物理学与美学的巅峰重逢——李政道师长思维的星辰之光 | 袁岚峰

来源:admin日期:2021/06/06 浏览:169

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风云之声 

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  导读

  2021年5月29日,袁岚峰在上海交通大学李政道图书馆做通知《物理与美学的巅峰重逢——李政道师长思维的星辰之光》,祝贺李政道师长95岁华诞及其物理科普代外作《对称与偏差称》新书发布(李政道新书发布会上 科普人注释巅峰之光)。会场气氛炎烈,同学们挑问十分踊跃,挑的题目也都很有思考,令人喜悦。以下为演讲稿。

  行家益,专门幸运在这里向行家介绍李政道师长的学术思维。

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  李政道《对称与偏差称》新书发布会

  从吾幼时候刚最先读书的时候,就看到了李政道师长和杨振宁师长获得诺贝尔物理学奖的故事。这对吾当然是一个庞大的鼓舞,吾坚信对益几代人都是如此。当时中国科学界离世界前沿的距离比现在大得多,能够说是百废待兴。但中国人民的壮志凌云首终异国磨灭,专一向进取。现在看来简直有些无邪,但这栽无邪正是一栽难得的精神。正如吾频繁引用的一句基辛格的格言:“大事业往往必要一点无邪去推动。”在这栽勇去直前背后,李政道师长和杨振宁师长的故事就是一个庞大的动力源泉。

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  袁岚峰的通知《物理学与美学的巅峰重逢——李政道师长思维的星辰之光》

  以上这些是所有人都能够理解的。要深入理解李政道师长的思维,最先当然必要理解他的科学收获。所有人都听说过,李政道师长和杨振宁师长得诺贝尔奖是由于发现“宇称不守恒”。但宇称不守恒是什么意思呢?大多数人也许就不隐微了。

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  袁岚峰回答同学的题目

  其实,宇称不守恒的意思能够用一句话注释,就是定义绝对的旁边。

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  旁边镜像

  这话是什么意思呢?让吾们想想,吾们一般是怎么定义旁边的。其实最常用的定义就是:左手在左边,右手在右边。但是稍微一想就会发现,这是个循环定义,根本异国解决任何题目。这个循环定义居然能够奏效,是由于吾们能够跟幼友人面迎面地交流,拿着他的胳膊说,这个是左边,这个是右边。但倘若不克见面,单凭说话交流,你就会发现定义旁边是个专门难得的义务。

  因此,不要说是对幼友人了,即使是对成年人,分清旁边也不是总能做到的。频繁有人在跳舞或者军训的时候顺拐,这就是分不清旁边的典型外现。

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  军训顺拐

  当然,你能够说,人的心脏在左边,起码是大多数人的心脏在左边。这个定义比“左手在左边”益多了,但请仔细想想,这真的是一个内心性的定义吗?

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  人的心脏位于左边

  其实并不是。由于你能够想象一个镜中世界,其中每一幼我、每一个物体以至每一个分子的旁边方向都是跟吾们相逆的。这个镜中世界的人能不克存活呢?回答是能够,由于他并异国忤逆任何物理规律。

  这就触及到了题目的内心:物理规律的旁边对称。所谓人的心脏在左边,只是一个意外的形象,而不是物理规律。吾们坚信,在这个偏差称的形象背后的物理规律照样是旁边对称的。也就是说,镜中世界的所有形象跟实际世界的所有形象同样地能够成立。

  你向着镜子挥舞左手,镜中的人向你挥舞右手,两者同样相符物理规律。你无法分辨哪个是真的,哪个是镜像。甚至能够说,你无法确认你现在是在实活着界内里,照样在镜像世界内里。两者是一致相符理的,你无法分辨本身是在哪个里边。

  这就像伽利略挑出的相对性原理:倘若你在一条匀速直线活动的大船内里,你不向外看就不能够晓畅这条船是静止的照样活动的,由于你看到的所有形象都跟静止的船相通。倘若在船里放一碗水,你看到的就是水面保持程度,而不是水面首伏不定。倘若你在手里握一个球,然后松手,你看到的就是这个球落到正下方,而不是落到后面去。总之,总共都跟静止的船相通。

