杨振宁的宇称不守恒理论如何通俗理解?有什么实际应用?

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杨振宁的宇称不守恒理论如何通俗理解?有什么实际应用?:导读:杨振宁的理论有哪些实际的应用?听听大家怎么说。1、物理学从伽利略牛顿开始,演化出各类应用技术

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导读:杨振宁的理论有哪些实际的应用?听听大家怎么说。

1、物理学从伽利略牛顿开始,演化出各类应用技术,诸如机械、化工等,最后麦克斯韦把电学和磁学一举拿下,所有理论归于一统。这就是“经典物理学”。

后来人算不如天算,爱因斯坦一众人借着“两朵乌云”把经典物理大厦强拆了,随后出现了两条岔路:量子力学和相对论,这就是“现代物理学”的起点。

物理学开始流传一个传说,只要统一了“四大基本力”,就能重建物理学大厦。四大基本力,简单来说就是:电磁力、弱力、强力、引力,据说这四个家伙包含了宇宙间一切作用关系。

狄拉克,把狭义相对论引入量子力学,将薛定谔方程进化成狄拉克方程,创立量子场论,把电磁力和带电粒子之间的关系全整明白了,顺手预言了反物质的存在。

老杨在这个时间点登场了,左手先来一个“杨-米尔斯理论”,右手再来“宇称不守恒”的慢动作,唱出一首惊才艳绝的“规范场论”,一举解决电磁力和弱力统一,史称“电弱统一”。按照老杨的思路,大家整出了“标准粒子模型”,把粒子产生的机制,粒子之间的强力、弱力、电磁力这三种作用关系都弄明白了,这基本就可以解答“物质是什么”这个近似于哲学的概念了。现代物理基本就走到了顶点。

老杨因此一举封神,成为科学史上,继一牛二爱三麦之后,坐五望四的存在。

什么是高科技

举个我们国家的例子说明问题,都说航空发动机是工业皇冠上的明珠,那到底“明珠”在哪?那代表一个国家最高的科技实力。

虽然发动机结构设计复杂,制造难度刁钻,但这种难度无法与材料相比。很多同学就不信邪了,为啥材料这么难?这还不是人类科技太落后,什么都要靠试验,只能通过一次一次试验,才能找到最优方案。

类似的,F16的发动机图纸,早早就有了;中科院可以扫描出最先进芯片上所有的设计细节;如此等等。唯独材料,死死卡在瓶颈上!我国比美国落后,最大大部分的原因,就在于所谓的核心技术,归根结底,就是材料!

学术点说,就是我们搞不懂让不同的原子按照特定的规律排列。

新材料技术和量子力学

说到这里,有悟性的同学应该已经知道知识点了。以老杨理论为基础开发的标准粒子模型,就是人类解决材料问题的终极钥匙啊!你如果基本粒子特性都搞掂了,什么材料不是手到擒来?

2、杨振宁是爱因斯坦之后最杰出的几位物理学家之一,也是当今最伟大的物理学家。1994年杨振宁因杨-米尔斯理论获鲍尔奖时,授奖词中称赞他的工作排在了牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦的工作之列。

牛顿的理论早就投入到生产应用,第一次工业革命的最主要技术来源就是牛顿力学。第二次产业革命的诞生与完整的经典电磁理论的建立有着密切的关系。爱因斯坦的相对论也早已投入到技术领域,科学家们根据相对论的计算设计制造出大型加速器,根据相对论的计算为导航卫星进行时间修正,质能方程为人类提供了核能。这些建立在伟大科学理论基础上的技术应用极大地改变了人类的生活。

若是问杨振宁的理论促使了哪些技术的出现并改变了人类的生活?目前看他的最杰出的一些成就还没有投入到技术应用领域,但这并不妨碍杨振宁是伟大的科学家。并且,伟大的理论往往都有这样的特点,那就是在理论刚问世时,并不能看到未来会有什么样的应用。一个非常有名的例子是法拉第根据电磁感应现象发明了发电机,在法拉第展示发电机时,有贵妇问他发明的那玩意能有什么用?法拉第反问:“夫人,刚生下的婴儿能有什么用?”

