總結如下:
空間反轉后,如果數學公式不變,則為宇稱守恒;
如果數學公式改變,則奇偶校驗不守恒。
有興趣的朋友可以去首頁看看昨天的文章。
正文開始。
當所有物理定律在空間反轉時,數學公式保持不變,是宇稱守恒,但弱力是個例外。
為什么弱力宇稱不守恒?
這就不得不提到楊振寧先生和李政道先生。
重大科研項目從發現到獲得諾貝爾獎平均滯后時間為25年。 然而宇稱不守恒在1956年提出,1957年諾貝爾物理學獎立即頒給他們,速度極快。
根據諾特定理:連續對稱性與物理學中的守恒定律一一對應。
換句話說,每個守恒定律都對應于連續對稱性。
例如,能量守恒對應于時間平移不變性;
動量守恒對應于空間平移不變性;
角動量守恒對應于旋轉不變性。
這個定理非常重要。 它是現代物理學的燈塔。 宇稱不守恒之所以能夠震動整個物理世界,就是因為弱力打破了這個定理。
根據吳健雄的鈷60>衰變實驗,在弱力β衰變(符號讀β)下,兩組器件中鈷60發射的電子數量相差很大,而且電子發射的方向不能互斥。 對稱。
那么什么是弱力呢?
弱力是導致放射性核衰變的力。 在原子核中,中子轉變為質子,質子通過弱力轉變為中子。 這一點在之前的文章中已經詳細討論過,這里不再重復。
回到正題。
為什么弱力宇稱不守恒?
這首先需要介紹一下旋轉。
上圖顯示地球向右旋轉。 空間折疊反轉后會向左旋轉,就像中間有一面鏡子一樣,所以奇偶校驗的左手變換是右手變換。
在微觀世界中,夸克、電子和光子都在自旋,并且它們是50%左旋、50%右旋、各一半。 然而實驗發現,中微子只能左旋,不能右旋。
我們知道,下夸克通過弱力可以變成上夸克+電子+中微子。 夸克電子有50%是左旋電子,50%是右旋電子,但中微子只能是100%左旋電子。
舉個簡單的例子,50%的男人+50%的女人生了一堆孩子。 夸克和電子是正常的,50%是男孩,50%是女孩。 然而,中微子中只有男孩,沒有女孩。 最終,男性將多于女性,男性和女性之間將不再有差異。 平衡后,左手和右手旋轉的總數相差很大。
換句話說,奇偶性不守恒。
左旋和右旋本質上是空間和時間的關系,所以宇稱不守恒的原因是中微子只能向左旋轉而不能向右旋轉。
為什么中微子只能向左旋轉?
因為弱力是左手性的,所以只有向左旋轉的粒子才能參與弱力,向右旋轉的粒子不受弱力的影響。
弱力是左手,這一點非常重要。 這也解釋了為什么在諾特定理的光環下,全世界那么多物理學家都沒有發現宇稱不守恒,卻把這個成名的機會給了年輕的楊振寧。 還有李政道。
即使別人想驗證宇稱是否守恒,很多諾貝爾獎得主物理學家也會公開反對,甚至以打賭的形式捍衛宇稱守恒,比如費曼(1965年諾貝爾物理學獎)、蘭道(1965年諾貝爾物理學獎) 1962)、被稱為“上帝之鞭”的泡利等。原因是當時沒有人發現弱力是左撇子。
事實上,我們不能責怪他們。 諾特定理太完美了。 似乎宇宙就應該是這樣的。 不保守就會打破人們心中的完美。
因此,在過去所有的β衰變實驗中,實驗結果與β衰變宇稱是否守恒無關。
也就是說,過去涉及弱力的β衰變實驗中,即使宇稱不守恒,也不會影響結果。
這實在是出乎我的意料。 對于這個結果,楊振寧后來描述道:長期以來,人們在沒有任何實驗依據的情況下,都相信宇稱在弱相互作用下是守恒的。 這是非常令人震驚的。
物理定律竟然對左旋轉和右旋轉有不同的旋轉規則,這極大地震驚了當時的物理學家。 這就是為什么宇稱不守恒僅僅一年就獲得了諾貝爾物理學獎。
為什么弱力是左撇子?
如果要追根究底的話,其實還沒有最終的答案。
我們宇宙的弱力是左旋力,或者可能存在右旋宇宙。
對稱性是諾特定理的靈魂,宇稱守恒之所以能登上神壇什么時候角動量守恒動量不守恒,也是因為諾特定理。
但不存在硬性規定,宇宙為所有法則留有被打破的空間。
1960年之前,物理學家認為物質和反物質除了電荷相反之外具有相同的性質。
例如,如果中微子是左旋的,那么反中微子也只能是左旋的。
但實驗發現不存在左手反中微子。 這打破了“電荷反轉對稱性”
1964年,物理學家還發現了“時間反轉不對稱性”
簡單來說,物質和反物質的K個介子可以相互振蕩、相互轉換什么時候角動量守恒動量不守恒,但轉換的速度不一樣,時間的長短也不同。
這一發現破壞了“物質和反物質的時間反演對稱性”,這一發現獲得了 1980 年諾貝爾物理學獎。
當宇宙爆炸時,產生的物質和反物質的數量是相同的。 如果自然法則完全對稱,那么所有物質和反物質都會湮滅成能量,宇宙就沒有物質,只有能量。
我們的宇宙之所以成為今天的樣子,是因為宇稱不守恒。
在大爆炸的那一刻,當物質和反物質相互轉化時,弱力在時間上是不對稱的。 正物質比反物質多十億分之一。 太陽和地球都是那十億分之一正物質的產物。
所以威克利是左撇子并不是一件壞事。
這篇文章有點長,看得出來大家都是人才。 我再多說幾句話來結束。
弱力使物質和反物質的電荷、空間和時間獨立地逆轉不對稱性。
不過,如果這三者倒置在一起,那就超級對稱了。 物理學家取這三個字母的第一個字母,并將其稱為 CPT 關節對稱性。
所有物理定律都是“CPT 嚴格對稱”。
為什么CPT是對稱的?
這個稍后再說,不然大家就得打瞌睡了。