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粒子照镜子         
粒子照镜子
作者:思议 文章来源:不可思议网 点击数: 更新时间:2006-9-21 22:23:22

  对称性原理是事物最深层次的原理,它比牛顿定律、能量守恒定理这些物理定律还要根本。但在1956年,李政道和杨振宁发现,在粒子世界,物质的对称性被打破了——假如粒子照镜子,镜里镜外的粒子居然不一样!物理学的一个根本原理就此被破坏!

  对着镜子瞧瞧自己,假如你举起右手,你在镜子里的影像却举起了它的左手,你一定会目瞪口呆,甚至有一种毛骨悚然的感觉!幸运的是,世界上还没有人遇到过这种事。不过这么奇怪的事真的在粒子世界里出现了,具体的说,是在一个基本粒子身上出现了。

  这个镜像不对称的问题,可不是一个简单的问题,它是20世纪物理学研究的一个重大课题。

     世界经理人科技频道(tech.icxo.com)报道:对称总是完美的

  你照着镜子,你与镜子里的影像形成了一种对称关系。对称,不仅是在镜子里出现,在我们身边的大自然里,也随处可见。蜂巢是由一个个正六边形对称排列组合而成的建筑物,每个正六边形大小统一、上下左右距离相等,这种结构最紧密有序,也最节省材料;蝴蝶左右翅膀的结构是对称的,就连翅膀上的图案与颜色也是对称的,因此它能够成为自然界最美丽的昆虫;所有的海螺都拥有奇妙的左右旋对称;人本身也是对称的,而且不止左右结构对称,双眼、双耳和左右脑的形状也是对称的,设想一个人少一只眼、或嘴歪在一边,那一定被认为不是很美的。

  人类自古以来就对对称美推崇备至,对称的概念几乎已经渗透到所有的学科领域。建筑学中,建筑家们在规划、设计和建造形形色色的建筑时,总是离不开对称,那些流传千古的著名建筑物也大多是极具对称美的,比如中国的故宫、天坛、颐和园的长廊,埃及的大金字塔,罗马的角斗场。几何学中,有圆、椭圆、正方形、矩形、梯形、三角形、圆锥、圆柱等各种对称。代数中,有一元二次方程两个根的对称、方程的对称函数,甚至还有专门关于对称性的数学理论——群论。

  在晶体学中,对称性表现得尤为突出。其实,自然界中百分之百完全对称的东西极少,但晶体是个例外,无论从宏观还是微观来看,晶体都是严格对称的。晶体中的原子数目很大而且有严格的空间排列,如果任意画出一部分原子排列图,无论对此图进行平移、旋转还是左右互换,所得的图像与原图像都无法区分,也就是说,大部分晶体都具有平移对称、旋转对称、镜像对称的性质。比如,雪花具有六重旋转对称,就是说,雪花晶体在沿一根固定的轴旋转60度、120度、180度、240度、300度或360度后,其原子的空间排布都与原来的排布完全相同。

  物理学中的对称

  实际上,在物理学中,对称的概念绝对不只是“左右相同”,它比我们通常所理解的含义要广泛得多,几乎适用于一切自然现象——从宇宙的产生到每个微观的亚核反应过程。

  把两个东西对换一下,就好像没动过一样,这就是对称。把左边的东西和右边的东西互换一下,而没有任何变化,这就叫做镜像对称,意思就是像照镜子一样,镜子里和镜子外的事物是一样的。人体和动物形体大多是镜像对称的,中国的故宫、天坛等建筑也是镜像对称的。

  在空间里,沿着任何方向平移一单元,平移后的图像与原图无法区分(即完全重合),这种操作可继续下去,这就是平移对称。规整的网格就具有平移对称性,在自然界中,蜂巢、竹节或串珠都具有平移对称性。

  把一个质地均匀的球绕球心旋转任意角度,它的形状、大小、质量、密度分布等等,所有的性质都保持不变,这就是旋转对称。一朵有5片相同花瓣的花(比如梅花和紫荆花)绕垂直花面的轴旋转2π/5或2π/5整数倍角度,旋转前后完全是一样的,没有什么变化,我们就说它具有2π/5旋转对称性。反过来说,如果一个球的边缘上有一个点或有些残缺,这个点或残缺就能区分旋转前后的情况,它就不具有旋转对称性了——或者说它的旋转对称性是破缺的。

  以上说的都是物体的外在形体的对称。物理学中还有一类更重要的对称:物理规律的对称。就拿牛顿定律来说吧,无论怎么转动物体,物体的运动都遵从牛顿定律,因此,牛顿定律具有旋转对称性;镜子里和镜子外物体的运动都遵从牛顿定律,牛顿定律又具有镜像对称性;物体在空间中任意移动后,牛顿定律仍然有效,牛顿定律也具有空间平移对称性;.在不同的时间,昨天、今天或明天,物体的运动也都遵从牛顿定律,牛顿定律还具有时间平移对称性……其他已知的物理定律也都有类似的情况。

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