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宇称不守恒定律_宇称不守恒定律的意义
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发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：
很多朋友想了解关于宇称不守恒定律的一些资料信息，下面是小编整理的与宇称不守恒定律相关的内容分享给大家，一起来看看吧。
来源 | 长尾科技
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宇称不守恒，这是一个让许多中国人既熟悉又陌生的词语！
熟悉，是因为这是全球华人的第一个诺贝尔奖，我们的教科书和媒体会经常提到这个也是很自然的事情；陌生，是因为大多人除了知道杨振宁和李政道发现了它以外，完全不知道这个宇称不守恒到底在说啥。
另外，跟前沿理论物理的一大堆让人懵圈的专业术语相比，“宇称不守恒”这五个字看起来还是很亲民的。
毕竟我们中学时代就学过能量守恒、动量守恒，对守恒的概念还是很熟悉的，而“宇称”听起来应该和宇宙的某种对称有关。
然而，宇称到底是什么呢？为什么它不守恒？
为什么宇称的不守恒会让科学界如此震动，以至于杨振宁和李政道在1956年6月提出了宇称不守恒，1957年的诺贝尔物理学奖立刻颁给了他们？
没错，宇称确实是指一种对称，要想理解宇称不守恒为什么这么重要，就要先理解为什么对称这么重要。
那么，对称到底有多重要呢？
这么说吧，如果没有对称作指导，爱因斯坦不可能发现相对论，当代的理论物理学家们会像失去了灯塔一样集体在黑暗里抓瞎。
物理学大师费曼曾经说过，如果让他选择一句话来概括现代科学最重要的发现，他会选“世界是原子组成的”。
许多当代最著名的物理学家们认为，如果有机会再选一句，那么所选的将是“对称是宇宙规律的基础”这句话。
01. 什么是对称？
一提到对称，许多人脑海里会浮现类似天安门这种严格左右对称的建筑，或者六个瓣的雪花，镜子里帅帅的自己，亦或者是纯粹的圆形、正方形、正六边形这样的几何图形。
没错，这种几何里的对称是我们最容易想到的。
仔细想一下这些对称，我们会发现它们有的是以中间一根轴对称（天安门），有的是围着一个点旋转对称（雪花、圆形、正方形），还有的是相对镜子里的镜像对称。
当然，天安门的那种轴对称你也可以认为它是在天安门中间插了一面镜子，不过这个不是重点，我的重点是：对称的标准可以是多样的。
对称的精确数学定义涉及到不变的概念：如果一个几何图形在某些操作下保持不变，我们就说这个图形在这些操作之下具有某种不变。
一个圆无论你旋转多少度，这个圆看起来还是那个圆，它没有任何变化，我们就说圆这个图形在旋转这个操作下具有不变，简单的说就叫圆具有旋转不变。
同样的，我们用镜子去照一个圆，镜子里的图形依然是一个圆形，通过镜子照的这个过程我们可以称之为反射，那么，圆也具有反射不变。
可以想象，三角形、正方形乃至任何几何图形在镜子里依然是这样的图像，所以它们都具有反射不变。
这是我们辨别对称常用的思维，但是物理学家们却更喜欢另一种思维。
以旋转不变为例，我们判断一个图形是否具有旋转不变，是去尝试着把这个图形给转一下，看看他跟以前还是不是一样的。
这是观察者不动而图形动，但是物理学家们更喜欢使用另外一种方法：图形不动，观察者动。
什么意思呢？
比如物理学家们判断一个圆形是否具有旋转不变，他不是去旋转这个圆看他变没变，而是去旋转观察者，让观察者从不同的角度去看这个圆，看他们看到的是不是同样的圆，如果是一样的就说圆具有旋转不变。
因为运动具有相对，所以观察者不动旋转圆和圆不动旋转观察者本质上并没有什么区别。物理学家们的这种处理方法会使在处理复杂问题的时候变得简单很多，后面你就能体会到了。
上面我们说的对称都是只几何图形的对称，但是物理学家们并不关心几何图形，他们关心的是物理定律，也就是是物理定律的对称。
初次听到这个词很多人可能会感觉到奇怪，几何图形对称好理解，什么叫物理定律的对称呢？物理定律不是一堆公式么，为什么会去考虑他们是否对称的问题？
02. 物理定律的对称
要理解物理定律的对称，我们就要把脑袋里几何图形对称的那个图景忘掉，回到对称更一般的数学定义上来。
我们上面也说了，对称的精确数学定义会涉及到不变这个概念：如果一个几何图形在某些操作下保持不变，我们就说这个图形在这些操作之下具有某种不变。
我们把上面的几何图形换成物理定律，就可以很自然的得到一个物理定律是否对称的判断标准：如果一个物理定律在某些操作下保持不变，我们就说这个物理定律在这些操作下具有某种不变。
还是以旋转操作为例，我们来看看牛顿运动定律在旋转这个操作下是否保持不变，也就是说看看牛顿运动定律是否具有旋转不变。
答案是很明显的，比如一个苹果从树上落下，我们不管是从树下仰视，从树上俯视，还是从远方平视，甚至是从飞机上看，我们都会看到苹果的下落过程符合牛顿的运动定律：苹果朝着地心的方向加速飞去。
一个俯视苹果下落的牛顿和一个仰视苹果下落的牛顿不可能总结出两个运动定律出来，这就是说牛顿定律符合旋转不变，也就是说牛顿定律在旋转这个操作下具有对称。
我们想想，不止是牛顿定律，我们现在发现的任何定律都符合旋转不变，也就是旋转下的对称。
麦克斯韦的电磁学也好，爱因斯坦的相对论也好，量子力学也好，如果我们从不同的角度去看他们就会得到不同的电磁学规律、相对论那还得了？
我们再往深层想一下，旋转不变的本质其实是空间的各向同。
也就是说，只要空间在各个方向上都是均匀的，都是一样的，不存在空间这边密度大一点那边密度小一点，那么观察者从不同方向看到的物理定律就肯定是一样的，即这些定律肯定具有旋转不变。
在这里，我们看到了物理定律的旋转对称居然和空间本身的质联系起来了，有没有隐隐约约感觉对称不只是看起来好看，好像还挺有用呢？
别急，这才看到对称威力的冰山一角，对称的威力还大着呢~
03. 诺特定理
物理学家研究对称绝不是图好玩，是因为对称里蕴含了巨大的能量。要充分理解对称的威力，我们必须先了解一个核弹级别的定理：诺特定理。
诺特定理，顾名思义是一个叫诺特的科学家发现的定理，这个科学家叫埃米·诺特，是位著名的女科学家，被爱因斯坦形容为数学史上最重要的女人，还被称为现代数学之母。
诺特在数学上的成就我这里不多说，她在物理学上最重要的成就就是发现了现代物理学灯塔，让现代物理学家们不再抓瞎的诺特定理。
诺特定理的表述非常简单，就一句话，但是内容非常深刻，它说：物理学里的连续对称和守恒定律一一对应。
我先不做过多的说明，让大家先把思路捋一捋，这句话里的每一个字我们都懂，它要表达的意思也非常清楚，但是这到底意味着什么？
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