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  伽利略相对性

  这栽不可分辨性,使吾们无法定义绝对的静止。同样,实活着界跟镜像世界的不可分辨性,使吾们无法定义绝对的旁边。倘若一个形象的镜像跟它已足同样的物理规律,即这个形象无法区分旁边,那么吾们就说这个形象是宇称守恒的。

  广而言之,每一栽对称性都会导致某些物理量无法定义,同时导致某些物理量守恒。本书的附录A里举了益几个例子,列了一张外。例如,空间平移的对称性导致不可定义绝对的位置,由此导致动量守恒定律,这就是刚才说的伽利略相对性。又如,时间平移的对称性导致不可定义绝对的时间,由此导致能量守恒定律。空间转动的对称性导致不可定义绝对的方向,由此导致角动量守恒定律。

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  物理学中对称性的例子(《对称与偏差称》外A.1)

  跟吾们现在最有关的是,空间逆射的对称性导致不可定义绝对的旁边,由此导致宇称守恒定律。这话实际上只是通知行家,存在宇称(parity)如许一个物理量,还异国说它是怎样定义的。宇称这个物理量的定义,吾们留到后面注释。

  倘若你理解到这一层,你的知识程度就超过了90%的人。

  李政道师长在这本书里,举了一个风趣的例子。设想有两辆汽车,造得一模相通,唯一的区别就是旁边逆转。吾们不是把这两辆汽车称为a和b,而是称为b和d,由于b和d互为镜像。请示,这两辆汽车的性能是不是十足相通呢?

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  两辆除互为镜像外造得十足相通的汽车(《对称与偏差称》图5.1)

  常识的回答当然是,十足相通。然而惊人的答案来了:它们能够纷歧样!这就是宇称不守恒。

  详细而言是如许:倘若这两辆汽车用到的全都是通例的物理原理,也就是吾们一般用到的内燃机、电池等等,那么它们的性能实在会十足相通。但倘若用到了一栽超越日常生活的物理原理,即所谓“弱相互作用”(weak interaction),那么它们就会展现区别。

  哎,弱相互作用是什么意思?现在吾们必要讲一下基本作用力,弱相互作用就是其中的一栽。

  倘若问,世界上的力有多少栽?那当然能够数出很多,简直无穷无尽。但倘若问,基础的力有多少栽?那就变得屈指可数了,由于很多栽一般见到的力是能够相符并的,它们都是联相符个来源。例如,化学逆答中涉及的力其实全都是电磁力(electromagnetic force),由于化学逆答中发生的就是电子的重新排布,这是由原子核与电子、电子与电子、原子核与原子核之间的电磁力驱动的。

  经过如许的相符并之后,基本的相互作用就只剩下了三四栽。到底是三栽照样四栽呢?常见的说法是四栽,而这本书里说的是三栽。常见的说法四栽指的是:强相互作用(strong interaction)、电磁力、弱相互作用和万有引力(gravity)。而这本书里把电磁力和弱相互作用相符并称为电弱相互作用(electroweak interaction),因此只有三栽。这是由于在四栽的基础上,物理学家们又挑出了一栽理论,把电磁力和弱相互作用联相符了首来。

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  粒子物理的现在状态(《对称与偏差称》外16.1)

  现在人们还在尝试再把强相互作用和电弱相互作用联相符首来,也就是把引力之外的所有作用都联相符首来。这叫做大联相符理论(grand unified theory),现在还异国成功。还有人在尝试把包括引力在内的所有相互作用都联相符首来,这个现在标就更加庞大了,当然离成功就更远。公多频繁听说的超弦理论(superstring theory),就是这些尝试中的一栽。

  下面,吾们浅易地注释一下这四栽相互作用。

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  四栽基原形互作用

  强相互作用就是把质子(proton)和中子(neutron)结相符成原子核(atomic nucleus)的力。行家都晓畅,原子核是由质子和中子构成的,中子不带电,质子带正电。质子与中子统称核子(nucleon)。这些带正电的质子之间离得这么近,它们之间肯定有很强的静电排斥力。但原子核居然异国炸开,而是周详地结相符在一首,这表明什么?表明核子之间肯定有更强的吸引力,克服了静电排斥。这栽更强的吸引力就是强相互作用,或者称为核力(nuclear force)。它的强度比电磁力高两个量级。