杨振宁的最重要成就是在粒子物理与场论领域中,弱相互作用下宇称不守恒让他拿到了诺贝尔奖,规范场理论孕育出弱相互作用、电磁相互作用、强相互作用的统一,大显神威的粒子物理的标准模型就是在杨振宁的理论框架下完成的。

把几种相互作用统一到一起能有什么用?找到各种粒子相互作用以及转化的规律会诞生怎样的技术应用?不论哪位科学家都不可能给出明确的回答,因为这样的问题太超前了,人类目前尚无能为力,就像牛顿在给出他的理论时不会想到今天会有成百上千颗卫星在太空为人类服务。

3、物理学家分为两种,一种是理论物理学家,人数不多,因为与实用离得太遥远。另一种是实验物理学家,其学术成果都可以直接实用。如丁肇中以及李政道在瑞士的欧洲大型对撞机那里,长期从事基本粒子的实验,发现了中子、质子、夸克等等。更多的发明和发现,是实验物理学。实验物理学家也是很懂理论的,杨振宁的获奖论文就是与李政道合著的,两人分享了1957年的若贝尔物理奖。

所谓理论物理学,就是脑袋里理想化,抽象化的东西,如果不经过实验或实践的检验,那基本上就是个屁,牛顿的理论被颠覆得有点多。事实上,理论物理学家要看实验报告,在实验结果的基础上,推演理论。没有实验物理学,理论就是空中楼阁,水中月亮。实践是检验真理的唯一标准。

中国的老子李耳,就是个理论家,很玄乎,所以老子的理论叫作玄学。老子说:三十辐共一毂,当其无,有车之用。

难道能说是老子让高铁在大地上奔驰的吗?难道能说是嫦娥让登月的吗?

玄学当然不是实证科学,玄学可以不要严格的,标准的论证程序和方法。老子连论题都可以不确定,甚至连道的概念都可以不确定。老子开篇说:道可道,非常道。名可名,非常名。道的内涵和外延并没有界定。

中国的火箭导弹是钱学森主持搞的,钱学森是空气动力学家。但是,钱学森一个人是搞不出来的,还需要各个方面专家的合作,如材料、燃料、电气、遥感、控制、弹道等等。

人造卫星太复杂,有千万个零部件,绝对需要各方面科学家的合作,缺一个都不行。GPS是全球卫星定位系统,光卫星就多达近百颗,爱因斯坦用不着懂无线电学,或者材料学与信息学。

所以,把人造卫星的功劳归于牛顿,把GPS的功劳归于爱因斯坦,都是荒唐可笑的。杨振宁和李政道的宇称不守恒,到目前为止,尚没有任何实际和实用的价值。请注意!宇称不守恒不是杨振宁一个人提出来的,刻意省略李政道有点不道德。事实上,1950年代,物理学界热议宇称守恒或不守恒,李杨二人主张不守恒,并且用论文予以论证。

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导读:本章摘自独立学者灵遁者量子力学科普书籍《见微知著》。此文旨在帮助大家认识我们身处的世界。世界是确定的,但世界的确定性不是我们能把我的。杨振宁,李政道,吴健雄三个人打破人们对“宇宙守恒”固执印象!这是中国人的骄傲!

物理定律的守恒性具有极其重要的意义,有了这些守恒定律,自然界的变化就呈现出一种简单、和谐、对称的关系,也就变得易于理解了。所以,科学家在科学研究中,对守恒定律有一种特殊的热情和敏感,一旦某一个守恒定律被公认以后,人们是极不情愿把它推翻的。

因此,当我们明白了各种对称性与物理量守恒定律的对应关系后,也就明白了对称性原理的重要意义,我们无法设想:一个没有对称性的世界,物理定律也变动不定,那该是一个多么混乱、令人手足无措的世界!

灵遁者物理科普书籍《见微知著》在灵遁者淘宝有。

诺特定理将物理学中“对称”的重要性推到了前所未有的高度。不过,物理学家们似乎还不满足,1926年,有人提出了宇称守恒定律,把对称和守恒定律的关系进一步推广到微观世界。 这就是一开始为什么说宇称的基础是诺特定理!

