很多物理学家表示难以接受,这里有点跑偏,回到主题,宇称守恒理论被提出后相继被万有引力、电磁力、强力这三种力基本所验证,宇称守恒成为了与质量守恒定律、能量守恒定律、信息守恒定律一样不可被动摇的真理。

杨振宁对于物理学最大的贡献:原来上帝统治的世界竟然是不对称的

一对奇怪粒子引发的轩然大波,杨振明:原来世界并不是对称的

1956年,物理学家发现了一种十分奇怪的粒子:γ和θ介子,这两种介子的自旋、质量、电荷等物理性质完全相同,如果根据这些特性,我们完全可以将这两种粒子视为同一种粒子,但有一个奇怪的现象则无法解释,即θ介子发生衰变时会产生两个π介子,而γ介子发生衰变时却产生3个π介子,衰变属于弱相互作用力,物理学家对于这种奇怪的粒子很是费解,为何物理性质完全相同的粒子会发生这样的差异呢?

杨振宁对于物理学最大的贡献:原来上帝统治的世界竟然是不对称的

当时很多物理学家都对此进行了深入的研究,但没有人敢触及宇称守恒定律这个禁区,后来物理学家李政道和杨振宁抛去传统观念,大胆的提出一个假设:“θ-γ”粒子如果在照镜子时发生衰变的话,那么镜子里的“θ-γ”粒子与镜子外的“θ-γ”粒子是不同的,也就是说“θ-γ”在弱力作用下宇称不守恒!

“θ-γ”粒子仅仅是一个特例吗?不,世界的真实面貌就是不对称的

最初人们仅仅将“θ-γ”粒子视为一个特例,除了“θ-γ”粒子之外,这个世界还是完美的、对称的,不过后来的物理实验证明了不单单是“θ-γ”粒子 ,例如钴60等粒子在弱力作用下宇称也是不守恒的,粒子与反粒子的行为在某些方面也并非完全一致,甚至“θ-γ”在衰变过程中其时间也是不对称的,宇称守恒这一物理真理被李政道和杨振宁推翻。

杨振宁对于物理学最大的贡献:原来上帝统治的世界竟然是不对称的

宇称不守恒则意味着这个世界是不对称的,这简直太不可思议了!难道上帝不单单喜欢掷骰子,上帝制造的这个世界还是残缺的、不完美的?可我们换一个思路想一想,难道对称就是完美吗?对称或许只是看上去很规整,但又显得很固化和呆板,世界上很多的优美的建筑其实都是不对称的。

宇宙的诞生或许正是因为不对称

宇称不守恒不仅仅使物理学界沸腾,天文学家将此理论运用到宇宙形成中很好的诠释了一个关于宇宙形成的难题,如果宇宙是对称的,那么在宇宙大爆炸的时候产生的正反粒子应该是相同数量的,正反粒子相遇会快速湮灭,那么整个宇宙就会在正反粒子的湮灭中消失,那么人类生存的宇宙又是如何诞生的呢?

杨振宁对于物理学最大的贡献:原来上帝统治的世界竟然是不对称的

宇称不守恒意味着宇宙大爆炸中产生的正粒子要比反粒子多一些,大量的正粒子与反粒子湮灭,剩余的物质才组成了我们如今生存的宇宙。

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