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(1)CPT聯(lián)合對(duì)稱與太極[轉(zhuǎn)]

 johnney908 2014-12-17

 直到1956年人們都相信,物理定律分別服從三個(gè)叫做C、P和T的對(duì)稱。C(電荷)對(duì)稱的意義是,對(duì)于粒子和反粒子定律是相同的;P(宇稱)對(duì)稱是指,對(duì)于任何情景和它的鏡像(右手方向自旋的粒子的鏡像變成了左手方向自旋的粒子)定律不變;T(時(shí)間)對(duì)稱是指,如果我們顛倒粒子和反粒子的運(yùn)動(dòng)方向,系統(tǒng)應(yīng)回到原先的那樣;換言之,對(duì)于前進(jìn)或后退的時(shí)間方向定律是一樣的。

  1956年,兩位美國物理學(xué)家李政道和楊振寧提出弱作用實(shí)際上不服從P對(duì)稱。換言之,弱力使得宇宙的鏡像以不同的方式發(fā)展。同一年,他們的一位同事吳健雄證明了他們的預(yù)言是正確的。她將放射性元素的核在磁場(chǎng)中排列,使它們的自旋方向一致,然后演示表明,電子在一個(gè)方向比另一方向發(fā)射出得更多。次年,李和楊為此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。人們還發(fā)現(xiàn)弱作用不服從C對(duì)稱,即是說,它使得由反粒子構(gòu)成的宇宙的行為和我們的宇宙不同。盡管如此,看來弱力確實(shí)服從CP聯(lián)合對(duì)稱。也就是說,如果每個(gè)粒子都用其反粒子來取代,則由此構(gòu)成的宇宙的鏡像和原來的宇宙以同樣的方式發(fā)展!但在1964年,還是兩個(gè)美國人--J·W·克羅寧和瓦爾·費(fèi)茲--發(fā)現(xiàn),在稱為K介子的衰變中,甚至連CP對(duì)稱也不服從。1980年,克羅寧和費(fèi)茲為此而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。(很多獎(jiǎng)是因?yàn)轱@示宇宙不像我們所想像的那么簡(jiǎn)單而被授予的?。?/p>

有一個(gè)數(shù)學(xué)定理說,任何服從量子力學(xué)和相對(duì)論的理論必須服從CPT聯(lián)合對(duì)稱(太極圖是滿足CPT聯(lián)合對(duì)稱的完美模型,因此其表征的規(guī)律同時(shí)服從量子力學(xué)和相對(duì)論的理論)。換言之,如果同時(shí)用反粒子來置換粒子,取鏡像和時(shí)間反演,則宇宙的行為必須是一樣的??肆_寧和費(fèi)茲指出,如果僅僅用反粒子來取代粒子,并且采用鏡像,但不反演時(shí)間方向,則宇宙的行為不保持不變。所以,物理學(xué)定律在時(shí)間方向顛倒的情況下必須改變--它們不服從T對(duì)稱。
楊、李的發(fā)現(xiàn)意味著弱力使宇宙鏡象的發(fā)展不同于我們宇宙!人們還發(fā)現(xiàn)。

    弱力也不服從C(電荷)對(duì)稱,也就是說,由反粒子構(gòu)成的宇宙和我們的宇宙不同!當(dāng)時(shí)楊和李認(rèn)為弱力服從CP聯(lián)合對(duì)稱——將所有的粒子以反粒子代替,由此構(gòu)成的宇宙的鏡象,其行為和我們的宇宙相同。然而1964年美國人J.W.克羅爾和瓦爾。費(fèi)茲發(fā)現(xiàn),在K介子的衰變中,甚至連CP聯(lián)合對(duì)稱也不服從!他們也因此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。他們進(jìn)一步得出推論:由于數(shù)學(xué)定理證明了科學(xué)定律必須服從CPT聯(lián)合對(duì)稱,我們將不難理解:如果定律服從T對(duì)稱,同時(shí)不服從CP聯(lián)合對(duì)稱,那么定律將無法服從CPT聯(lián)合對(duì)稱——而這種對(duì)稱是被數(shù)學(xué)定理證明了的。我們不得不接受這個(gè)事實(shí)——定律在時(shí)間方向顛倒的情況下必須改變,也即科學(xué)定律不服從T(時(shí)間)對(duì)稱!