让我们先来了解一下“宇称守恒”的含义。“宇称”,就是指一个基本粒子与它的“镜像”粒子完全对称。人在照镜子时,镜中的影像和真实的自己总是具有完全相同的性质——包括容貌、装扮、表情和动作。同样,一个基本粒子与它的“镜像”粒子的所有性质也完全相同,它们的运动规律也完全一致,这就是“宇称守恒”。

假如一个粒子顺时针旋转,它的镜像粒子从镜中看起来就是逆时针旋转,但是这个旋转的所有定律都是相同的,因此,镜内境外的粒子是宇称守恒的。按照诺特定理,与空间反射不变性(所谓空间反射,一般指的是镜像)对应的就是宇称守恒。

在某种意义上,我们可以把同一种粒子下的个体粒子理解成彼此互为镜像的,例如,假设一个电子顺时针方向自旋,另一个电子逆时针方向自旋,一个电子就可以把另一个电子当成镜像中的自己,就像人通过镜子看自己一样。由此推断,根据宇称守恒理论,所有电子自身环境和镜像环境中都应该遵循同样的物理定律,其他粒子的情况也是如此。

听起来,所谓的“宇称守恒”似乎并没有什么特别之处,至少在1926年之前,早已有人提出了牛顿定律具有镜像对称性。不过,以前科学家们提出的那些具有镜像对称的物理定律大多是宏观的,而宇称守恒则是针对组成宇宙间所有物质的最基本的粒子。如果这种物质最基本层面的对称能够成立,那么对称就成为宇宙物质的根本属性。

事实上,宇称守恒理论的确在几乎所有的领域都得到了验证——只除了弱力。我们知道,现代物理将物质间的相互作用力分为四种:引力、电磁力、强力和弱力。在强力、电磁力和引力作用的环境中,宇称守恒理论都得到了很好的验证:正如我们通常认为的那样,粒子在这三种环境下表现出了绝对的、无条件的对称。

在普通人眼中,对称是完美世界的保证;在物理学家眼中,宇称守恒如此合乎科学理想。于是,弱力环境中的宇称守恒虽然未经验证,也理所当然地被认为遵循宇称守恒规律。

然而在1956年,两位美籍华裔物理学家——李政道和杨振宁——大胆地对“完美的对称世界”提出了挑战,矛头直指宇称守恒定律,这成为上世纪物理学界最震撼的事件之一。引发这次震撼事件的最直接原因,是已让学者们困惑良久的“θ-τ之谜”,它是宇称守恒定律绕不过去的坎。

20世纪50年代初,科学家们从宇宙射线里观察到两种新的介子(即质量介于质子和电子之间的粒子):θ和τ。这两种介子的自旋、质量、寿命电荷等完全相同,很多人都认为它们是同一种粒子。但是,它们却具有不同的衰变模式,θ衰变时会产生两个π介子,τ则衰变成三个π介子,这说明它们遵循着不同的运动规律。

假使τ和θ是不同的粒子,它们怎么会具有一模一样的质量和寿命呢?而如果承认它们是同一种粒子,二者又怎么会具有完全不一样的运动规律呢?

为了解决这一问题,物理学界曾提出过各种不同的想法,但都没有成功。物理学家们都小心翼翼地绕开了“宇称不守恒”这个可能。你能想像,一个电子和另一个电子的运动规律不一样吗?或者一个介子和另一个介子的运动规律不一样吗?当时的物理学家们可没这胆量。

1956年,李政道和杨振宁在深入细致地研究了各种因素之后,大胆地断言:τ和θ是完全相同的同一种粒子(后来被称为K介子),但在弱相互作用的环境中,它们的运动规律却不一定完全相同,通俗地说,这两个相同的粒子如果互相照镜子的话,它们的衰变方式在镜子里和镜子外居然不一样!用科学语言来说,“θ-τ”粒子在弱相互作用下是宇称不守恒的。

李政道和杨振宁的观点震动了当时的物理学界,他们在完美的物理学对称世界撕出了一个缺口!

在最初,“θ-τ”粒子只是被作为一个特殊例外,人们还是不愿意放弃整体微观粒子世界的宇称守恒。此后不久,同为华裔的实验物理学家吴健雄用一个巧妙的实验验证了“宇称不守恒”,从此,“宇称不守恒”才真正被承认为一条具有普遍意义的基础科学原理。

吴健雄用两套实验装置观测钴60的衰变,她在极低温(0.01K)下用强磁场把一套装置中的钴60原子核自旋方向转向左旋,把另一套装置中的钴60原子核自旋方向转向右旋,这两套装置中的钴60互为镜像。实验结果表明,这两套装置中的钴60放射出来的电子数有很大差异,而且电子放射的方向也不能互相对称。实验结果证实了弱相互作用中的宇称不守恒。

我们可以用一个类似的例子来说明问题。假设有两辆互为镜像的汽车,汽车A的司机坐在左前方座位上,油门踏板在他的右脚附近;而汽车B的司机则坐在右前方座位上,油门踏板在他的左脚附近。

现在,汽车A的司机顺时针方向开动点火钥匙,把汽车发动起来,并用右脚踩油门踏板,使得汽车以一定的速度向前驶去;汽车B的司机也做完全一样的动作,只是左右交换一下——他反时针方向开动点火钥匙,用左脚踩油门踏板,并且使踏板的倾斜程度与A保持一致。现在,汽车B将会如何运动呢?

