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宇称不守恒定律_宇称不守恒定律的意义
对称,定律,原子核宇称不守恒定律_宇称不守恒定律的意义
发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：
对称和守恒定律一一对应，那就是说每一个对称都有一个守恒定律跟它对应，每一个守恒定律也有一个对称跟它对应么？那岂不是说我熟悉的能量守恒定律，动量守恒定律也都对应了某个对称？
那上面的旋转对称，反射对称又对应了什么守恒定律呢？如果它们之间真的是这样一一对应的，那么以后我只要在实验里发现了新的守恒量，就等于发现了一个新的对称么？这太不可思议了……
没错，上面想的都没错，诺特定理说的清清楚楚明明白白，没有任何歧义，就是这样！
另外，关于诺特定理里连续对称的连续，我稍微说明一下：在经典力学里，像旋转对称，我们可以旋转任意的角度，这显然是个连续的对称，而镜像对称则要么是镜里要么是镜外，只能取两个值，这是不连续的。
在经典力学里，守恒定律是跟连续对称一一对应的。但是到了量子力学这里，压根就没有连续的东西，一切都是量子化的，所以这种差异就没有了。
因此，在量子力学里，即便是镜像这种不连续的对称也有相应的守恒定律。
为了让大家对诺特定理有更深刻的理解，我们先来看看几个常见的例子。
04. 能量守恒定律的对称
诺特定理说对称和守恒定律一一对应，那么就先从我们最熟悉的能量守恒定律开始。
既然能量守恒，那么按照诺特定理就有一种对称与之对应，是什么对称呢？
这里我不卖关子了，直接告诉大家，跟能量守恒对应的这种对称叫时间平移不变。
什么叫时间平移不变，平移就是时间流逝移动的意思，说得再通俗一点就是：我今天做实验跟明天做实验遵循同样的物理定律。
噢，这下子秒懂了！有人说这不是废话么，一个物理定律如果他今天成立明天不成立，那还叫什么定律，那我们要这样的定律还有个锤子用？
没错，吐槽的一点没错，物理学家们千辛万苦的寻找各种物理定律，为的就是利用这些定律预测物体未来的运动情况，你如果跑来告诉我这个定律只有这一刻有效，下一刻就失效了，也就是没有时间平移不变，那我们还预测个啥啊？
所以，显而易见的，我们目前所有的物理定律都是符合时间平移不变的，明白了这一点，你就知道为什么能量守恒定律的适用范围这么广了吧？
因为诺特定理告诉我们，只要物理定律是时间平移不变的，那么他就肯定能量守恒，而时间平移不变看起来这么强，所以能量守恒也就这么强了。
现在这个关系是对应起来了，但是大部分人脑袋里肯定还是懵的：为什么能量守恒定律就是跟时间平移不变对应，而不是跟其他的对称对应呢？
具体的证明过程比较复杂，这里就不说了，有兴趣的自己去查资料，我这里提供一个简单的思路让大家直观的感受一下为什么如果没有时间平移不变，能量就不守恒了。
假设物理定律不遵守时间平移不变，这一秒的定律跟下一秒的定律不一样。
那我把一块石头往上抛，让它刚好一秒钟达到最高点然后它开始下落，我假设下落时的定律让同样大小的引力能够产生两倍于上抛时候的加速度，那时候下落到出发点的时候它的速度肯定比上抛的时的初候速度更大，也就具有更大的能量。
那么，在抛一个石头的过程中它就凭空创造了能量，所以能量显然就不守恒了。
理解了能量守恒对应时间平移不变之后，后面两个熟悉的守恒我就直接说结果了：动量守恒对应空间平移不变（空间平移不变就是说物理定律在北京和在上海都一样，在不同的空间物理定律相同），角动量守恒对应于我们上面说的旋转不变。有了这种概念以后，知道了能量、动量、角动量守恒定律不过是一种对称的体现之后，我相信你不会再怀疑对称在物理学的重要了。
那么，镜面的反射对称呢？物理定律是否遵循反射对称呢？如果遵循反射，那么它对应的守恒定律又叫什么呢？
05. 宇称不变
做了这么多铺垫，我们文章的主角——宇称，也该出场了。
没错，跟镜像反射对称，也就是左右对称相对应的这个守恒量，就是宇称。宇称也跟物体的质量、电荷一样，是描述基本粒子质的一个物理量。
所以，我们说物理定律的宇称不变，其实就是说物理定律在经过镜面反射对称处理之后依然保持不变，简单的说就是镜子里的世界跟外面的世界遵循同样的物理定律。
怎么通俗的理解这个事？举个例子，我们每个人都有照镜子的体验，因为人体的特殊对称，镜子里的人看起来跟镜子外面的人一模一样，但是左右颠倒了。
也就是说，镜子外面的人动一下左腿，你会感觉到镜子里面的人动了一下右腿。
如果这时候外面还有一个足球，镜子外面的人用左腿提了一下足球，这个足球会按照牛顿运动定律被踢开，同时我们会看到镜子里面的人会用右腿把把这个足球朝另一个方向踢开，现在问题的关键是：镜子里面的人踢足球这个过程是否满足牛顿运动定律？
如果也满足牛顿运动定律，那我们按照定义就可以说牛顿运动定律在镜面反射对称下具有不变，也就是具有宇称不变，那这个过程就宇称守恒。
可以想象一下，如果现实生活中你真的有一个一模一样的双胞胎，这个双胞胎完全按照你镜子里的样子站立，按照你镜子里的样子用右腿踢那个球，双胞胎的球和镜子里的球会按照一样的轨迹运动么？
答案是肯定的，镜子里的世界跟你一样遵循牛顿运动定律，根据牛顿运动定律根本无法区分镜子里面和外面的世界。
如果你有魔力把镜子里的人和球都抠到现实世界里来，你会发现他跟你除了左右相反之外，他踢球的过程跟你平常的感觉是一模一样的，踢出去的球依然是一条优美的抛物线。
这也就是说，牛顿运动定律具有严格的宇称不变，按照牛顿运动定律发生的过程严格宇称守恒。
其实，不止是牛顿运动定律，在四大基本相互作用力里，电磁力、引力、强力的物理规律都具有宇称不变，由它们支配的过程都宇称守恒。
但是，剩下的那个弱力呢？
06. 从宇称守恒到宇称不守恒
宇称，也就是镜面反射对称，在我们日常生活里实在是太常见太熟悉了。
镜子里的世界跟镜子外的世界比也就是左右互换了一下，镜子外顺时针旋转的东西在镜子里面在逆时针旋转而已。
我们的直觉告诉我们上帝应该是公平的，他没有任何理由偏爱左边或者右边，相对论的成功更是极大地加深了这种思想。
所以，宇称不变，也就和其它几个最基本的不变（比如时间平移不变、空间平移不变、旋转不变等等）一样，被物理学家们视为最基本的规律。
视为最基本的意思就是说，如果科学家们发现了有什么现象似乎违反了这个规律的时候，大家首先的反应不是这个规律有问题，而是还有其他没有考虑进来的因素。
这里最明显的就是时间平移不变对应的能量守恒了，有很多次物理学家们发现某个物理过程不满足能量守恒，他们不会怀疑能量守恒出了问题，而是去找有什么新粒子或者新现象没有被发现，然后后来他们就真的找到了这样的新粒子新现象，然后顺便去斯德哥尔摩旅了个游，这一招屡试不爽。
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