爱因斯坦不是左撇子,上帝才是(13)
2023-05-01 来源:飞速影视
球面上的左手系和右手系
宇称不守恒
那么,科幻小说里这样的场景真的可能发生吗?在四维空间翻转导致左右颠倒,或者在宇宙中旅行一圈后左右颠倒?我们已经说过,数学上这是可能的。但是,物理上这或许不会发生,因为对于物理定律来说,左和右是有区别的。在自然界中有四种基本力:电磁力、弱相互作用、强相互作用、万有引力。1956年,李政道(1926— )和杨振宁(1922— )提出了弱相互作用中的宇称不守恒定律,其大致含义是,在弱相互作用里左和右是不一样的。另外一种表述是,一个真实的物理过程,它在镜子里的像可以不符合物理定律。宇称不守恒定律是对物理学家固有观念的重大冲击,以至于泡利(Wolfgang Pauli,1900—1958)说:“我不相信上帝是一个弱的左撇子”。(据说杨振宁幼年是左撇子,后来被其母纠正,见 刘钝、王浩强访问整理,《爱因斯坦、物理学和人生——杨振宁先生访谈录》。
)1957年,吴健雄(1912—1997)等人用实验证实了这一定律,李政道和杨振宁因此获得当年的诺贝尔物理学奖。
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李政道与杨振宁在普林斯顿高等研究院,图源:普林斯顿高等研究院
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2021年2月11日,美国邮政署在中国农历除夕发行的吴健雄纪念邮票,图源:USPS
宇称不守恒定律告诉我们,左与右是不对等的,所以左右颠倒很可能不会在现实中发生。克拉克小说《技术故障》里,宇宙空间是高维的,可以通过在四维空间中的翻转来实现左右颠倒。在现代物理的弦理论里,宇宙时空正是高维的。除了通常的四维时空外,还有额外维度。但是,弦理论尚未被实验证实。即便依照弦理论,这些额外维度也是蜷缩在非常小的尺度里,不足以让人通过这些额外维度来翻转。如果宇宙的形状是一个不可定向流形,那么沿着某条路径走一圈后右手系会变成左手系。这样一来,左和右就没有区别了,似乎跟宇称不守恒定律矛盾。然而,这个论证或许并不正确,因为这条路径可能非常之长,或许以百亿光年计,甚至会超过可观测宇宙的直径。爱因斯坦的相对论告诉我们,任何信号的传播速度都不能超过光速。如果这条路径太长,以至于光沿着它走一圈需要的时间超过宇宙的年龄,那么宇称不守恒定律或许并不会带来矛盾,也不会有一个宇航员能够完成导致左右颠倒的旅程。
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