也许大多数人会认为,两辆汽车应该以完全一样的速度向前行驶。遗憾的是,他们犯了想当然的毛病。吴健雄的实验证明了,在粒子世界里,汽车B将以完全不同的速度行驶,方向也未必一致!——粒子世界就是这样不可思议地展现了宇称不守恒。

三位华裔物理学家用他们的智慧赢得了巨大的声誉,1957年,李政道和杨振宁获得诺贝尔物理学奖,一项科学理论,在发表的第二年就获得诺贝尔奖是史无前例的。很遗憾的是,用精妙绝伦的实验证实了宇称不守恒的吴健雄一直没能获奖。

不过,究竟为什么粒子在弱相互作用下会出现宇称不守恒呢?根本原因至今仍然是个谜。

宇称不守恒的发现并不是孤立的。在微观世界里,基本粒子有三个基本的对称方式:

1、一个是粒子和反粒子互相对称,即对于粒子和反粒子,定律是相同的,这被称为电荷(C)对称。

2、一个是空间反射对称,即同一种粒子之间互为镜像,它们的运动规律是相同的,这叫宇称(P)。

3、一个是时间反演对称,即如果我们颠倒粒子的运动方向,粒子的运动是相同的,这被称为时间(T)对称。

这就是说,如果用反粒子代替粒子、把左换成右,以及颠倒时间的流向,那么变换后的物理过程仍遵循同样的物理定律。

但是,自从宇称守恒定律被李政道和杨振宁打破后,科学家很快又发现,粒子和反粒子的行为并不是完全一样的!一些科学家进而提出,可能正是由于物理定律存在轻微的不对称,使粒子的电荷(C)不对称,导致宇宙大爆炸之初生成的物质比反物质略多了一点点,大部分物质与反物质湮灭了,剩余的物质才形成了我们今天所认识的世界。

如果物理定律严格对称,宇宙连同我们自身就都不会存在了——宇宙大爆炸之后应当诞生了数量相同的物质和反物质,但正反物质相遇后就会立即湮灭,那么,星系、地球乃至人类就都没有机会形成了。

接下来,科学家发现连时间本身也不再具有对称性了!

可能大多数人原本就认为时光是不可倒流的。日常生活中,时间之箭永远只有一个朝向,“逝者如斯”,老人不能变年轻,打碎的花瓶无法复原,过去与未来的界限泾渭分明。不过,在物理学家眼中,时间却一直被视为是可逆转的。比如说一对光子碰撞产生一个电子和一个正电子,而正负电子相遇则同样产生一对光子,这两个过程都符合基本物理学定律,在时间上是对称的。如果用摄像机拍下其中一个过程然后播放,观看者将不能判断录像带是在正向还是逆向播放——从这个意义上说,时间没有了方向。

关于时间没有方向性的论述,我在《变化》中有过论述。大家可以去看看。

然而,1998年年末,物理学家们却首次在微观世界中发现了违背时间对称性的事件。欧洲原子能研究中心的科研人员发现,正负K介子在转换过程中存在时间上的不对称性:反K介子转换为K介子的速率要比其逆转过程——即K介子转变为反K介子来得要快。

至此,粒子世界的物理规律的对称性全部破碎了,世界从本质上被证明了是不完美的、有缺陷的。

当“宇称不守恒”在上世纪50年代被提出时,大多数人对“完美和谐”的宇称守恒定律受到挑战不以为然。在吴健雄实验之前,当时著名的理论物理学权威泡利教授甚至说:“我不相信上帝是一个软弱的左撇子,我已经准备好一笔大赌注,我敢打赌实验将获得对称的结论。”然而,严谨的实验证明,泡利教授的这一次赌打输了。

近代微生物学之父巴斯德曾经说过:“生命向我们显示的乃是宇宙不对称的功能。宇宙是不对称的,生命受不对称作用支配。”自然界或许真的不是那么对称和完美,大自然除了偏爱物质、嫌弃反物质之外,它对左右也有偏好。

