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“镜子中的你和现实不同”【转藏】

“镜子中的你和现实不同”

《宇称不守恒》

诺贝尔奖一直都是诸多科学家穷极一生追求的目标,而杨振宁却在35岁那一年就获得了诺贝尔奖,虽然当时的他已经加入了美国籍,但是全球的华人听闻此消息依旧十分的骄傲。

杨振宁与诺贝尔金质奖章

那么,杨振宁到底因为什么获得了诺贝尔奖呢?

其实很简单,只因他发现了“镜子中的你和现实不同”。接下来,就让我们走近杨振宁的传奇人生,看看他开创性的发现到底带来了怎样的影响。

镜子中的自己不是本人?

杨振宁的传奇人生

从二十世纪开始,人类历史上出现了诸多大有作为的科学家,他们在探索中不断进取,以全新的研究成果作为“武器”,发起了新的物理学革命,从根本上动摇了前辈们建立的“经典物理学大厦”,带着人们走向了世界的新纪元。

在这一次革命的过程中,人类的研究聚焦到了微观世界。而在微观领域的研究当中,有这样一个人大放异彩,成为了近代科学产生以来,继牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦等人之后的杰出物理学家,他就是杨振宁

中国科学院院士杨振宁

杨振宁出生于1922年,自幼就十分聪慧,并且受到父亲的影响,对复杂的理科十分感兴趣。他的父亲杨武之是著名的数学家,得意门生正是被誉为中国现代数学之父的华罗庚

不过,杨振宁并未选择师从父亲,做一位数学家,而是毅然决然地走上了物理学的研究道路,并且获得了极高的成就

杨振宁一家的照片

之所以说杨振宁的人生颇具传奇意味,是因为他获得诺贝尔奖的时候太年轻了。要知道,按照诺贝尔奖评奖委员会的行事作风,一般都是要再三考察才会确定是否授予奖项,就连爱因斯坦的诺贝尔奖都是迟了十几年才发到手,并且他还不是因为相对论获奖的

但杨振宁自发表相关论文,到1956年时参加罗彻斯特会议,做了引导性的报告。再到第二年10月的时候,诺贝尔奖就已经颁发了。这个“高速认可”,确实让人很震惊

在诺贝尔颁奖典礼上的杨振宁

此外从杨振宁的获奖情况来看,在获得诺贝尔奖之后,他的学术研究道路才算真正开始。更重要的是,作为学术界泰斗的杨振宁,身体还是非常健康的,如今已经放弃了美国国籍成为了中国公民,历尽千帆回到了故里。

那么,让杨振宁在如此年轻时就能获得诺贝尔奖的发现到底是什么?

回到祖国后的杨振宁

“宇称不守恒”

这一发现其实就是宇称不守恒,大家可能会说,明明每个字都认识,组合在一起反倒不知道在说什么。要说起宇称不守恒,我们得先说说“对称性”在物理学领域的重要性

物理学大师费曼曾经说过,如果让他选择一句话来概括现代科学最重要的发现,他会选 “世界是原子组成的”。许多当代著名物理学家认为,如果有机会再选一句,那么所选的将是“对称性是宇宙规律的基础”。

宇宙的一切事物都是充满对称性的?

宇称本身就是一种对称性,不过物理学家要寻找的对称性可是与宇宙基本规律相关的,因此大家在理解物理的宇称性时,可别就简单将其当对称图形理解了,而是要要从物理学的角度出发。

简单来说,物理的对称指的就是某一个定律在某些点操作下保持不变,具有“肯定性”,毕竟物理学当中最讨厌的就是模棱两可。

对称性是宇宙规律的基础吗?

