总结如下:
空间反转后,如果数学公式不变,则为宇称守恒;
如果数学公式改变,则奇偶校验不守恒。
有兴趣的朋友可以去首页看看昨天的文章。
正文开始。
当所有物理定律在空间反转时,数学公式保持不变,是宇称守恒,但弱力是个例外。
为什么弱力宇称不守恒?
这就不得不提到杨振宁先生和李政道先生。
重大科研项目从发现到获得诺贝尔奖平均滞后时间为25年。 然而宇称不守恒在1956年提出,1957年诺贝尔物理学奖立即颁给他们,速度极快。
根据诺特定理:连续对称性与物理学中的守恒定律一一对应。
换句话说,每个守恒定律都对应于连续对称性。
例如,能量守恒对应于时间平移不变性;
动量守恒对应于空间平移不变性;
角动量守恒对应于旋转不变性。
这个定理非常重要。 它是现代物理学的灯塔。 宇称不守恒之所以能够震动整个物理世界,就是因为弱力打破了这个定理。
根据吴健雄的钴60>衰变实验,在弱力β衰变(符号读β)下,两组器件中钴60发射的电子数量相差很大,而且电子发射的方向不能互斥。 对称。
那么什么是弱力呢?
弱力是导致放射性核衰变的力。 在原子核中,中子转变为质子,质子通过弱力转变为中子。 这一点在之前的文章中已经详细讨论过,这里不再重复。
回到正题。
为什么弱力宇称不守恒?
这首先需要介绍一下旋转。
上图显示地球向右旋转。 空间折叠反转后会向左旋转,就像中间有一面镜子一样,所以奇偶校验的左手变换是右手变换。
在微观世界中,夸克、电子和光子都在自旋,并且它们是50%左旋、50%右旋、各一半。 然而实验发现,中微子只能左旋,不能右旋。
我们知道,下夸克通过弱力可以变成上夸克+电子+中微子。 夸克电子有50%是左旋电子,50%是右旋电子,但中微子只能是100%左旋电子。
举个简单的例子,50%的男人+50%的女人生了一堆孩子。 夸克和电子是正常的,50%是男孩,50%是女孩。 然而,中微子中只有男孩,没有女孩。 最终,男性将多于女性,男性和女性之间将不再有差异。 平衡后,左手和右手旋转的总数相差很大。
换句话说,奇偶性不守恒。
左旋和右旋本质上是空间和时间的关系,所以宇称不守恒的原因是中微子只能向左旋转而不能向右旋转。
为什么中微子只能向左旋转?
因为弱力是左手性的,所以只有向左旋转的粒子才能参与弱力,向右旋转的粒子不受弱力的影响。
弱力是左手,这一点非常重要。 这也解释了为什么在诺特定理的光环下,全世界那么多物理学家都没有发现宇称不守恒,却把这个成名的机会给了年轻的杨振宁。 还有李政道。
即使别人想验证宇称是否守恒,很多诺贝尔奖得主物理学家也会公开反对,甚至以打赌的形式捍卫宇称守恒,比如费曼(1965年诺贝尔物理学奖)、兰道(1965年诺贝尔物理学奖) 1962)、被称为“上帝之鞭”的泡利等。原因是当时没有人发现弱力是左撇子。
事实上,我们不能责怪他们。 诺特定理太完美了。 似乎宇宙就应该是这样的。 不保守就会打破人们心中的完美。
因此,在过去所有的β衰变实验中,实验结果与β衰变宇称是否守恒无关。
也就是说,过去涉及弱力的β衰变实验中,即使宇称不守恒,也不会影响结果。
这实在是出乎我的意料。 对于这个结果,杨振宁后来描述道:长期以来,人们在没有任何实验依据的情况下,都相信宇称在弱相互作用下是守恒的。 这是非常令人震惊的。
物理定律竟然对左旋转和右旋转有不同的旋转规则,这极大地震惊了当时的物理学家。 这就是为什么宇称不守恒仅仅一年就获得了诺贝尔物理学奖。
为什么弱力是左撇子?
如果要追根究底的话,其实还没有最终的答案。
我们宇宙的弱力是左旋力,或者可能存在右旋宇宙。
对称性是诺特定理的灵魂,宇称守恒之所以能登上神坛什么时候角动量守恒动量不守恒,也是因为诺特定理。
但不存在硬性规定,宇宙为所有法则留有被打破的空间。
1960年之前,物理学家认为物质和反物质除了电荷相反之外具有相同的性质。
例如,如果中微子是左旋的,那么反中微子也只能是左旋的。
但实验发现不存在左手反中微子。 这打破了“电荷反转对称性”
1964年,物理学家还发现了“时间反转不对称性”
简单来说,物质和反物质的K个介子可以相互振荡、相互转换什么时候角动量守恒动量不守恒,但转换的速度不一样,时间的长短也不同。
这一发现破坏了“物质和反物质的时间反演对称性”,这一发现获得了 1980 年诺贝尔物理学奖。
当宇宙爆炸时,产生的物质和反物质的数量是相同的。 如果自然法则完全对称,那么所有物质和反物质都会湮灭成能量,宇宙就没有物质,只有能量。
我们的宇宙之所以成为今天的样子,是因为宇称不守恒。
在大爆炸的那一刻,当物质和反物质相互转化时,弱力在时间上是不对称的。 正物质比反物质多十亿分之一。 太阳和地球都是那十亿分之一正物质的产物。
所以威克利是左撇子并不是一件坏事。
这篇文章有点长,看得出来大家都是人才。 我再多说几句话来结束。
弱力使物质和反物质的电荷、空间和时间独立地逆转不对称性。
不过,如果这三者倒置在一起,那就超级对称了。 物理学家取这三个字母的第一个字母,并将其称为 CPT 关节对称性。
所有物理定律都是“CPT 严格对称”。
为什么CPT是对称的?
这个稍后再说,不然大家就得打瞌睡了。