北京最好的白癜风医院排名 https://wapyyk.39.net/bj/zhuanke/89ac7.html小哪吒聊科学原创的第18篇科普科学,拒绝任何形式的洗稿或抄袭,违者必究!
在现实生活中,我们观察大自然或者我们自身,就会发现一些特别有意思的现象:比如我们翻转着一只篮球,发现无论你怎么翻动它,让它以各种姿势进入篮筐,它都不会变形,这是因为这个篮球有对称性,不会因为你人为的促使,它就要改变形状,从篮筐里落下来后,它就变成了一个方球。
比如你看到芍药花和牡丹花,它们的花朵是对称的,不会因为你没给它浇水,它就变成其它的形状。比如在下雪的天,我们会发现雪花落在手掌上是有棱角的,这个棱角是对称的。当我们观察自身的时候,会发现我们的两个眼睛,两个鼻孔,两只耳朵,两条胳膊,两条腿,两只手等等都是对称的,我们身体的左边和右边也是对称的。
而且我们的身体的对称性并没有内在的差异,比如说左边的身体和右边的身体构造不会不同。而且当我们的身体映射在水中的时候,这个身体的原形和倒影也是对称的。这个时候难免会有朋友跟我抬杠说,那为什么我们的肠子不对称,不会在腹腔里长出两套肠子?其实这也非常好解释,我们只能说,这种“不对称”是次要的特征,是因为肠子表面面积的增大导致它与身体生长不合比例,所以带来的后果就是,不对称的折叠。
只要我们理解这个自然界和我们接触到的生物具有总体对称性就可以了。我们兴奋的发现,虽然我们老百姓可能不太懂数学和几何,也根本没有学好物理,但这神奇的大自然好像是一直在按照某种特殊的规律在安排万事万物,让这个世界总可以找到一种秩序!
前面说的这些对称性只是我们身边能接触到的案例,是眼睛中的微观。那么从宏观上来说,比如过去和未来,只要你把时间的方向互换一下,其实,它们也是对称的。比如粒子之间的对称,有了上夸克就有下夸克,有了正电子就有负电子,有了物质,就有暗物质,这都是我们不能忽略的对称性。再有,往大了说,空间其实也是对称的,无论空间是平移还是旋转,它都是对称的。
说空间的螺旋对称,可能大家难以理解,那我就给大家举一个例子:盛夏的时候,在露天地里卖咸菜和熟食品的,都喜欢在食物的上方放置一个用彩条制作的旋转螺旋体,它们在旋转的时候,就吓跑了苍蝇,让它们不会蚕食食品,带来卫生隐患。那么它的制作很简单,就是把一个简单的图形通过平移、叠加和旋转操作,人为地组成一个美轮美奂的造型,对苍蝇造成威慑。那么这种用彩条制作的螺旋体其实就是空间螺旋对称的一个绝佳的例子!
当然,空间螺旋对称在一些大城市的建筑物上,在一些画家的作品中,都得到了很好的体现,可以说,空间螺旋对称是建造师和画家们无穷的灵感!当然,一些动物学家,从草履虫身上,从蜈蚣身上,从鳄鱼或者乌龟的甲壳上,都会看到对称性,它们的体表特征是一种平移对称性。还有一些作曲家也对对称性情有独钟,因为在时间节点上韵律的操作也是一种对称,当一个音符随着时间节点的平移在某处设置成低音,高音,泛音都是对称性在发挥作用!
您看,说了这么多,相信您已经了解了对称性的神奇了。虽然对称性是如此奇妙,但落实到物理理论,却显得有一些枯燥了。比如百度百科里对对称性的说明其实就只有一句话:对称性是量子力学里的原理,它用来说明电荷啊,空间啊和时间改变等条件改变之后的不变性!看,再无多余的一句解释!
既然说到量子力学里特殊的对称性,那么我们下面的举例就进入深邃的物理世界吧。比如我们写下一条物理公式,但公式自身蕴含的道理没有改变的话,那其实它也是在遵循对称性!比如你按照这个公式做了一个实验,说将W粒子和B粒子结合在一处,就能产生光子和Z粒子,那么这个实验无论是在你的独家实验室里做还是在火车上做,其实验结果是一样的。
看到这种说法是不是会感到似曾相识?是的,因为这种对称性的说法最初是伽利略提出来的!而这个观点后来被高傲的爱因斯坦所采纳,并且让爱因斯坦在此基础上最终确立了他的相对论!
但,前面所说的都只是我们普通认知里,能够容易轻松接受的普通对称性,其实特理学界还有一种对称,是普通对称的延伸,叫“规范对称”!其实在文章中,我说到了构成物质的12种不可分的造物单位,也就是基本粒子,这些基本粒子无时无刻不在发挥着作用,它们为什么要互相发挥作用?它们不互相发生作用不行吗?其实一切所有“神秘作用”的发生,都是“规范对称”在发生作用!粒子和粒子之间可以发生作用,产生新的粒子,但是一个神奇的地方是,规范对称性约束着众多科学家不能随心所欲地写下任何一个方程。
还是感到难以理解?说白了,就是越是丰富多彩的世界,越不能跟“规范对称”背道而驰!就是说,这个世界没有那么多的随机,也没有那么多的撞大运和异想天开,就像爱因斯坦的那句名言:上帝不喜欢掷骰子!
那么我们不如来看看粒子之间的反应,是如何遵循“规范对称”的吧。比如两个夸克场和一个胶子在同一个时空节点上发生反应的时候,从图形上显示,就是胶子在一条线上,而正夸克和反夸克在胶子线的终端分别向两边发散出去,完美地符合了“规范对称”!
同样,任何两种粒子的反应都可用画图的形式表现出来,你会发现,几乎每两种粒子反应的图形都非常的规范!当然,因为篇幅有限,就不再给大家画粒子图了!但一个不变的规律是:上到物质的最小单位,12种粒子相互作用时要遵循规范对称,大到原子,大到天体,近到我们的日常生活都必须遵循对称,虽然没有任何人强制我们,但我们却无时地刻不在这种对称之中,这难道不是一种美么?