自然界的20种氨基酸中,有19种都存在两种构型,即左旋型和右旋型。在非生物反应产生氨基酸的实验中,左旋和右旋两种类型出现的几率是均等的,但在生命体中,19种氨基酸惊人一致地全部呈现左旋型——除了极少数低级病毒含有右旋型氨基酸。无疑,生命对左旋型有着强烈的偏爱。

也有人提出,生命起源时,氨基酸呈左旋型其实是随机的,它不过是顺应了地球围绕太阳转的磁场方向。但大多数科学家却认为,左旋型和右旋型的不对称意味着这两种能量存在着高低。通常认为,左旋型能量较低,也较稳定,稳定则容易形成生命。

更令人费解的是,虽然构成生命体的蛋白质氨基酸分子都是左旋型的,但组成核酸的核糖和脱氧核糖分子却都是右旋型的——尽管天然的糖中左旋和右旋的几率几乎相同。

看来,上帝对左右真的是有所偏爱,如果事事处处都要达到绝对的平衡对称,“万物之灵”的生命就不会产生了。

不管是故意也好,疏忽也罢,上帝或许真的并不是一个绝对对称的完美主义者。从某种意义上来说,正是不对称创造了世界。

道理其实很简单。虽然对称性反映了不同物质形态在运动中的共性,但是,只有对称性被破坏才能使它们显示出各自的特性。这正如建筑一样,只有对称而没有对称的破坏,建筑物看上去虽然很规则,但同时却一定会显得非常单调和呆板。只有基本上对称但又不完全对称才能构成美的建筑。

大自然正是这样的建筑师。当大自然构造像DNA这样的大分子时,总是遵循复制的原则,将分子按照对称的螺旋结构联接在一起,构成螺旋形结构的空间排列也是基本相同的。但是在复制过程中,对精确对称性的细微的偏离就会在大分子单位的排列次序上产生新的可能性。因此,对称性被破坏是事物不断发展进化、变得丰富多彩的原因。

正如著名的德国哲学家莱布尼茨所说,世界上没有两片完全相同的树叶。仔细观察树叶中脉(即树叶中间的主脉)的细微结构,你会发现就连同一片叶子两边叶脉的数量和分布、叶缘缺刻或锯齿的数目和分布也都是不同的。

绝大多数人的面部发育都不对称,66%的人左耳稍大于右耳,56%的人左眼略大,59%的人右半侧脸较大;人的躯干、四肢也不完全对称,左肩往往较高,75%的人右侧上肢较左侧长。

可以说,生物界里的不对称是绝对的,而对称只是相对的。实验研究证明,这是由于细胞内原生质的不对称性所引起的。从生物体内蛋白质等物质分子结构可以清楚地看到,它们一般呈不对称的结构形式。科学研究还发现,不对称原生质的新陈代谢活动能力,比起左右对称的化学物至少要快三倍。由此可见,不对称性对生命的进化有着重要的意义。自然界的发展,正是一个对称性不断减少的过程。

其实,不仅在自然界,即使在崇尚完美的人类文明中,绝对的对称也并不讨好。一幅看来近似左右对称的山水画,能给人以美的享受。但是如果一幅完全左右对称的山水画,呆板而缺少生气,与充满活力的自然景观毫无共同之处,根本无美可言。

有时,对对称性或者平衡性的某种破坏,哪怕是微小破坏,也会带来不可思议的美妙结果。从这种意义上来说,或许完美并不意味着绝对的对称,恰恰是对称的打破带来了完美。

“宇称不守恒原理”的影响是深远的。许多人说:“很难想象,假若没有杨和李等的工作,今天的理论物理会是什么样子?!”1998年年末,物理学家发现首例违背时间对称性事件。欧洲原子能研究中心的科研人员发现,正负K介子在转换过程中存在时间上的不对称性。这一发现虽然有助于完善宇宙大爆炸理论,但却动摇了“基本物理定律应在时间上对称”的观点。

物理学上这种不辨过去与未来的特性被称为时间对称性。经典物理学定律都假定时间无方向,而且也确实在宏观世界中通过了检验。但近几十年来,物理学家一直在研究时间对称性在微观世界中是否同样适用。欧洲原子能研究中心的一个小组经过长达三年的研究最近终于获得了突破。他们的实验观测首次证明,至少在中性K介子衰变过程中,时间违背了对称性。

