杨振宁为啥得诺贝尔奖?镜子里外的世界一样吗?(上)

作者: admin 分类: 科学 发布时间: 2021-08-30 10:07

        各位同学大家好,我是李勇的老师。经常有小朋友问我啊,中国人第一次获得诺贝尔奖,是因为1957年的时候,杨振宁和李政道提出了弱相互作用下与圈不守恒而获得的。他就问我说,若相互作用下,宇宙不守恒到底是啥意思呢?今天我们就来研究一下这个问题,为了研究各项互动下与不守恒,我们首先呢先来看一下物理学中的。对称与守恒的关系。在20世纪初的时候啊,有一个德国的著名的女数学家名字叫诺特。

        那么这个诺特呢他提出了一个定理,叫做诺特定理。诺特定理看起来啊是物理学一个非常非常基础的定理,它描述了很多的物理规律。诺特定理说的什么呢?他说呀在自然界中有一个对称的量。有一个对称的量,它就会唯一对应着一个守恒的量。首行的量我们来解释一下啊,什么意思。首先我们先说有什么量是对称的呢?比如说第一种对称叫做时间平移对称性啊。时间平移。

        对称性时间平移对称性是物理学中的基本规律。它的意思是说呀,我们今天做的物理实验得出的规律和明天做的物理实验得出的规律是完全一样的。不会说因为时间的变化,这个物理规律就变了,对吧?这就叫时间平移对称性,而它对应就是物理学中的能量守恒。能量守恒原因是什么啊?我们举一个例子来解释一下。比如说啊假如这个物理规律是可变的,比如说万有引力常数吧,它逐渐的越变越大了。那么于是我就可以在今天举起一块石头。

        我所消耗的能量比较少,因为外面那个长度小嘛,那么明天我再让这个石头落下来,这样的话石头就会释放出更多的能量。因为外围的常数变大了,这样一来呢我就凭空造出的能量,对不对?所以能量就不守恒了。也就是说,时间平移对称性的唯一结果是能量必须守恒,而能量守恒就一定对应的时间平移对称性,他们两个就一一对应了。那么除了时间平移对称性以外,还有什么呢?还有空间平移对称性。所谓空间平移对称性啊,意思就是说一个物理实验你在中国做还是在美国做得出的规律是一样的,拿到火星上去做得到的物理规律也是一样的。它对应了什么呢?对应了动量守恒,那么这个原因是什么,我们就不解释了啊,类似于刚才说的那个第三个还有什么呢?还有一个叫空间。旋转对称性。空间旋转对称性。

        旋转对称的意思是我往东扔一个篮球,得出一个物理规律,我往南再扔一个篮球,得出的规律应该是完全一样的,不会因为你一个往东一个往南,他规律就不一样了,这叫空间旋转对称性。它对应的是角动量守恒。脚动量守恒。洛特呢其实就说了这么一件事儿,就是没有一个对称的量就会出现一个守恒量。与之对应。

        这就是诺特经理告诉我们的,最初呢诺特是说这个对称量应该是连续可微的,就是可以一点点变。比如平移啊,旋转的都是可以一点点变的。但是后来人们发现呢,其实也不一定非得一点点变。那么还有一种对称性叫做镜像对称。镜像对称。啊,说镜像对称应该也是一个普遍存在的物理现象啊,什么意思呢?就比如说吧我呀在这里扔一个篮球,他走一个抛物线打过来了,对吧?那么我中间有个镜子,镜子里边是不是也有一个篮球啊,这个篮球也会跑过来,对不对?你会发现呢,不管是镜子外面的世界,它的物理规律还是镜子里面的世界,它的物理规律都是完全一样的。

        如果你只看这个球的物理规律,你是没有办法区分这个世界到底是镜中世界还是境外的世界,你没有办法区分,因为它是对称的,这就是所谓的物理规律,镜像对称啊。那么有了镜像对称之后,它又对应了一种什么守恒呢?在1927年的时候1927年的时候,美国有一个物理学家维格纳。这个维格纳。就说呢其。镜像对称的物理规律应该对应了与称的守恒啊与称守恒。什么叫与称这俩字儿吧不太好理解。

        当我们上中学的时候,都学过一种函数概念,叫奇函数和偶函数,对不对?我们看啊,假如有一个函数,这个函数呢叫X方X方图像啥呀,是不是这样啊,Y等于X方还是图像,是这样,这个函数我们就叫它偶函数,对不对?为什么叫做偶函数呢?因为它有一个对称轴啊,如果我们以这个轴啊左右翻转一下,它会重合。所以这种函数我们叫它偶函数,还有一种函数叫奇函数啊。比如说啊有一个函数叫X3次方,X3次方图像长这个样子,对吧?那么假如说我们以中间这个Y轴做对称,把左右翻一下,会有什么结果呢?他就会变这样。它就会变这儿,对不对?你会发现呢它上下颠倒了。那这种函数我们管它叫奇函数啊,我们叫奇函数,对吧?我们学过奇函数和偶函数的概念,对不对?好,现在我们来看描述。有一个例子。描述一个例子,我们在量子力学中是通过一个波函数去描述的,对吧?通过一个标波函数描述粒子的状态。

        那么这个波函数有可能是偶函数,也有可能是奇函数。如果这个波函数是偶函数,我们就叫它偶与称。如果这个波函数是奇函数,我们就知道它奇与称就这么个意思啊。所以奇与秤还是偶与称,其实和奇函数偶函数差不多,只不过它这个函数指的是粒子波函数。还有呢镜像对称告诉我们与称是守恒的。就这波函数如果是偶函数,它应该一直是偶函数,它不会说过一会变成奇函数了。反过来说它如果是奇函数,它一直是奇函数,它不会变成偶函数。这就叫与趁守航啊。好,那么到目前为止,咱们一直认为啊宇宙守恒,就好像刚才能量动量角能量一样,它应该是一个普遍存在的规律,直到谁出现了,直到杨振宁和李正道出现了。他们就提出了吕称呢他是不守恒的。

        与臣为什么不守恒呢?这事儿啊要从一个著名的谜团叫希特特之谜说起啊,希特勒之名C的套啊,这两个都是一个粒子啊,这个C的粒子和套利子,C的粒子是。栗子呢它和套利子啊长得非常像,就是他们从质量和电荷上来看,他们应该是完全一样的啊,相同的质量也相同,电荷也相同。反正你看什么性质,它都一样啊。那既然这样的话,它就应该是一个例子。但问题是sit和top啊,它的衰变产物是不一样的。C的粒子它衰变了之后是一个派加介子,还有一个派零介子。这个套利子呢,它衰变之后是两个派加介词。还有一个派简介子啊,说衰变产物不一样。不仅如此啊,上面的这种情况,它的衰变产物是什么,语称呢?是偶语称的。所以根据禹偁守恒,如果衰变产物是偶语称的,那原来它也是偶语称的,对吧?再看底下这个底下这个呢人们经过计算发现它不函数是奇奇函数,它是奇域称的。

        所以原来这个套利子它也应该是奇遇称的。现在就完蛋了。你从奇偶性来看,或者说从禹偁来看,右边这两个例子它肯定是不同的。又因为禹偁守恒,所以左边就打这个字,也不应该是同一个例子,对不对?啊,所以为什么两个不同的例子会具有相同的性质?为什么一个相同性质的例子却具有不同的语称,对吧?这个我们就称之为西塔套之谜。针对这个西塔套之谜啊,物理学家们提出了很多种的理论,而且都是一顶一的顶。顶尖物理学家,但是最终解决他们的是杨振宁和李正。

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