物理学的宇称概念是什么意思

海云青飞 https://www.tuenhai.com 20190708

什么是物理学的宇称

宇称究竟是什么意思?网上不容易找到标准的定义。从字面看,宇称似乎和宇宙、对称有关,也许宇称是和宇宙中的微观粒子的对称性有关的概念

《手性探秘——粒子、生命和宇宙的不对称性》一书是这么说的 通俗地讲,宇称就是让微观粒子及其运动变化过程照镜子,宇称不守恒就是微观粒子的运动规律在镜里和镜外不一样

让微观粒子照镜子,镜外的左,在镜中就成了右,可见 宇称 指的是空间方位而不是宇宙,在中文中 字本来就有上下左右所有空间的意思,可见 宇称是和微观粒子空间对称性有关的概念

什么是宇称守恒、宇称不守恒

什么是宇称变换?宇称变换就是把微观粒子的空间轴都反向的操作

什么是宇称守恒?宇称变换后微观粒子的运动规律不变,就是宇称对称,也叫宇称守恒

什么是宇称不守恒?宇称变换后微观粒子的运动规律有变,就是宇称违背,也叫宇称不守恒

在四种基本相互作用中,引力、电磁力和强相互作用被认为是有宇称对称性(parity symmetry)的,而弱相互作用已经被证明存在宇称违背(parity violation)的情况

宇称守恒与物理规律的空间稳定性

在宇宙中宇称守恒似乎是主旋律,对于非物理爱好者来说,宇称守恒不是一个直观的概念,理解起来有一定难度,你可以近似地把宇称守恒简化成物理规律的稳定性

在宇宙的任何空间位置,物理规律都保持不变,这是物理规律的空间稳定性,空间的稳定性也就是时间的稳定性,这并不难理解,比如说金子极不易生锈,这是金子某方面的空间稳定性,同时也说明了若干年后,金子还是不易生锈,这是金子的时间稳定性

空间决定了时间,理解了空间也就理解了时间,这样处理以后,我们理解事物的复杂度就降低了,使我们更加容易抓住事物的本质

空间和时间其实是不可能严格分开,我们在当下思考、比较事物的空间性的过程就是时间的过程,空间决定了时间 其实是 根据短暂时间里的空间可以判断长远时间的空间,于是,从短暂时间的空间稳定性可以判断长远时间的空间稳定性,这样表达有些复杂

三种守恒定律

物理学中有许多守恒定律,为什么会存在这么多守恒定律?经过长时间的探索,科学家终于明白了,守恒定律成立是因为对称性,对称性产生不变性,所谓不变性指的是描写物理规律的数学方程在某种对称性操作下的不变性,数学方程不变导致了守恒定律

  • 空间平移不变性导致动量守恒定律
  • 时间平移不变性导致能量守恒定律
  • 空间旋转不变性导致角动量守恒定律

海云青飞 https://www.tuenhai.com 认为以上三种物理学的守恒定律可以简化为空间守恒,前二种本来是就是空间守恒,空间守恒说明空间很稳定,这就说明空间不容易随着时间产生变化,于是空间守恒决定了时间守恒

宇称不守恒有什么意义,宇称不守恒理论的哲学解释

人类是地球表面的万物之灵,表现在人类大脑发达,人类中的佼佼者并不满足于知道宇宙的事实,他们还要探索宇宙为什么有这个事实,他们总是在探索更加本质的答案

关于宇称守恒和宇称不守恒,更深层次上说明了什么?这个问题恐怕只有生而为真理的 海云青飞 才能回答

我们这个宇宙,不稳定性是绝对的,稳定性是相对的

前面我说过,宇宙是引力宇宙和斥力宇宙动态争斗的结果,我把引力宇宙称为正宇宙,斥力宇宙是负宇宙,既然正宇宙和负宇宙在争斗,那么二者是不可能达到绝对的平衡的,所以宇宙的不稳定性是绝对的,宇宙的稳定性是相对的

宇宙是处在进化过程中的,目前来说,正宇宙和负宇宙的争斗基本达到了平衡,人类进化程度还很低,从人类的科学手段的检测精度来说,人类检测不到一些物理现象的不稳定性,这是物理学的一些守恒定律的由来,如果人类进化了,实验检测手段的精度有了极大进步,那么会发现宇宙中不存在守恒定律,勉强能说的是大约守恒

