两位华人物理学家的伟大贡献,上帝不仅掷骰子,还是一个左撇子

两位华人物理学家的伟大贡献,上帝不仅掷骰子,还是一个左撇子

如何说哪种理论对于传统物理学的颠覆最大,那肯定非量子力学莫属了,量子力学的不确定性先是提出了上帝是掷骰子的,后来量子力学中微观粒子在弱力中不守恒的现象有又证明了上帝是一个左撇子,上帝是否掷骰子?其实是爱因斯坦与玻尔这两位物理大师关于微观粒子不确定性的一场世纪大辩论,本质上量子力学概率论与经典物理决定论的一场生死对决,而上帝是左撇子则相对平静,没有掷骰子战争那样浓重的硝烟,有趣的是:上帝是左撇子还是由两位华人物理学家提出的,接下来,我们一起了解一下:为何上帝是一位左撇子呢?

不可动摇的真理,宇称守恒

在西方物理学家的印象中,上帝因为是一个追求严谨,喜欢简单而讨厌复杂的人,所以上帝制造的万物也应该严谨、简洁而美丽的,例如:当麦克斯韦提出电磁方程时,世人被这种优美而简洁的方程所震撼,麦克斯韦方程组也被誉为物理学上最美丽的方程之一,而严谨则主要体现在守恒定律等方面,在物理学中存在着很多守恒现象,例如:能量守恒、质量守恒、角动量守恒等等,物质的变化必须严格按照守恒定律去发展,不会有一丝一毫的溢出或者缺损,而上帝是左撇子的问题就是由宇称守恒定律引发而来的。

两位华人物理学家的伟大贡献,上帝不仅掷骰子,还是一个左撇子

关于宇称守恒,这里就不做过多专业的介绍了,我们可以简单的将他理解成是一种对称关系,对称关系是很好理解的,例如:字母M,M就是镜像对称的图案,例如:我们在照镜子的时候,镜子中的我们左手变成了右手,右手变成了左手,镜子外的我们与镜子中的互为镜像的,这是一种空间反射变化,在微观领域中,粒子与反粒子也是对称的,粒子与反粒子的电荷、自旋方向等物理量相反,但是两者的物理规律、物理性质也是完全相同的,在自然界中存在着四种基本力,前三种力即万有引力、电磁力、强力都严格遵守这种对称性,弱力是最后发现的一种力,根据前面的惯例,既然这种对称性在前三种力是成立的,那么物理学家也就默认弱力也是对称的,即宇称守恒。

θ和γ介子衰变现象的困惑

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弱力主要作用于粒子的衰变现象中,在1956年,物理学家在粒子对撞实验中发现θ和γ两种介子,这两种介子的自旋方向、质量、电荷等物理性质是完全相同的,它们似乎完全就是按照一个模板制造出来的,或者说我们完全可以认为两者就是一种介子,但令人感到困惑的是:θ介子衰变时能产生两个介子,但γ介子衰变却产生三个,这又说明两者在弱力作用中却又是不同的,如果我们将θ和γ两种介子视为是同一种粒子,那么就要面临推翻宇称守恒定律的可能性,在那个历史时代,量子力学已经被爱因斯坦等捍卫决定论的物理学家视为想要推翻经典物理大厦的“叛徒”,如果推翻这样一个被视为真理的宇称守恒定律,那无疑是大逆不道的,所以很多物理学家都是不敢越雷池一步。

一个大胆的想法:上帝并不喜欢对称

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1956年,物理学家李政道和杨振宁在查阅大量的物理实验资料后发现,在电磁力、强力作用中,粒子是完全遵守宇称守恒定律的,但是在弱力作用中,宇称守恒定律却缺乏实验数据的证明,于是李政道和杨振宁大胆的提出:θ和γ两种介子完全就是同一种粒子,之所以两者在发生衰变的过程中产生的介子数不同,是因为基本粒子在弱力衰变的过程中是不对称的,即弱力作用宇称是不守恒的。

泡利:我绝不相信上帝会是一个弱左撇子

李政道和杨振宁关于弱力宇称不守恒的论文发表之后,一些物理学家对于李政道和杨振宁这种离经叛道的想法十分惊讶,量子力学提出上帝掷骰子就已经很过分了,现在李政道和杨振宁又提出了上帝不对称?自古之来人们认为上帝就是追求简洁的,上帝制造的世界业是完美对称的,任何想要推翻宇称守恒定律的行为无疑是荒唐而可笑的,著名的物理学家泡利曾说:我绝不相信上帝会是个弱左撇子,并且与别人赌50美金认为李政道和杨振宁理论是错误的,他们必然会在实验证明中伴随着众人的嬉笑中倒台。

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是的,这样一种看似离经叛道、挑战权威的新理论必然要经过试验的证明才能站得住脚,于是李政道和杨振宁找到了另一位以物理实验而著名的华人女物理学家吴健雄,吴健雄使用钴60原子衰变实验来帮助李政道和杨振宁检验弱力宇称不守恒的正确性。

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实验大致过程如下,利用高强磁场制造出一对自旋方向分别为左旋与右旋的钴60原子核,由于这一对钴60原子核的自旋方向相反,所以两者是镜像对称的,我们将自旋为右旋的钴60原子核视为“原来实验”,将自旋为左旋的钴60原子核视为“镜像实验:,如果在弱力作用中宇称守恒,那么两个钴60原子核在发生衰变的过程中行为行为应该是完全对称的,必定会出现方向相同的角分布,但实验的结果却与人们预料的不同,实验结果表明:原来实验与镜像实验的角方向分布完全不对称,这也就证明了李政道和杨振宁提出的弱力宇称不守恒是正确的。

上帝在弱力中真的是一个左撇子

实验结果公布之后,整个物理学界都被震惊了,原来上帝不仅仅喜欢掷骰子,还是一个左撇子,曾经十分自信的泡利在得知了实验结果之后十分尴尬,因为自己不仅仅被实验的结果无情打脸,还为此输掉了50元美金,于是泡利幽默的为吴健雄的实验写下了这样一句评语:

我们伤心地宣布,我们的朋友宇称女士,在经历了短暂的手术痛苦之后,于1957年1月19日去世了。

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李政道和杨振宁也因为发现了弱力宇称不守恒这样重大的物理发现而获得了1957年的诺贝尔物理学奖。


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