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宇称不守恒理论(宇称不守恒定律的用途)

宇称也叫空间反射。这是几何学里面的一个很重要的参数。它并不是物理量,也不是物理学独有的东西。在数学里,宇称是很常见的。初中我们就学过作一个图形关于某一条直线对称的像,这就是空间反射。

宇称不守恒理论

所谓宇称守恒,其实是一个不太严谨的说法,应该叫空间反射不变性。在这里,我先介绍一条重要的数学-物理定理:诺特定理。该定理说,具有连续对称性的物理系统一定具有某种守恒律。注意,我把“连续”二字加黑以示强调。一个系统如果拥有转动对称性,也就是将体系绕着某个轴转动而不改变体系,那么该体系存在角动量守恒。类似地,平移不变的体系存在动量守恒。但是,宇称并非是连续对称性,换句话说,一个体系即便空间反射不变,也不代表就存在守恒律!可是如果体系具有某种和宇称相关的守恒律,那么该体系空间反射一定是不变的。

现在的问题是,什么样的体系具有空间反射不变性?引力是物理学家最早发现的相互作用,它是具有空间反射不变性的。原因很简单,写出牛顿引力场的基本公式,将其做空间反射,会发现该方程所描述的引力场没有改变!其次是电磁场,考察麦克斯韦方程即可发现,在空间反射下,梯度算符出一个负号,电场强度矢量出一个负号,磁感应强度矢量不变,电流密度矢量出一个负号,电位移矢量出一个负号,磁场强度矢量不变,所以麦克斯韦方程是空间反射不变的。

仿佛我们可以归纳一条定律:对于所有相互作用,空间反射不变性都是严格成立的,也就是宇称守恒定律。但是这条定律在弱相互作用上却被严格否定了!!所谓弱相互作用不满足空间反射不变性,最简单的例子就是吴健雄等当年提出的实验,对称而放的两台性能完全一致的β粒子衰变仪器,发射的β粒子的自旋却并不是左右对称的。这就说明弱相互作用不是空间反射不变性,而是空间反射改变的。这就是弱相互作用的宇称不守恒。

弱相互作用的宇称不守恒说明,不存在空间反射的普遍守恒律!我们必须要从更加本质的物理学理论出发去研究相互作用,而不是唯象地寻找几个守恒律就可以理解相互作用的。

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