万物遵循“自发对称性破缺”规律,研究者:宇宙进化还是在退化?

曾经,有多少研究学者们相信宇宙是以“对称性”的完美进化模式来演化宇宙万物的,相信大自然的一切都趋向于对称性的美好,相信越高级的生命也会越趋向于对称性的发展形式。

然而,这种柏拉图式的美好梦想,却于1956年杨李(杨振宁和李政道)二老发现 “宇称不守恒”现象时而开始出现了裂缝,并于吴健雄用钴60的衰变实验实际验证了弱相互作用中宇称确实不守恒后而彻底破碎了。

吴健雄的实验是:在超低温度下(≤0.01K)使钴60原子核的自旋方向一个向左,一个向右,两钴60原子互为镜像。实验结果显示,互为镜像的钴60发射出来的电子数不但不相等,而且相差很大,并且发射出来的电子方向也互不对称。这就证明了在弱相互作用下宇称并不守恒。

宇称不守恒现象即属于“对称性破缺”现象。对称性破缺一般分为两种形式,一种是“自发对称性破缺”——本来遵循某种对称性的物理系统,在物理系统一系列的变化过程中,自发变得不再具有对称性的现象;一种是“动力学对称性破缺”——主要体现在凝聚态物理现象中,比如费米子凝聚态。此处我们主要分析探讨“自发对称性破缺”现象。

自发对称性破缺不止体现在宇称(P)不守恒上,即在空间反射对称上的不守恒——互为镜像的同一种粒子其运动规律并不相同;也体现在电荷(C)对称上的不守恒,即粒子和反粒子并不对称——正反粒子所遵循的定律本应该相同,结果并不相同(由费米实验室通过观测计算K介子衰变得出);还体现在时间(T)的不对称上,即时间反演上不对称——反转时间流向,物理过程以及物理定律会出现不对称(Y粒子实验)。

而“自发对称性破缺”体现在宇宙万物,无论宏观事物还是微观事物上。

可以思考一下:最明显的例子,比如我们人类,看似每个人都是左右对称的结构,实则并不然。世界上没有任何人的左右手是绝对对称的,也没有人的左右脚在空间上成完美的镜像对称,更不用说身体的内部结构了,更是难以遵循完美的对称性。宏观上,太阳系、银河系、星系团、超星系等,无论在空间、时间、运动规律、能量守恒等方面,都无时无刻不体现出各种自发对称性破缺现象;微观上,同种粒子的转变、跃迁、衰变等,也无时无刻不在打破对称性的框架。

看来,美好的对称传说已成过去,宇宙万物都在朝不对称的方向演变发展。也许,会有人担心地问:为什么宇宙会朝不对称的方向演变发展呢?难道我们的宇宙不再完美了吗?难道我们的宇宙是在退化吗?探索科学,探索宇宙,水木长龙与您继续我们的探索之旅。

可以思考一下,如果宇宙一直遵循着完美的对称性,还能否看到五彩斑斓的世界?能否看到大自然的奇丽景观?或者探索宇宙那一幕幕惊人的物理诗篇?

假设宇宙万物都遵循着完美的对称性,那么整个宇宙都将会失去活力,万事万物将会被固定在特定的位置上,太阳系不会在银河系里穿梭,地球会在固定的轨道上呆板地运动自转,没有进动,没有岁差,甚至不会倾斜,也不会有春夏秋冬,更不会演化出地球上的生命。宇宙里不会出现超新星爆发,不会有黑洞的存在,也不会有主序星向主星序汇聚了。

如果宇宙万物都遵循着完美的对称性的话,爱因斯坦也就不会提出相对论了,因为在绝对对称的完美宇宙中,时间可能是静止的,静止的时间也就等于没有时间,没有时间也就等于失去了空间,而爱因斯坦的相对论,正是建立在时间和空间两个重要元素之上的。

如果微观世界也遵循着绝对完美的对称性的话,那么量子力学也就不会那么令人着迷了,爱因斯坦更不会遗憾而终了,因为在绝对对称的微观世界里,微观粒子所遵循的一切物理规律定理与宏观世界没有什么区别,如此,科学史上也就不会有爱因斯坦与玻尔的著名论战了,爱因斯坦也就不会说出“上帝不掷骰子”那句名言了,玻尔也就不会反驳说“不要去揣测上帝的思想”了。

在绝对对称的世界里,弦理论不会诞生,熵增理论不会存在,生命很难演化出来,甚至宇宙不会诞生。所以,万事万物都遵循着“自发对称性破缺”的演化规律,世界才能呈现出如此的多样性,灵活性,动态性,奇异性,兼容性等,宇宙万物才能持续演化发展,宇宙才会存在如此多的奥秘,等待着我们去一一探索。

泡利怀疑“上帝是个左撇子”,即大自然具有手征性。大自然的偏好完全出人意料,乍一看,这似乎给整个物理世界造成了混乱,可是仔细一琢磨,正是因为自发对称性破缺的演化规律,给物理学界带来了一片曙光。

比如,汤川秀树曾经预言,质子和中子是同一种粒子的不同表现,两者可以相互转化,被证明后,科学家进而又因此发现了弱相互作用和强相互作用。

爱因斯坦曾言:宇宙的最不可理解之处就在于它是可以被理解的。同样的道理,宇宙中处处存在的看似不对称不完美的“对称性破缺”现象,实则正是宇宙完美演化的进化方式,不是吗?

宇宙的“自发对称性破缺”规律,让宇宙存在着无数的可能性,让大自然充满了生机希望,让我们每个人都有选择的权力,让我们的生活充满了多姿多彩。也正因此,才会有量子理论给我们的希望——一切皆有可能。一切皆有可能,一切皆在于我们自己的选择,美好的未来等待着我们的抉择,你准备好了吗?

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