在量子場(chǎng)論中可以嚴(yán)格證明,對(duì)于滿足狹義相對(duì)論的平直空間中的量子場(chǎng),這三種對(duì)稱性的組合CPT 是嚴(yán)格守恒的,這被稱為CPT 定理。這一定理有很多重要的推論, 例如同一種場(chǎng)的正反粒子的質(zhì)量和壽命相等,電磁性質(zhì)相反。迄今為止在地面加速器上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了CPT 守恒。
科學(xué)家相信,科學(xué)定律在稱作C、P和T的聯(lián)合變換作用下不變。C變換是指粒子和反粒子互換的正反粒子變換;P變換指的是空間三個(gè)坐標(biāo)軸都反向的空間(鏡像)反射變換;T變換則指的是時(shí)間反演變換(把時(shí)間顛倒,將t變成-t)。(注:倪光炯認(rèn)為粒子和反粒子對(duì)應(yīng)空間反演和時(shí)間反演,實(shí)際上符合CPT聯(lián)合對(duì)稱:敏感的讀者一定已經(jīng)猜到下而我們將要講的話了:正反粒子間的變換是不能夠主觀地定義的,它是x→-x,t→-t變換下理論的自然結(jié)果.注意在上述空間-時(shí)間反演中,除將x和t改號(hào)之外,不再作任何復(fù)共軛變換,我們便自然得到了電子變?yōu)檎娮拥慕Y(jié)果。這當(dāng)然是一個(gè)新的然而是非常簡(jiǎn)單的假設(shè)。當(dāng)寫出電子和正電子的平面波函數(shù)后,我們會(huì)清楚地看到僅將x和t改號(hào)就可以使電子和正電子之間發(fā)生轉(zhuǎn)變。以上所說,意味著我們把原來的CPT定理看成為一個(gè)假設(shè),也就是把理論倒過來。在CPT定理中,首先分別把C、P、T定義好,加上狹義相對(duì)論作為前提,證明理論有不變性;現(xiàn)在則是說,P和T的定義應(yīng)簡(jiǎn)化到x→-x,t→-t。然后可看到,正反粒子變換己在其中,不必再另外定義了。.....將質(zhì)量的本質(zhì)規(guī)律用一句話來概括,也就是上節(jié)所說的:“一切物質(zhì)都包含正負(fù)兩種粒子狀態(tài)的自由度,它們具有空間-時(shí)間反演(x→-x,t→-t)下互相轉(zhuǎn)化的對(duì)稱性”。
http://blog.sina.com.cn/s/blog_53d3accd0100avz1.html
)物理學(xué)家曾長(zhǎng)期認(rèn)為物理定律在這三個(gè)變換時(shí)保持不變,即都是守恒的,分別叫C守恒(電荷共軛守恒)、P守恒(宇稱守恒)和T守恒。李政道和楊振寧于1956年證實(shí),弱相互作用過程中宇稱不守恒。人們于是轉(zhuǎn)而認(rèn)為,雖然弱相互作用過程中宇稱不守恒,但在正反粒子變換(C)和空間反射(P)變換兩個(gè)變換聯(lián)合變換(即CP變換)時(shí),物理規(guī)律仍然是不變的,這叫CP守恒。后來人們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),弱相互作用過程中CP聯(lián)合變換也不守恒。到現(xiàn)在我們還剩下更聯(lián)合的守恒:CPT守恒,即在正反粒子變換、空間反射變換、時(shí)間反演變換的聯(lián)合作用之下,運(yùn)動(dòng)規(guī)律是不變的。