在这种设定之下,牛顿定律、相对论以及量子力学等等都符合物理定律的对称性。因此,物理学领域许多的规律就像是人在照镜子一样,虽然镜中所展现的自己是站在对立面的,但是本质却还是一样的。就这样,宇称成为了描述基本粒子的一个物理量

套入镜中人观点来理解的话,那就是物理定律在经过镜面反射的对称处理之后依旧保持不变,换言之,镜中的世界与镜外的世界遵循着同样的物理定律,这一点不少人在论述平行世界的时候也有提到。

镜面反射现象使人能在镜中看见自己

总的来说,在杨振宁提出自己的发现之前,物理学界一直认为任何物理定律都具备对称性,包括微观世界的基本粒子也一样。而且四大基本相互作用力当中,电磁力、引力和强力都具备“宇称不变性”,除了弱力。

大部分物理学家此前都将宇称不变性和时间平移不变、空间平移不变、旋转不变等一同视为基本规律,哪怕实验当中出现了违背这一规律的情况,大家也不会去质疑规律错了,而是怀疑是其他原因造成的。

可是,杨振宁和李政道却没有这样做,他们对物理学当中最基本的规律发起了挑战。

杨振宁(左)与李政道(右)

没错,二人发现θ和τ这两个粒子虽然电荷、自选和质量都一样,但是衰变之后的结果却不同。最后不少人都认为这是因为二者的宇称数不同,所以并非是一种粒子。

可是杨振宁确认为,恐怕不是粒子除了问题,问题的本身就在“宇称守恒”身上。因此,他们交流了自己的看法,认为将原子核黏在一起的是强力作用,但是发生衰变却是弱力,如果分别而论的话就能得出这样的结论,即宇称在强相互作用中是守恒的,弱相互作用中却不是,这就是“宇称不守恒”,也被不少人比作“镜子中的你和现实不同”。

四大基本相互作用力

值得一提的是,其实在那时候也有别的人对“宇称守恒”提出过质疑,但是他们并未做相关实验证明这件事,或者说也不太愿意挑战物理学的“权威定律”。

但杨振宁和李政道就在被誉为“东方居里夫人”吴健雄的帮助下得到了实验证明,测量了一束钴-60衰变放出的电子方向,证明了宇称在弱相互作用下确实不守恒

吴健雄(左)与李政道(右)

由此可见,杨振宁能够在这么年轻的时候就获得诺贝尔奖,是因为他的发现对于物理界的影响深远。因为这是基本定律,所以对物理学的各方面都有重要的作用,而“宇称不守恒”被证实,就使得各领域掀起了新的验证革命。

如果大家还是无法理解的话,不妨就想象一下,如果有一天圆周率被算尽了,数学界将会迎来怎样的波动,杨振宁的发现在物理学领域不亚于圆周率被算尽

已被算到62.8万亿位的圆周率

那么,宇称不守恒的发现在后来究竟带来了怎样的影响呢?

宇称不守恒带来的影响

从根本上来说,宇称不守恒开创了研究对称破缺的新纪元。在这之前,物理学的一切定律都是建在对称的基础上的,而宇称不守恒就为这一基础再加上了另一个条件,那就是它们偶尔也会出现残缺性

物理的定律并不是永恒不变的

其实这就相当于爱因斯坦对牛顿绝对时空论的批判,真正开创时代的科学家,从来不会因为某种东西在领域内显得十分重要,就去忽视它本身就带有的问题。事实上,宇称守恒这种“绝对性”的论述,使得人类在探索的过程中错失了许多关键信息。

因此,宇称不守恒的发现不仅开启了粒子中对称及破缺的研究,还涉及到了相互作用之间的对称性及破缺、泛理论和一般的对称性及破缺等多种研究

宇称不守恒定律示意图

实际上,当我们回顾中国古代文化的时候,就会发现,古人早就对“对称与破缺”进行论述了。

比如在易经当中,阴阳是对称的,而阴阳转化就可以被视作是对称破缺。孔子表述的“性相近”是对称,“习相远”则是对称破缺。此外,还有许多类似的例子。这都证明了世上没有绝对的对称与平均,因为人的能力天生就不一样。

就像雨果所说的,“全部社会问题可以概括为生产财富和分配财富,最起码的平等是公平合理”。完全平等的分配是对称的,但这取消竞争,扼杀生产。而创造和生产财富则是一种对称破缺。人类社会的理想就是一种对称及其破缺的平衡。”

对称性与对称性破缺都是宇宙的基本特性
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