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第五章 基本粒子和自然的力(8 / 9)

荷)对称意义是,对于粒子和反粒子定律是相同;P(宇称)对称是指,对于任何情景和它镜像(右手方向自旋粒子镜像变成左手方向自旋粒子)定律不变;T(时间)对称是指,如果们颠倒粒子和反粒子运动方向,系统应回到原先那样;换言之,对于前进或后退时间方向定律是

1956年,两位美国物理学家李政道和杨振宁提出弱作用实际上不服从P对称。换言之,弱力使得宇宙镜像以不同方式发展。同年,他们位同事吴健雄证明他们预言是正确。她将放射性元素核在磁场中排列,使它们自旋方向致,然后演示表明,电子在个方向比另方向发射出得更多。次年,李和杨为此获得诺贝尔奖。人们还发现弱作用不服从C对称,即是说,它使得由反粒子构成宇宙行为和宇宙不同。尽管如此,看来弱力确实服从CP联合对称。也就是说,如果每个粒子都用其反粒子来取代,则由此构成宇宙镜像和原来宇宙以同样方式发展!但在1964年,还是两个美国人——J·W·克罗宁和瓦尔·费兹——发现,在称为K介子衰变中,甚至连CP对称也不服从。1980年,克罗宁和费兹为此而获得诺贝尔奖。(很多奖是因为显示宇宙不像们所想像简单而被授予!)

个数学定理说,任何服从量子力学和相对论理论必须服从CPT联合对称。换言之,如果同时用反粒子来置换粒子,取镜像和时间反演,则宇宙行为必须是。克罗宁和费兹指出,如果仅仅用反粒子来取代粒子,并且采用镜像,但不反演时间方向,则宇宙行为于保持不变。所以,物理学定律在时间方向颠倒情况下必须改变——它们不服从T对称。

早期宇宙肯定是不服从T对称:当时间往前走时,宇宙膨胀;如果它往后退,则宇宙收缩。而且,由于存在着不服从T对称力,因此当宇宙膨胀时,相对于将电子变成反夸克,这些力更容易将反电子变成夸克。然后,当宇宙膨胀并冷却下来,反夸克就和夸克湮灭,但由于已有夸克比反夸克多,少量过剩夸克就留下来。正是它们构成们今天看到物质,由这些物质构成们自己。这样,们自身之存在可认为是大统理论证实,哪怕仅仅是定性而已;但此预言不确定性到这种程度,以至于们不能知道在湮灭之后余下夸克数目,甚至不知是夸克还是反夸克余下。(然而,如果是反夸克多余留下,们可以简单地称反夸克为夸克,夸克为反夸克。)

大统理论并不包括引力。这关系不大,因为引力是如此之弱,以至于们处理基本粒子或原子问题时,通常可以忽略它效应。然而,它作用既是长程,又总是吸引,表明它所有效应是迭加。所以,对于足够大量物质粒子,引力会比其他所有力都更重要。这就是为什正是引力决定宇宙演化缘故。甚至对于恒星大小物体,引力吸引会超过所有其他力,并使恒星自身坍缩。70年代工作是集中于研究黑洞。黑洞就是由这种恒星坍缩和围绕它们强大引力场所产生。正是黑洞研究给出

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