宇宙中有四大基本力:
初次了解這四種力,可能很多人都覺得 弱核力 是最沒排面的一種力。
重力 讓人們站在地面上,不會飄起來,直觀感受是重力。任何物體之間都有重力,直接決定宇宙的演化,是很有排面的一種力。
電磁力 更不用說,套用實在太多。而且,我們平常感受到的各種力(彈力、摩擦力、粘滯力、浮力、……)歸根結底都是電磁力,也是很有排面的一種力。
值得一提的是,重力和電磁力的作用範圍都是無窮大。
強核力 的作用範圍很小,大概只有原子核的尺寸。但是它強啊,是四大基本力中最強的力,讓質子擠在一起,形成原子核。核能也與它有關,也是很有排面的一種力。
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弱核力 就有些尷尬,作用範圍很小,大概也只有原子核的尺寸。而且還弱,是四大基本力中倒數第二弱的力。
倒數第一弱的力是重力,但是重力有個很變態的內容,可以無限疊加,表現出的效果可以很強(比如黑洞)。
弱核力卻是實實在在的弱。
而且弱核力的具體現象就一個,放射性衰變。
大部份人可能知道放射性衰變,但僅僅只是知道,覺得它只是宇宙中無數現象裏的一員,沒有舉足輕重的地位。
每當人們提到四大基本力,通常也都是最後才提弱核力,順便輕描淡寫地說一句「它和放射性衰變有關」,搞得弱核力很像是來湊數的。
這一系列原因,可能讓很多人都覺得 弱核力 是最沒排面的一種力。
不可思議的的弱核力
其實,弱核力的存在感還是非常高的。
至於高到什麽程度?
接著往下看,你就會明白,你之前恐怕完全低估了弱核力對宇宙的影響。
人類對弱核力的認知,在1956年才正式開始。
(別再跟風說「基礎物理學已經停滯一個世紀」,根本沒有這回事)
弱核力是四大基本力中最特殊的力,理解它的特殊之處,首先需要一些「常識」。
一切滿足相對論和量子力學的理論,都必須滿足 CPT定理:經過CPT反演,物理規律保持不變。
共同發生以上三種反演,就是CPT反演。
物理規律在CPT反演後保持不變,這種性質也被稱為: CPT聯合對稱 。
對於除去弱核力的其它三種基本力,不僅滿足CPT聯合對稱,還分別滿足:C對稱、P對稱、T對稱。
一個直觀的例子:
電磁力的規律是:同號電荷相斥,異號電荷相吸。
經過電荷反演,同號電荷依然是同號電荷,仍然相斥。異號電荷依然是異號電荷,仍然相吸。
這就說明電磁力的規律滿足C對稱。
在1956年之前,人們堅信:弱核力和其它三種基本力一樣,也分別滿足:C對稱、P對稱、T對稱。
但在1956年, 楊振寧 和 李政道 提出:弱核力不滿足P對稱,也就是其它科普文提到的「宇稱不守恒」。在同一年, 吳健雄 就用實驗證明了:弱核力不滿足P對稱。
這在當時的物理學界,絕對是個驚天動地的大新聞。
後來人們又認為:弱核力滿足CP聯合對稱,也就是共同發生C反演和P反演,弱核力的規律保持不變。
但在1964年, J.W.克羅寧 和 W.費茲 發現:弱核力並不滿足CP聯合對稱。
有趣的事情從此開始,弱核力必須滿足CPT聯合對稱,但它又不滿足CP聯合對稱,那結論就是:弱核力也不滿足T對稱。
時間之矢
經典力學、電磁學、相對論、量子力學、……,幾乎一切物理學方程式都滿足T對稱。
這就導致從理論上看,很多物理現象都和時間的方向無關,向未來演化和向過去演化都滿足物理規律,時間完全可以倒流。
比如剛性粒子的碰撞,給你一段錄像,你無法判斷錄像是在正放還是倒放。
但在現實中,我們很容易判斷錄像是在正放還是倒放,我們也從來沒見過時間倒流。
這意味著理論與實踐脫節,時間的方向,被理論忽略了。
沒錯, 熵增定律 是對物理理論的重要補充,也經常有人說:熵是「時間之矢」,熵增的方向就是時間流逝的方向。
但是,熵與人的主觀意識關系太大。
因為以上種種原因,導致以 愛因史坦 為首的很多科學家都認為:時間的方向,只是人類的錯覺。
時間的方向,真的只是人類的錯覺嗎?
當然不是。
我之所以敢說得這麽肯定,就是因為: 世上存在弱核力 。
上文已經提到過,弱核力不滿足T對稱。也就是說,對於弱核力而言,向未來演化和向過去演化完全不同。
大家應該還記得弱核力主導的現象: 放射性衰變 。
如果有一大堆放射性元素,經過一個半衰期,放射性元質數量減半。再經過一個半衰期,放射性元質數量再減半。這就是客觀、明確、具體的——時間之矢。
放射性元素的數量,沒有任何主觀成分。我們也從未看到,放射性元素的數量越來越多。
時間的方向,不是人類的錯覺。
不可思議的弱核力,劃定了「時間之矢」。
附錄
比較了解物理的讀者,應該知道「反物質」這個概念。
宇宙中的 物質 遠多於 反物質 ,究竟是什麽原因?你是否也困惑過?
反物質 可以看成是 物質 的CP聯合反演(電荷和自旋相反),沒錯,又是因為弱核力。它不滿足CP聯合對稱,進而不滿足T對稱。
這導致弱核力對 物質 和 反物質 的作用效果不一樣, 物質 越來越多的時間方向,就是 反物質 越來越少的時間方向。
(當然,這目前只是定性解釋,還沒有精確的理論計算)
本文原創作者為:認知皆模型。
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