由来自九个国家近百名研究人员组成的这一小组在实验中研究了K介子反K介子相互转换的过程。介子是一种质量比电子大,但比质子与中子小,自旋为整数,参与强相互作用的粒子,按内部量子数可分为π介子、ρ介子和K介子等。研究人员在实验中发现,反K介子转换为K介子的速率要比其时间逆转过程、即K介子转变为反K介子来得要快。这是物理学史上首次直接观测到时间不对称现象。

现代宇宙理论曾认为,宇宙大爆炸之初应该产生等量物质和反物质,但当今的宇宙却主要为物质世界所主宰,这一现象一直让人困惑。欧洲核子中心新实验证明,反物质转化为物质的速度要快于其相反过程,因此它为宇宙中物质量为何远远超过反物质量提供了部分答案。

另外,新成果对物理学基本对称定律研究也有重要意义。物理学家们一直认为,除了基本物理定律不受时间方向性影响外,物体在空间物理反射的过程以及粒子与反粒子的变换过程也应遵循对称性。时间、宇称和电荷守恒定律被认为是支撑现代物理学的基础之一。

本世纪50年代来,物理学家先后发现一些守恒定律有时并不完全满足对称性。美籍华人物理学家杨振宁和李政道曾提出弱相互作用中宇称不守恒理论并经实验证实,之后美国人詹姆斯·克罗宁和瓦尔·菲奇又发现K介子衰变过程违背宇称和电荷联合对称法则,他们都因此而获诺贝尔物理学奖。由于时间、宇称和电荷作为一个整体被认为应该守恒,物理学家们曾猜想说,时间在特定情况下会违背对称性。欧洲核子中心的成果首次证实了这一猜想。

1999年3月,科学家称直接观测证明电荷宇称定律有误。美国费米实验室宣布说,该实验室以前所未有的精度,基本“确切无疑”地证明中性K介子在衰变过程中直接违背了电荷宇称联合对称法则。这一结果被认为是物质和反物质研究领域的一项重要进展。

目前普遍接受的物理学理论认为,每一种基本粒子都有其对应的反粒子。譬如说与带负电的电子相对应,就存在质量相同、携带电荷正好相反的正电子。在反物质理论提出后,科学家们一直认为,粒子和反粒子之间在特性上存在对称,就象人们通过镜子看自己一样。这些对称特性主要包括基本物理定律不受时间方向性影响,以及空间反射下的物理过程以及粒子与反粒子的变换过程遵循对称,它们分别被称为时间、宇称和电荷守恒定律。

1964年,美国物理学家克洛宁和菲奇发现,K介子与其反物质反K介子之间违背宇称和电荷联合守恒定律。但两位物理学家主要通过K介子与反K介子的量子力学波动效应而观测到其违背电荷宇称守恒现象,因此被认为是一种间接观测。自60年代以来,世界各国物理学家也先后得出一些类似结果,但基本也都属于间接观测范畴。而要想直接证明K介子违背宇称和电荷联合守恒定律,其主要途径是研究K介子衰变为其它粒子的过程。K介子可衰变为两个介子。物理学家们曾从理论上指出,通过实验测量出一定数量K介子中有多少衰变为介子,这一比值如果不接近零,那么即可被视为直接证明了宇称和电荷联合定律不守恒。

据报道,各国科学家们近年来一直在从事K介子衰变为介子比值的测算,但所获得结果都无法被认为是确切的证明。而费米实验室所获得的最新数值结果(0.00280误差0.00041),由于其精确度比此前实验都有所提高,从而直接证明了宇称和电荷守恒定律确实有局限性。

宇称和电荷联合定律不守恒最早发现者之一、曾获1980年诺贝尔物理奖的克洛宁教授在评价费米实验室新成果时称,这是自发现违背宇称和电荷守恒定律的现象35年来,人们首次获得的有关该问题真正新的认识。普林斯顿大学教授瓦尔·菲奇说:“这个结果让人极其诧异,这是完全没有预料到的,它非常、非常有意思。”

科学家计划继续在费米实验室进行实验和计算,以验证这些最新观察结果是否确实。与此同时,如果你想知道世界为什么会是现在这个样子,答案完全就在于左右之间的差异——你只要看看镜子就行了。

