宇宙中有四大基本力:
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。
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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。
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。
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 和 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 和 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。
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 和 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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