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划定「时间之矢」,不可思议的弱核力(建议收藏)

2024-01-30推荐

宇宙中有四大基本力:

  • 引力
  • 电磁力
  • 强核力
  • 弱核力
  • 初次了解这四种力,可能很多人都觉得 弱核力 是最没排面的一种力。

    引力 让人们站在地面上,不会飘起来,直观感受是重力。任何物体之间都有引力,直接决定宇宙的演化,是很有排面的一种力。

    电磁力 更不用说,应用实在太多。而且,我们平常感受到的各种力(弹力、摩擦力、粘滞力、浮力、……)归根结底都是电磁力,也是很有排面的一种力。

    值得一提的是,引力和电磁力的作用范围都是无穷大。

    强核力 的作用范围很小,大概只有原子核的尺寸。但是它强啊,是四大基本力中最强的力,让质子挤在一起,形成原子核。核能也与它有关,也是很有排面的一种力。

    【】

    弱核力 就有些尴尬,作用范围很小,大概也只有原子核的尺寸。而且还弱,是四大基本力中倒数第二弱的力。

    倒数第一弱的力是引力,但是引力有个很变态的属性,可以无限叠加,表现出的效果可以很强(比如黑洞)。

    弱核力却是实实在在的弱。

    而且弱核力的具体现象就一个,放射性衰变。

    大部分人可能知道放射性衰变,但仅仅只是知道,觉得它只是宇宙中无数现象里的一员,没有举足轻重的地位。

    每当人们提到四大基本力,通常也都是最后才提弱核力,顺便轻描淡写地说一句「它和放射性衰变有关」,搞得弱核力很像是来凑数的。

    这一系列原因,可能让很多人都觉得 弱核力 是最没排面的一种力。

    不可思议的的弱核力

    其实,弱核力的存在感还是非常高的。

    至于高到什么程度?

    接着往下看,你就会明白,你之前恐怕完全低估了弱核力对宇宙的影响。

    人类对弱核力的认知,在1956年才正式开始。

    (别再跟风说「基础物理学已经停滞一个世纪」,根本没有这回事)

    弱核力是四大基本力中最特殊的力,理解它的特殊之处,首先需要一些「常识」。

    一切满足相对论和量子力学的理论,都必须满足 CPT定理:经过CPT反演,物理规律保持不变。

  • C反演: 电荷反演,原本的正电荷(负电荷)变成负电荷(正电荷)。
  • P反演: 宇称反演,原本的上方(下方)变成下方(上方),原本的前方(后方)变成后方(前方),原本的右方(左方)变成左方(右方)。
  • T反演: 时间反演,原本的过去(未来)变成未来(过去)。
  • 共同发生以上三种反演,就是CPT反演。

    物理规律在CPT反演后保持不变,这种性质也被称为: CPT联合对称

    对于除去弱核力的其它三种基本力,不仅满足CPT联合对称,还分别满足:C对称、P对称、T对称。

  • C对称: 经过电荷反演,物理规律保持不变。
  • P对称: 经过宇称反演,物理规律保持不变。
  • T对称: 经过时间反演,物理规律保持不变。
  • 一个直观的例子:

    电磁力的规律是:同号电荷相斥,异号电荷相吸。

    经过电荷反演,同号电荷依然是同号电荷,仍然相斥。异号电荷依然是异号电荷,仍然相吸。

    这就说明电磁力的规律满足C对称。

    在1956年之前,人们坚信:弱核力和其它三种基本力一样,也分别满足:C对称、P对称、T对称。

    但在1956年, 杨振宁 李政道 提出:弱核力不满足P对称,也就是其它科普文提到的「宇称不守恒」。在同一年, 吴健雄 就用实验证明了:弱核力不满足P对称。

    这在当时的物理学界,绝对是个惊天动地的大新闻。

    后来人们又认为:弱核力满足CP联合对称,也就是共同发生C反演和P反演,弱核力的规律保持不变。

    但在1964年, J.W.克罗宁 W.费兹 发现:弱核力并不满足CP联合对称。

    有趣的事情从此开始,弱核力必须满足CPT联合对称,但它又不满足CP联合对称,那结论就是:弱核力也不满足T对称。

    时间之矢

    经典力学、电磁学、相对论、量子力学、……,几乎一切物理学方程都满足T对称。

    这就导致从理论上看,很多物理现象都和时间的方向无关,向未来演化和向过去演化都满足物理规律,时间完全可以倒流。

    比如刚性粒子的碰撞,给你一段录像,你无法判断录像是在正放还是倒放。

    但在现实中,我们很容易判断录像是在正放还是倒放,我们也从来没见过时间倒流。

    这意味着理论与实践脱节,时间的方向,被理论忽略了。

    没错, 熵增定律 是对物理理论的重要补充,也经常有人说:熵是「时间之矢」,熵增的方向就是时间流逝的方向。

    但是,熵与人的主观意识关系太大。

  • 经常有资料说 「熵是混乱、无序的程度」 ,但「混乱、无序」都是很主观的概念,甚至对于理解熵这个概念都没什么帮助。
  • 比较负责任的资料会说 「熵是某一宏观状态的微观状态数」 ,但「宏观状态」也是很主观的概念,它和人类的认知水平有关。
  • 因为以上种种原因,导致以 爱因斯坦 为首的很多科学家都认为:时间的方向,只是人类的错觉。

    时间的方向,真的只是人类的错觉吗?

    当然不是。

    我之所以敢说得这么肯定,就是因为: 世上存在弱核力

    上文已经提到过,弱核力不满足T对称。也就是说,对于弱核力而言,向未来演化和向过去演化完全不同。

    大家应该还记得弱核力主导的现象: 放射性衰变

    如果有一大堆放射性元素,经过一个半衰期,放射性元素数量减半。再经过一个半衰期,放射性元素数量再减半。这就是客观、明确、具体的——时间之矢。

    放射性元素的数量,没有任何主观成分。我们也从未看到,放射性元素的数量越来越多。

    时间的方向,不是人类的错觉。

    不可思议的弱核力,划定了「时间之矢」。

    附录

    比较了解物理的读者,应该知道「反物质」这个概念。

    宇宙中的 物质 远多于 反物质 ,究竟是什么原因?你是否也困惑过?

    反物质 可以看成是 物质 的CP联合反演(电荷和自旋相反),没错,又是因为弱核力。它不满足CP联合对称,进而不满足T对称。

    这导致弱核力对 物质 反物质 的作用效果不一样, 物质 越来越多的时间方向,就是 反物质 越来越少的时间方向。

    (当然,这目前只是定性解释,还没有精确的理论计算)

    本文原创作者为:认知皆模型。

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