這個問題的本質是諾特定理是否適用于奇點宇宙。
回答這個問題將回答“宇宙是如何產(chǎn)生的?”這一基本問題。
證明:能量守恒定律本來只是科學歸納得出的定律。 也就是說,正是因為一切能量活動都滿足能量守恒定律,并由此推論出能量不可能憑空產(chǎn)生或憑空消失,所以我們最終推導出能量守恒定律。
現(xiàn)代數(shù)學之母艾米·諾特用數(shù)學方法嚴格證明了能量守恒定律,這就是“諾特定理”。 該定理認為,能量守恒定律可以從時間的平移不變性得到證明。 證明如下:
定理1:奇異積分方程Kφ=f可解的充要條件是關系式成立:
其中,ψi(t) (i=1, 2,...,k′) 是連通齊次方程組 K′ψ=0 的線性獨立解的完備系;
定理2:齊次方程Kφ=0的線性獨立解的個數(shù)k與相關齊次方程K′ψ=0的線性獨立解的個數(shù)k′之間的差異僅與K的特征部分有關,等于 sub-K 的索引為 kk′=κ。
第二類積分方程的定理是柯西核奇異積分方程中的b(t)=0,即諾特定理κ=0的特例。 可見,對于指數(shù)為零的奇異積分方程, 定理成立。 這類方程稱為擬方程,其對應的奇異積分算子稱為擬。 穆算子。
對于局部作用下的每個可微對稱性,都有相應的守恒流。
物理量的守恒定律通常用連續(xù)性方程來表示。
該定理的形式命題僅從不變性條件推導出對應于守恒物理量的流的表達式。 這個守恒量稱為諾特電荷,其流動稱為諾特流。 諾特流最多相差無散矢量場。
從證明可以看出,時間平移不變性是能量守恒定律的充要條件。 (強調已添加)
幾十年后,楊振寧教授和李正道教授提出了“弱相互作用中宇稱不守恒”定律,打破了科學界長期以來對宇宙的幻想。
對稱總是完美的。 當你照鏡子時,你與鏡中的圖像形成對稱關系。 對稱不僅出現(xiàn)在鏡子中,而且在我們周圍的自然界中隨處可見。 蜂窩是由正六邊形對稱排列而成的建筑物。 每個正六邊形大小均勻,上下左右等距。 這種結構最為緊湊有序,并且節(jié)省材料。 蝴蝶的左右翅膀的結構是對稱的。 是的,連翅膀上的圖案和顏色都是對稱的,所以它可以成為自然界中最美麗的昆蟲; 所有的海螺都有奇妙的左右對稱性; 人類本身也是對稱的,不僅左右結構是對稱的,眼睛、耳朵和左右大腦的形狀也是對稱的。 一個人如果少了一只眼睛,或者嘴巴歪向一側,肯定會被認為不太漂亮。
過去的科學界也認為宇宙的各個方面都是連續(xù)的,并且根據(jù)諾特定理可以證明宇宙的各個方面都是守恒的。
交換兩個東西會讓它們看起來像是沒有被碰過。 這就是對稱性。 把左邊的東西和右邊的東西沒有任何變化地互換,叫做鏡像對稱,意思是像照鏡子一樣,鏡里的東西和鏡外的東西是一樣的。 大多數(shù)人體和動物形態(tài)都是鏡像對稱的碰撞時角動量守恒條件,中國的故宮、天壇等建筑也是如此。
在空間中,如果沿任意方向平移一個單位,平移后的圖像將與原始圖像無法區(qū)分(即與其完全重合)。 該操作可以繼續(xù)進行。 這就是平移對稱性。 規(guī)則網(wǎng)格具有平移對稱性。 在自然界中,蜂窩、竹節(jié)或珠子都具有平移對稱性。
將一個紋理均勻的球繞球中心以任意角度旋轉,其所有屬性,如形狀、大小、質量、密度分布等都將保持不變。 這就是旋轉對稱。 具有5個相同花瓣的花(如梅花、紫荊花)繞垂直花面的軸線旋轉2π/5的角度或2π/5的整數(shù)倍。 旋轉前后完全一樣。 沒有變化。 我們說它具有 2π/5 旋轉對稱性。 另一方面,如果一個球的邊緣有一個點或一些缺陷,并且這個點或缺陷可以區(qū)分旋轉前后的情況,那么它就不具有旋轉對稱性——或者說它的旋轉對稱性被破壞。 。
物理定律的對稱性用牛頓定律表示。 無論物體如何旋轉,物體的運動都遵循牛頓定律。 因此,牛頓定律具有旋轉對稱性; 鏡內、鏡外物體的運動服從牛頓定律,且牛頓定律具有鏡面對稱; 物體在空間任意運動后,牛頓定律仍然有效,并且牛頓定律還具有空間平移對稱性; 在不同的時間,昨天、今天或明天,物體的運動也遵循牛頓定律,而牛頓定律也具有時間平移對稱性……其他已知的物理定律也有類似的情況。
物理定律的這些對稱性實際上意味著物理定律在各種變換條件下的不變性。 由物理定律的不變性,我們可以得到一個不變的物理量,稱為守恒量,或不變量。 例如,空間旋轉最重要的參數(shù)是角動量。 如果物體空間旋轉對稱,則其角動量必須守恒。 因此,空間旋轉對稱性符合角動量守恒定律。 再比如,如果瀑布水的力量全部轉化為電能碰撞時角動量守恒條件,那么同樣的水流在任何時候產(chǎn)生的力量都是一樣的,而且這個能量不會隨時間而改變。 因此,時間平移對稱性對應于能量守恒。 此外,空間平移對稱性對應于動量守恒,電荷共軛對稱性對應于電荷守恒。