在结尾我们还要介绍两个人,同样也是华裔物理学家。一个叫吴健雄女士。一个女士,取了一个男人的名字。但她其实是美女。

就是她用实验证实了杨振宁和李政道提出的宇称不守恒理论的。从而使得杨李二人在提出理论的第二年就获得诺贝尔奖。但吴健雄女士本人却没有获奖。

下面是关于她的简介:吴健雄(1912.5.31-1997.2.16),生于江苏省苏州太仓浏河镇,美籍华人,著名核物理学家、被誉为“东方居里夫人”,世界物理女王、原子弹之母、原子核物理的女王、最伟大的实验物理学家,在β衰变研究领域具有世界性的贡献。

中华民国二十三年(1934年)毕业于国立中央大学物理系获学士学位,1940年毕业于加州大学伯克利分校(UC Berkeley)获物理学博士学位,1952年任哥伦比亚大学副教授,1958年升为教授,1958当选为美国科学院院士,1975年获美国最高科学荣誉—国家科学勋章, 1990年,中国科学院紫金山天文台将国际编号为2752号的小行星命名为“吴健雄星”,1994年当选为中国科学院首批外籍院士。

吴健雄主要学术工作是用β衰变实验证明了在弱相互作用中的宇称不守恒,用实验证明了核β衰变在矢量流守恒定律,μ子、介子和反质子物理方面的实验研究,验证“弱相互作用下的宇称不守恒”,奠定了吴健雄作为世界一流实验物理学家的地位,许多著名科学家都为她没有因该项成就同杨振宁与李政道同获诺贝尔物理奖而疑惑不平,但已被公认为世界最杰出的物理学家之一。

李政道:李政道,1926年11月25日生于上海,江苏苏州人,哥伦比亚大学全校级教授,美籍华裔物理学家,诺贝尔物理学奖获得者,因在宇称不守恒、李模型、相对论性重离子碰撞(RHIC)物理、和非拓扑孤立子场论等领域的贡献闻名。

1957年,与杨振宁一起,因发现弱作用中宇称不守恒而获得诺贝尔物理学奖。1979年到1989年的十年内,共派出了915位研究生,并得到美方资助。1985年,他又倡导成立了中国博士后流动站和中国博士后科学基金会,并担任全国博士后管理委员会顾问和中国博士后科学基金会名誉理事长。1986年,他争取到意大利的经费,在中国科学院的支持下,创立了中国高等科学技术中心(CCAST)并担任主任。其后,成立了在浙江大学的浙江近代物理中心和在复旦大学的李政道实验物理中心。

2004年任RIKEN-BNL研究中心名誉主任。2006年至今任北京大学高能物理研究中心主任。2016年获得“2015中华文化人物”荣誉。

虽然杨振宁,李政道,吴健雄都是华裔物理学家,但终究是从中国走出去的科学家。就说明了,中国人是聪明的,中国人搞科研是很有魄力的。中国的飞速发展,也印证了这一点。

从诺特定理到宇称守恒是进步,从宇称守恒到宇称不守恒,更是突破。未来我们一定会弄明白,宇称不守恒的根本原因。

因为我们人类时时刻刻都在准备突破。但你要突破,首先要学习很多很多的知识,高等物理,高等数学,还有对物理,对哲学的感悟。我希望你成为科学家,然后我会在这本书中,很荣幸的也介绍你,让更多人的看到你的研究成果。

摘自独立学者灵遁者量子力学书籍《见微知著》

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《黑客帝国》,被评为有史以来最伟大的科幻片之一。

其实,在其光环掩盖下,还有另外一部非常好的科幻片。因为《黑客帝国》过于耀眼,所以这部科幻片知道的人不多,这部科幻片的名字叫做《异次元骇客》。

《异次元骇客》讲的也是发生在虚拟世界的故事。2024年的人类虚拟了1999年的世界,而1999年的虚拟世界里面又虚拟出一个1934年的世界。

最后,1999年的人觉醒了,发现自己仍然活在虚拟世界。

这部电影反映了一个世界运行的深层逻辑:如果世界没有逻辑缺口,我们来到世界的尽头,理论上应该看到和我们这个世界完全一样的规律。

在物理世界里,规律应该遵循最基本的底层逻辑。因为这些底层逻辑是构成我们这个世界有序运行的前提,应该在世界的每一个角落都是相同的。

一个挂钟,挂在房屋的南墙上、北墙上,计时效果应该完全一致。照镜子的时候,镜子里面的人和镜子外面的人的动作应该相同,如果镜子外面的人做物理学实验,用镜子里面测得的数据,仍然会得到相同的规律。