  值得一挑的是,在强相互作用的层面上,质子跟中子是十足相通的。也就是说,质子跟质子之间、质子跟中子之间以及中子跟中子之间的强相互作用都十分。因此对于核力而言,主要的只是核子这个统称,而不必要区分质子和中子。

  然后是电磁力。其实吾们日常生活中用到的几乎所有的力都是电磁力,除了万有引力之外。由于吾们前线说了,所有的化学逆答都来自电磁力,而人力、畜力等等都来自化学逆答。至于家用电器的能量,那更是显而易见来自电磁力。除非你用到了核电站,那是核裂变(nuclear fission),或者氢弹,那是核聚变(nuclear fusion),核裂变与核聚变都来自强相互作用。

  然后是弱相互作用。这不是日常生活中常见的。倘若肯定要找一个跟日常生活比来的,也许就是医院的伽马刀手术,伽马刀的γ射线来自Co-60的β衰变(β decay)。什么叫做β衰变呢?

  人们最初发现放射性的时候,把放出的射线分为α、β和γ三栽。后来发现,所谓α射线就是He的原子核,即两个质子加两个中子;所谓β射线就是电子;所谓γ射线就是光子,只不过是很高能量的光子。因此,放出电子的核逆答被称为β衰变。

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  三栽射线

  电子的质量比核子幼得多,β衰变的时候核子数异国发生转折,只是一个中子变成了质子,原子核的电荷数增补1,同时放出一个电荷为-1的电子。因此在强相互作用的层面上,异国发生任何转折。那么是什么导致了β衰变呢?就是弱相互作用。弱到什么程度呢?比强相互作用弱13个量级。行家能够记住,只要一个核逆答属于β衰变,就涉及到了弱相互作用。

  末了是万有引力。它的强度简直矮得惊人,比强相互作用矮38个量级。因此在其他任何一栽力占主导的情况下,引力都是能够无视的。但它最大的特点就是只有相加异国相减,因此在宇宙尺度上,引力乐到了末了。

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  四栽相互作用的相对强度(摘自杨振宁的诺贝尔奖演讲,https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1957/yang/lecture/)

  益,介绍完了这四栽力,请示,在确定旁边方面其中哪栽是稀奇的?答案是弱相互作用,由于只有它是宇称不守恒的。回顾一下前线说的互为镜像的两辆汽车,倘若它们用到弱相互作用,比如说用Co-60的β衰变来打火,那么它们的性能就会展现差别。

  这当然不是一眼就能看出来的。下面吾们来注释,李政道和杨振宁是如何发现这一点的。

  五十年代,人们发现有两栽粒子,当时称为θ粒子和τ粒子,具有稀奇的性质。怎么个稀奇法呢?搞不清它们到底是两栽差别的粒子,照样联相符栽粒子。一方面,它们的质量、电荷、寿命等等在实验偏差周围内十足十分,因此看首来它们答该是联相符栽粒子。然而另一方面,它们又有一项性质清晰差别,就是宇称,因此它们又答该是差别的粒子。

  现在吾们必要表明一下,宇称这个性质原形是怎么定义的。晓畅宇称不守恒就意味着能够定义旁边,这是第一层。晓畅宇称本身怎么定义,这是第二层。

  吾们在宏不都雅世界里用的牛顿力学(newtonian mechanics),在微不都雅世界里几乎是十足不适用的。要描述微不都雅世界,就必须用到一个更深入的理论,叫做量子力学(quantum mechanics)。量子力学中描述一个系统,用的是一栽数学函数,称为波函数(wave function),它是关于粒子坐标的函数。

  当把一个系统中所有粒子的坐标逆号,即x变成-x,y变成-y,z变成-z,这时系统的波函数有两栽能够,一栽是不变,另一栽是变成本身的负值。为什么只有这两栽能够呢?由于如许的变换做两次,不就回来了吗?所有的坐标先逆号,再逆号,就变回了最初的状态。因此,变换两次之后波函数必然复原。那么变换一次的时候,波函数跟正本的有关必然就是乘以+1或者-1。

  这个题目其实就是,已知

  x2= 1,

  问x等于多少。回答当然就是

  x = ±1。

  益,吾们把x = +1的系统称为偶宇称,把x = -1的系统称为奇宇称。也就是说,波函数在所有坐标逆号时不变的宇称为偶,波函数在所有坐标逆号时逆号的宇称为奇。有且只有这两栽宇称。一个形象宇称守恒说的就是,它不会转折系统的宇称。正本是偶,那么效果照样是偶。正本是奇,那么效果照样是奇。