不需要到人类进化以后,我们现在就可以知道物理定律是不守恒的,目前观测宇宙处在膨胀中,甚至是加速膨胀,这说明空间其实是不稳定的。但是在局部来说,比如在地球上,人类的技术手段很难检测出空间膨胀对实验的影响,再加上科学家忘记了宇宙处在膨胀中,因此他们认为物理学的一些守恒定律是成立的

即使我们立脚的地球也处在膨胀中,守恒定律是不可能成立的,只能说对于人类低下的技术检测手段来说可以认为守恒定律成立

54 宇称是什么?

《你知道吗?——现代科学中的100个问题》

阿西莫夫著 暴永宁等译 碧声扫 https://www.tuenhai.com 整理

假定我们把每一个亚原子粒子都挂上标签:要嘛是A,要嘛是B,二者必居其一。现在再进一步假定,一个A粒子只要分裂成两个粒子,这两个粒子要不是统统属于A类,就必定统统属于B类。这时我们可以写出A=A+A或A=B+B。一个B粒子如果分裂成两个粒子,这两个粒子当中总是有一个属于A类,另一个则属于B类,所以我们可以写出B=A十B

你还会发现另一种情形:如果两个粒子互相碰撞而分裂成三个粒子,这时你就可能发现A+A=A+B+B或A+B=B+B+B

但是,有些情形却是观察不到的。例如,你不会发现A+B=A+A或A+B+A=B+A+B

这一切是什么意思呢?好吧,让我们把A看作2,4,6这类偶数当中的一个,而把B看作3,5,7这类奇数。两个偶数相加总是等于偶数(6=2+4),所以A=A+A。两个奇数相加也总是等于偶数(8=3+5),所以A=B+B。但是,一个奇数和一个偶数之和却总是等于奇数(7=3+4),所以B=A+B

换句话说,有些亚原子粒子可以称为“奇粒子”,另一些亚原子粒子可以称为“偶粒子”,因为它们所能结合成的粒子或分裂成的粒子正好与奇数和偶数相加时的情况相同

当两个整数都是偶数或者都是奇数时,数学家就说这两个整数具有“相同的奇偶性(宇称)”;如果一个是奇数,一个是偶数,它们就具有“不同的奇偶性(宇称)”。这样一来,当有些亚原子粒子的行为象是奇数,有些象是偶数,并且奇数和偶数的相加法则永远不被破坏时,那就是过去所说的“宇称守恒”了

1927年,物理学家魏格纳指出,亚原子粒子的宇称是守恒的,因为这些粒子可以看作是具有“左右对称性”。真有这种对称性的东西与它们在镜子里所成的像(镜像)完全相同。数字0和8以及字母H和X都具有这样的对称性。如果你把8,0,H和X转一下,让它们的右边变成左边,左边变成右边,那么,你仍旧会得到8,0,H和X。字母b和p就没有这种左右对称性。要是你把它们转个180°,b就会变成d,p就变成q——成为完全不同的字母了

1956年,物理学家李政道和杨振宁指出,在某些类型的亚原子事件中宇称应该不守恒,并且实验很快就证明他们的说法是对的。这就是说,有些亚原子粒子的行为好象它们在某些条件下是不对称似的

由于这个原因,人们研究出了一个更普遍的守恒律。在一个特定粒子不对称的地方,它的反粒子(即具有相反的电荷或磁场)也是不对称的,但两者的模样相反。因此,如果粒子的形状象p,它的反粒子的形状就象q

如果把电荷(C)和宇称(P)放在一起,就能建立一条简单的法则,来说明哪些亚原子事件能够发生,哪些亚原子事件不能够发生。这个法则称为“CP守恒”

后来,人们又明白了,为了使这个法则真正保险,还必须考虑到时间(T)的方向;因为一个亚原子事件看起来既可以是在时间中向前推进,也可以是在时间中向后倒退。添上时间以后的法则称为“CPT守恒”

近来,就连CPT守恒也成问题了,不过到底怎么样,目前还没有得出最后的结论

译注:到目前为止,所有的实验仍证明CPT是守恒的

阿西莫夫《你知道吗?——现代科学中的一百个问题》科学普及出版社 1984年

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