遲到的科普:宇稱不守恆定律

2020-12-04 覃楓

大家好,我是冷言。

在幾個月之前,冷言曾經說過要做一期關於諾貝爾物理學獎的科普,就是把歷年來的諾貝爾物理學獎全部用通俗易懂的話講一遍。

大概做到第八期的時候就是1908年的諾貝爾物理學獎,讓冷言有一種無話可說的感覺。因為那部分物理,在冷言學理論物理學的時候沒有很重要的提及,只是作為一種興趣去查看冷言比較了解是天體物理以及微觀物理。所以就有點講不下去。(自學能力超強的冷言是可以看懂那些物理也可以應用在某些方面。但是沒辦法做到用通俗易懂語言講出來。)

所以諾貝爾物理學獎科普系列已經拖更很久了,加上最近有講到楊振寧先生的宇稱不守恆定律。所以今天冷言就來講一下,什麼是宇稱不守恆定律。

宇稱不守恆定律的逼格非常高冷言暫時不想講專業講法了,想知道專業講法的請自行百度。

在弱相互力作用下的粒子中有些粒子被我們稱之為鏡像粒子。在以前的理論認為鏡像粒子運動變化都是守恆的。依照我們現實生活中的話來講就是:你對著鏡子吹氣球,你現實生活中把氣球吹多大那麼鏡子中的氣球自然就有多大。雖然說鏡中氣球的影像與你吹的氣球影象是相反的,但是並不妨礙這種對稱性的存在。也就是說以前的理論認為鏡像粒子的運動變化永遠守恆的。

而宇稱不守恆定律講的是這些鏡像粒子的運動變化不一定是守恆的。繼續用氣球舉例子:如果依照宇稱不守恆定律作用,你吹氣球會發現你吹的氣球越大,可能鏡子中的氣球會越小。也可能越來越大。(比你吹的氣球更大)

總而言之宇稱不守恆定律講就是在弱相互作用力下的一些微觀粒子,這些粒子的運動變化是不一樣的。

再舉一個更加通俗易懂的例子:假設你有一個鏡像人。你和鏡像人除了位置相反以外沒有其他不同點。依照傳統理論,你們兩個的性質是一樣的,你去跑500米減肥減了1斤,她去跑500米減肥也應該減了1斤。但是宇稱不守恆定律講的就是你去減肥跑500米可能瘦了1斤,但她(他)可能會瘦十斤。

宇稱不守恆定律大概就這個樣子。(因為宇稱不守恆定律的逼格實在太高,冷言很少能找到比較好舉例的方法,因為牽涉到太多定律如果有哪位專業人士覺得冷言說的不是很對,還你在評論區告訴冷言。)

講完這期關於諾貝爾物理學獎的科普冷言要接著前幾天說的回憶一下霍金先生的《時間簡史》了。(諾貝爾物理學獎系列的科普,以後仍然會慢慢更新。)

最後問大家個問題:讓你整天面對這些高深的理論物理學你會感到枯燥嗎?歡迎在評論區留言。

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    不過楊振寧和李政道不一樣,他們極具批判精神,居然敢挑戰我們的「守恆」定律,因為一旦弱力下做「鏡像操作」如果物理規律不變,那麼必然會得出結論「宇稱守恆」。楊振寧的研究領域恰好是微觀領域,在當時的微觀世界有一個實驗非常奇怪,那就是著名的「θ-τ介子謎團」。
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  • Nature封面「撼動宇宙的粒子」證明宇稱不守恆或揭開宇宙最大謎團
    但最新的數據表明,中微子比反中微子有更高的振蕩概率,這種區別可以用宇稱不守恆來表示。宇稱不守恆,是粒子物理學中的一個術語。它說明在一個物理過程中的宇稱對稱被破壞了。實驗中,如果宇稱守恆,則表明中微子和反中微子行為相同,按道理實驗將會檢測到大約68個電子中微子和20個電子反中微子。
  • 諾獎無法衡量,宇稱不守恆只排第三,楊-米爾斯理論到底多厲害?
    楊振寧和李政道在1956年6月的論文中提出了宇稱不守恆,1957年諾獎就頒發給了他們!如此快速是因為宇稱不守恆顛覆了科學們一貫以來對科學規律的認知!諾特定理描述的守恆定律和對稱性一一對應,每一個守恆定律都和對稱相對應,比如角動量守恆與旋轉對稱,能量守恆和時間平移守恆等等,只要發現了新的守恆量,那麼就會發現一個新的對稱!因此守恆與對稱就成了科學家們的信仰,就像堅信能量守恆一樣!
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    弱力的手性表現為弱相互作用過程中的宇稱不守恆。要知道什麼是宇稱不守恆,首先必須了解什麼是宇稱。通俗地講,宇稱就是讓微觀粒子及其運動變化過程照鏡子,宇稱不守恆就是微觀粒子的運動規律在鏡裡和鏡外不一樣。        宇是上下四方所有的空間。學過物理的人都知道,研究物體的運動首先要建立坐標系,以確定物體在空間的位置。
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    然而,有點不對勁:鐘錶在逆著走,汽車在道路上逆行,你看的故事也是從後往前寫的。突然間你意識到:原來你在看的是自己的鏡像。這個鏡子另一端的離奇世界在你看來或許非常不真實。而利婭·布魯薩爾(Leah Broussard)認為,一個一切都翻轉過來的平行宇宙很有可能存在。
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    楊振寧和李政道為解決粒子物理學的τ-θ之謎,在1956年提出弱相互作用下宇稱不守恆設想,並給出了幾種實驗驗證方案。1957年初,實驗證實在弱相互作用下宇稱的確不守恆,頓時引起了巨大轟動,當年他們就獲得了諾貝爾物理學獎。