費(fèi)因曼歷史求和允許在微觀的尺度下旅行到過去??茖W(xué)定律在CPT聯(lián)合對(duì)稱下不變。這表明,一個(gè)在反時(shí)鐘方向自旋并從A運(yùn)動(dòng)到B的反粒子還可以被認(rèn)為是在時(shí)鐘方向自旋并從B運(yùn)動(dòng)回A的通常粒子。類似地,一個(gè)在時(shí)間中向前運(yùn)動(dòng)的通常粒子等價(jià)于在時(shí)間中往后運(yùn)動(dòng)的反粒子?!翱铡钡目臻g充滿了虛的粒子和反粒子對(duì),它們一道出現(xiàn)、分離,然后回到一塊并且相互湮滅。

  這樣,人們可以把這對(duì)粒子認(rèn)為是在時(shí)空中沿著一個(gè)閉合圖運(yùn)動(dòng)的單獨(dú)粒子。當(dāng)對(duì)子在時(shí)間中向前運(yùn)動(dòng)時(shí)(從它出現(xiàn)的事件出發(fā)到達(dá)它湮滅的事件),它被稱為粒子。但是,當(dāng)粒子在時(shí)間中往回運(yùn)動(dòng)時(shí)(從對(duì)湮滅的事件出發(fā)到達(dá)它出現(xiàn)的事件),可以說成反粒子在時(shí)間中向前運(yùn)動(dòng)。

 

這進(jìn)一步啟發(fā)我們太極的結(jié)構(gòu)實(shí)際上是關(guān)于原點(diǎn)的中心對(duì)稱圖形,假設(shè)太極是正反物質(zhì)共同構(gòu)成的,其中正反物質(zhì)互相繞旋,每一時(shí)刻運(yùn)動(dòng)方向正好相反,對(duì)應(yīng)時(shí)間方向相反,并且彼此旋進(jìn)法則相同---x,y,z都取反,從不確定性原理角度來說,動(dòng)量和位置,能量和時(shí)間不能同時(shí)測(cè)得準(zhǔn),都受普朗克量子尺度的局限,并且同時(shí)要求動(dòng)量和位置以及能量和時(shí)間的增量符號(hào)保持一致,主要原因就在于二者在太極兩魚互相繞旋基礎(chǔ)上又分別互鎖成太極,比如太極整體動(dòng)量有一個(gè)正向增量時(shí),其位置必須有一個(gè)對(duì)應(yīng)的正向增量,不然就會(huì)違反不確定性原理,也就是說規(guī)律在位置有相應(yīng)的平移后才能保持不變性,這恰好對(duì)應(yīng)正物質(zhì)和負(fù)反物質(zhì)離相程度的加深,即內(nèi)部位移的增大,反之則離相程度減少,內(nèi)部位移變小;對(duì)于時(shí)間和能量的分析也是如此,當(dāng)能量有正向增量時(shí),對(duì)應(yīng)的時(shí)間流逝也有正向增量或能量有負(fù)向增量時(shí),所對(duì)應(yīng)的時(shí)間也有負(fù)向增量,則對(duì)應(yīng)規(guī)律在時(shí)間平移后才能保持不變,實(shí)際上也對(duì)應(yīng)整體離相所造成的速度效應(yīng)的變化;而動(dòng)量和能量守恒時(shí),則存在規(guī)律的空間和時(shí)間平移不變性(弱作用不符合CP聯(lián)合對(duì)稱,則暗示了正變反,右旋進(jìn)變左旋進(jìn)規(guī)律不同,而實(shí)際上正變反,旋進(jìn)方向不變規(guī)律一致,這恰好對(duì)應(yīng)兩眼的情況)則完全對(duì)稱,兩魚的反對(duì)稱性可以明確表明這一點(diǎn)。太極結(jié)構(gòu)中可以挖掘出中心對(duì)稱效應(yīng),也可挖掘出平行鏡效應(yīng)和直角鏡效應(yīng).前者相關(guān)于雙魚,后者相關(guān)于雙s和萬字符號(hào)。

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