第16章_万维宇宙_奇书网
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第16章(1 / 2)
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盾牌保护位于身体左侧的心脏。但麻烦的是,另一种理论与上述理论完全相反。它认为,左撇子在战场上更有优势,在一个被惯用右手的人主宰的世界上,占绝对少数的左撇子往往会取胜,因为他们在战场上总能进行出人意料的抵抗。至少有一些支持这一论点的数据,左撇子在体育赛事中取得了与其人数不相称的巨大胜利。

自然界的20种氨基酸中,有19种都存在两种构型,即左旋型和右旋型。在非生物反应产生氨基酸的实验中,左旋和右旋两种类型出现的几率是均等的,但在生命体中,19种氨基酸惊人一致地全部呈现左旋型(除了极少数低级病毒含有右旋型氨基酸)。无疑,生命对左旋型有着强烈的偏爱。

有人提出,生命起源时,氨基酸呈左旋型其实是随机的,它不过是顺应了地球围绕太阳转的磁场方向。但多数科学家却认为,左旋型和右旋型的不对称意味着这两种能量存在着高低。通常认为,左旋型能量较低,也较稳定,稳定则容易形成生命。

更令人费解的是,虽然构成生命体的蛋白质氨基酸分子都是左旋型的,但组成核酸的核糖和脱氧核糖分子却都是右旋型的——尽管天然的糖中左旋和右旋的几率几乎相同。

如果说偏手性为何存在的问题尚未解决的话,那么它是如何形成的问题同样没有解决。胚胎最初形成时完全是对称的,为了最终发育成不对称的特征,它还必须能识别自己,即如何将原子安排到合适的左右位置。

看来,上帝对左右真的是有所偏爱的,如果事事处处都要达到绝对的平衡对称,“万物之灵”的生命就不会产生了。

结论:分子结构存在同分异构体,形成手性差异,而自然对手性的选择是不对称的。

2.宇称非对

宇称就是指一个基本粒子与它的“镜像”粒子完全对称,人在照镜子时,镜中的影像和真实的自己总是具有完全相同的性质——包括容貌、装扮、表情和动作。同样,一个基本粒子与它的“镜像”粒子的所有性质也完全相同,它们的运动规律也完全一致,这就是“宇称守恒”。

假如一个粒子顺时针旋转,它的镜像粒子从镜中看起来就是逆时针旋转,但是这个旋转的所有定律都是相同的,因此,镜内镜外的粒子是宇称守恒的。按照诺特定理,与空间反射不变性对应的就是宇称守恒。

在某种意义上,我们可以把同一种粒子下的个体粒子理解成彼此互为镜像的。假设一个电子顺时针方向自旋,另一个电子逆时针方向自旋,一个电子就可以把另一个电子当成镜像中的自己,就像人通过镜子看自己一样。由此推断,根据宇称守恒理论,所有电子自身环境和镜像环境中都应该遵循同样的物理定律,其他粒子的情况也是如此。

很早就有人提出了牛顿定律具有镜像对称性。不过,以前科学家们提出的那些具有镜像对称的物理定律大多是宏观的,而宇称守恒则是针对组成宇宙间所有物质的最基本的粒子。如果物质最基本层面的对称能够成立,那么对称就成为宇宙物质的根本属性。

现代物理将物质间的相互作用力分为四种:引力、电磁力、强力和弱力。在强力、电磁力和引力作用的环境中,宇称守恒理论都得到了很好的验证:粒子在这三种环境下表现出了绝对的、无条件的对称。

在普通人眼中,对称是完美世界的保证;在物理学家眼中,宇称守恒如此合乎科学理想。于是,弱力环境中的宇称守恒虽然未经验证,也理所当然地被认为遵循宇称守恒规律。

20世纪50年代初,科学家们从宇宙射线里观察到两种新的介子:θ和t。这两种介子的自旋、质量、寿命电荷等完全相同,很多人都认为它们是同一种粒子。但是,它们却具有不同的衰变模式,θ衰变时会产生两个π介子,t则衰变成三个π介子,这说明它们遵循着不同的运动规律。

假使t和θ是不同的粒子,它们怎么会具有一模一样的质量和寿命呢?而如果承认它们是同一种粒子,又怎么会具有完全不一样的运动规律呢?

为了解决这一问题,物理学界曾提出过各种不同的想法,但都没有成功。物理学家们都小心翼翼地绕开了“宇称不守恒”这个可能。当时的物理学家们不能想象:一个电子和另一个电子的运动规律不一样吗?或者一个介子和另一个介子的运动规律不一样吗?

1956年,李政道和杨振宁两位物理学家在深入细致地研究了各种因素之后,大胆地断言:θ和t是完全相同的同一种粒子(后来被称为k介子),但在弱相互作用的环境中,它们的运动规律却不一定完全相同。通俗地说,这两个相同的粒子如果互相照镜子的话,它们的衰变方式在镜子里和镜子外居然不一样!即“θ…t”粒子在弱相互作用下是宇称不守恒的。

类比说明:假设有两辆互为镜像的汽车,汽车a的司机坐在左前方座位上,油门踏板在他的右脚附近;汽车b的司机则坐在右前方座位上,油门踏板在他的左脚附近。

汽车a的司机顺时针方向开动点火钥匙,把汽车发动起来,并用右脚踩油门踏板,使得汽车以一定的速度向前驶去;汽车b的司机也做完全一样的动作,只是左右交换一下,他反时针方向开动点火钥匙,用左脚踩油门踏板,并且使踏板的倾斜程度与a保持一致。现在,汽车b将会如何运动呢?

大多数人会认为,两辆汽车应该以完全一样的速度向前行驶。遗憾的是,在粒子世界里,汽车b将以完全不同的速度行驶,方向也未必一致!粒子世界就是这样不可思议地展现了宇称不守恒。

最初,“θ…t”粒子只是被作为一个特殊例外,人们还是不愿意放弃整体微观粒子世界的宇称守恒。此后不久,物理学家吴健雄用一个巧妙的实验验证了“宇称不守恒”,吴健雄用两套实验装置观测钴60的衰变,她在极低温下用强磁场把一套装置中的钴60原子核自旋方向转向左旋,把另一套装置中的钴60原子核自旋方向转向右旋,这两套装置中的钴60互为镜像。

实验结果表明,这两套装置中的钴60放射出来的电子数有很大差异,而且电子放射的方向也不能互相对称,证实了弱相互作用中的宇称不守恒。

从此,“宇称不守恒”才真正被承认为一条具有普遍意义的基础科学原理。不过,究竟粒子为什么在弱相互作用下会出现宇称不守恒呢?根本原因至今仍然是个谜。

结论:宇称不守恒说明弱相互作用的镜像不对称。

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