然而,這些對稱性和守恒性能否推廣到微觀高速世界呢?不能
在微觀世界中,對于一個順時針旋轉的粒子來說,它的鏡像粒子從鏡子看來是逆時針旋轉的,但這種旋轉的所有規(guī)律都是相同的。 因此,鏡子內外的粒子是宇稱守恒的。 根據(jù)諾特定理,宇稱守恒對應于空間反射的不變性。
突破在于 theta 和 tau 介子。 這兩個介子的自旋、質量、壽命電荷等完全相同,因此它們很可能是同一個粒子。 然而,它們具有不同的衰減模式。 當θ衰變時,產(chǎn)生兩個π介子,τ衰變?yōu)槿齻€π介子,這表明它們遵循不同的運動定律。
大多數(shù)人認為θ和τ介子是兩種不同的介子,但楊振寧教授和李正道教授認為,τ和θ是完全相同的粒子(后來稱為K介子),只是在弱相互作用環(huán)境中,但它們的定律運動不一定完全相同。 通俗地說,如果這兩個相同的粒子在鏡子里互相看,它們的衰變方式其實在鏡內和鏡外是不同的。 “θ-τ”粒子在弱相互作用下是宇稱不守恒的。 并且很快就被吳健雄用實驗證明了。 實驗方法是:在極低溫度(0.01K)下使用強磁場,使一組裝置中的鈷60核的自旋方向向左轉向,另一組裝置中的鈷60核的自旋方向轉向左側。設置到右邊。 裝置中的鈷60是彼此的鏡像。 實驗結果表明,兩種器件中鈷60發(fā)射的電子數(shù)量相差很大,而且電子發(fā)射方向也不對稱。 實驗結果證實了弱相互作用中宇稱不守恒。
宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)并不是孤立的。
在微觀世界中,基本粒子具有三種基本對稱模式:一是粒子和反粒子相互對稱,即粒子和反粒子的定律相同,稱為電荷(C)對稱; 另一種是空間反射對稱,即同一類型的粒子互為鏡像,其運動定律相同,稱為宇稱(P); 一種是時間反轉對稱性,即如果我們反轉粒子的運動方向,粒子的運動是相同的,這就是所謂的時間(T)對稱性。
這意味著,如果你用反粒子代替粒子,左右交換,并逆轉時間的流動,轉變后的物理過程仍然會遵循相同的物理定律。
然而,自從宇稱守恒定律被李政道和楊振寧打破后,科學家們很快就發(fā)現(xiàn)粒子和反粒子的行為并不完全相同。 正是由于物理定律的輕微不對稱,粒子的電荷(C)不對稱,導致大爆炸之初產(chǎn)生的物質略多于反物質。 大部分物質和反物質都湮滅了,剩下的物質形成了我們今天所知的世界。
如果物理定律嚴格對稱,宇宙和我們人類就不會存在。 大爆炸之后,應該誕生了等量的物質和反物質。 然而,當物質和反物質相遇時,它們就會立即湮滅。 那么,星系、地球、甚至人類都將沒有機會形成。
時間本身不再具有對稱性
例如,一對光子的碰撞產(chǎn)生電子和正電子,正電子和正電子的碰撞也產(chǎn)生一對光子。 這兩個過程都符合基本物理定律,并且在時間上是對稱的。 如果用攝像機捕捉其中一個過程然后回放,觀看者將無法分辨磁帶是向前還是向后播放——從這個意義上說,時間就沒有方向了。
然而,1998年,首次在微觀世界發(fā)現(xiàn)了違反時間對稱性的事件。 歐洲原子能研究中心發(fā)現(xiàn),正負K介子的轉換過程存在時間不對稱性:反K介子轉換成K介子的速率快于逆過程,即轉換過程K介子轉變?yōu)榉碖介子。 這意味著微觀世界的時間反演不變性并不總是有效,這意味著微觀世界的能量守恒定律沒有對稱性基礎,不再守恒。
這也從能量的角度解釋了大爆炸:宇宙起源于奇點,奇點宇宙符合微觀世界的規(guī)律,因為奇點宇宙具有時間不連續(xù)性和不對稱性,從而導致了宇宙的不守恒。能量并產(chǎn)生我們的宇宙。
粒子世界物理定律的對稱性全部破缺,世界本質上被證明是不完美和有缺陷的。 宇宙之所以被創(chuàng)造,是因為它是不完美且有缺陷的。 整個宇宙和人類都是從這種對稱性缺陷中誕生的。
也許絕大多數(shù)宇宙都是完美的并且完全湮滅了。 但只有我們的宇宙是不完美的,所以不完美的我們誕生了。
題外話:李教授和楊教授的理論具有開創(chuàng)性。 自他們的工作以來,科學已經(jīng)回答了宇宙如何形成的核心世界觀問題。 牛頓的“第一推”未能給出答案,愛因斯坦的相對論只提供了工具,霍金只提出了大爆炸的必然圖景,而李楊的理論真正觸及了宇宙的成因。 這就是為什么李和楊在1956年發(fā)表了他們的成果,并在1957年獲得了諾貝爾物理學獎。一個科學理論在發(fā)表后的第二年就獲得了諾貝爾獎,這是史無前例的。