这一系列现象,被称为宇称守恒。

但是,《异次元骇客》里面的男主开着车到了道路的尽头,看到了数据网格线构成的天空、景物。

在现实世界中遵守宇称守恒的情况下,我们在任何一个地方应该看到相同风景,所以不应该出现《异次元骇客》里面的情景,也不会出现镜外花含苞,镜内花怒放的情景。

钴60是一种放射性元素,会进行贝塔衰变,通过释放出电子变成其他元素。

让两组钴60原子按照不同的方向旋转,实验结果表明:两个不同旋转方向的钴60原子释放出来的电子数目相差巨大。

一个旋转,从正面看是左转,那么从反面看就是右转。

这就意味着把一个挂钟挂在南墙上,和挂在北墙上,计时规律是不一样的。

这被称为“弱互作用下宇称不守恒定律”,发现者是杨振宁和李政道,他们因此获得了诺贝尔奖。

一般的情况下,一条物理学定律的发现应该让科学家们感到开心,因为我们知道了新的法则和新的原理,而新的法则和原理往往意味着新的科学应用。

但是宇称不守恒定律,却让几乎所有的科学家感到恐惧。

因为这意味着,在实验室做物理实验的时候,在桌子的左边做实验,在桌子的右边做实验,可能得到的规律不相同。

同时这还意味着,在时空的某一个方向,宇宙有一个缺口,那里是世界的逻辑尽头。如同《异次元骇客》道路尽头的景物变成了数据网格线。

对于物理学家们来说,宇称不守恒定律的麻烦在于它是法则之上的法则,暂时还没有办法进行定量分析。

这里有两大障碍阻碍宇称不守恒在科学实践上的应用。

第一大障碍:宇称不守恒并不是在任何时候都发生,为什么有的时候守恒,有的时候不守恒,这其中的条件是什么?

第二大障碍:如果不守恒,那么这个不守恒要破坏到什么程度。钴60原子左旋和右旋发射出来的电子数目不同,但是两者之差到底存在什么关系?因为不可能有一边是无限大。

这反映了一个让人无奈的事实:人类的物理学仍然是物质世界的浅层科学。

虽然目前的科学技术还没有办法应用这个物理学定律,但是大自然一直在使用它。

DNA是一种双螺旋结构。既然是螺旋,那么既可以左旋又可以右旋,但是实际上具有生物活性的DNA,只有一种:右手性,向左旋转。

合理的解释是,有一个更高层次的世界,在定义我们这个世界的规律,并规定了向左和向右是不一样的,而这背后更深层次的原因,在我们这个宇宙是无法被发现的。

根据现代天文学的观测,人类所处的宇宙是三维的,但是这个三维的宇宙附着在一个更高维度的超球体上。

人类只能在地球表面行走,但是地球内部的规律仍然影响着地表世界。

如果人类不知道地球的内部是一个实心的球体,那么我们永远不知道为什么会有地磁现象。

宇称不守恒现象,可以类比于我们照镜子的时候在镜子里面出现了重影。而重影的出现,意味着镜子是有厚度的,厚度越厚这个重影越明显。

对于宇称不守恒现象,比较直接的可能性解释是:我们空间的维度是有“厚度”的,当然这个厚度不是尺度上的厚度,而是指它是一个复合的结构。

宇宙中的大部分现象发生在最表层的维度中。

人类能不能进入更高层次的文明,并不取决于能够利用多少能源,只取决于人类能不能利用宇称不守恒定理。

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简单理解就是微观粒子如果照镜子的话,镜子里的成像和本身不一样

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不学无术,无知的黑杨振宁诺奖,难道那0.5毛真的很重要,可悲可叹!我的国您身上咋爬满这么多可恶的咀虫!

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华而不实有卵用。。。科学也是应该接地气~~实用才是王道!你如果把氢能源,核能源汽车制造出来。。。全世界的国家都要抢你。。。那些可有可无的科学技术就是~~鸡肋!

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在地球有点用,出了地球,这个理论就失效了!!!

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找李永乐老师,我觉得他可以讲的通俗易懂

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目前我看到的实际应用,就是给头条增加了一些话题。

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这个问题,之前回答过。但是貌似不能直接粘贴过来,图片也无法直接复制。

链接如下:

https://www.wukong.com/answer/6547919124217987342/?iid=53835920202&app=news_article&share_ansid=6547919124217987342&app_id=13

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