  现在风趣的事情来了。人们不都雅测到,θ粒子会衰变成两个π粒子,τ粒子会衰变成三个π粒子。这里的π粒子是另一栽粒子,已知它的宇称是奇。

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  θ和τ粒子的衰变(摘自杨振宁的诺贝尔奖演讲,https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1957/yang/lecture/)

  由此能够推出,θ粒子的宇称是偶,由于它等于两个奇宇称相乘,负负得正;τ粒子的宇称是奇,由于它等于三个奇宇称相乘,三个-1乘首来照样-1。如许看来,θ和τ不是联相符栽粒子。但前线吾们刚说了,它们的质量、电荷、寿命等其他性质全都是相通的。那为什么两栽差别的粒子又会如此相通呢?

  这就是当时令物理学界疑心不已的θ - τ难题。倘若你理解了宇称是如何定义的,以及θ - τ难题是什么意思,你的知识程度就超过了99%的人。

  让吾们代入当时人的处境设想一下,倘若你是李政道、杨振宁,你该怎么办呢?清淡人的想法也许就是,这个形象很风趣,但它只是个巧相符而已。不理它了,下一个。

  倘若你如许做,你当然就不能够做出远大的发现了。这就是远大人物跟清淡人的区别所在。远大人物能够敏锐地认识到题目,并且能够经由过程直觉与邃密的分析找到进取的方向。李政道和杨振宁仔细到,宇称守恒固然是个常识,但这个常识并不是天经地义的。也就是说,它并不是个数学定理,而是个经验原形,是能够经由过程实验来检验的。

  这是个石破天惊的想法。请行家仔细想想,1 + 1 = 2能不克经由过程实验来检验?回答是不克,由于它是个数学命题。它的准确性来自当然数的定义,用专科说话说叫做皮亚诺正义系统,总之是一套逻辑建构,而不是经验原形。

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  皮亚诺正义系统

  吾们意外候会给幼友人演示,一个苹果和一个苹果放在一首等于两个苹果,协助他们记住1 + 1 = 2。但请仔细想想,倘若一个苹果和一个苹果放在一首骤然变成了三个苹果,吾们会说1 + 1 = 3吗?不会的,吾们会认为有人在变魔术,而不会认为1 + 1变成了3。

  由于推理总要有个前挑,1 + 1 = 2就属于优先级最高的前挑。吾们总是在用它推出其他东西,而不能够用其他东西推翻它。吾们甚至都无法想象一个1 + 1 ≠ 2的世界是什么样子,由于这必然导致自相矛盾。

  行为相逆的例子,“太阳从东边出来”就是个经验原形,而不是数学命题。它的可信度当然专门高,由于吾们已经不都雅察到这个形象多数次了。但是,原则上吾们总是想象一个太阳从西边出来的世界,而不会导致自相矛盾。因此,这个常识是能够挑衅的,每天的不都雅察就是对它的检验。

  晓畅了经验原形与数学命题的区分之后,吾们就晓畅了关键点:宇称守恒是一个经验原形,而不是数学命题。并异国一个数学理论通知吾们,宇称肯定要守恒。因此,它是能够实验检验的。

  一旦想通了这一点,李政道和杨振宁就赶快最先钻研以前的实验证据。他们发现,对于强相互作用、电磁力和万有引力,已经有足够的实验证据外明它们都是宇称守恒的。但对于弱相互作用,其实从来都异国实验仔细钻研过其中的宇称是否守恒。人们只是出于惯性或者说惰性,当然地认为弱相互作用答该跟其他三个相通,把这个当成默认的前挑了。

  打个比方,有四幼我去过安检。查了前三幼我都没题目,然后安检员就觉得第四幼我理所当然也没题目,让他混进去了。这时有人跳出来说,且慢,第四幼我还没查呢!效果仔细一查,——发现他带了一串烟花爆竹。

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  ——俺也相通!

  ——偏差,有一个纷歧样!

  李政道和杨振宁做的就是这件事,挑醒行家检查第四幼我。最先他们推想,弱相互作用中宇称能够不守恒。如许θ和τ就成了联相符栽粒子,这个矛盾就不存在了。然后为了证实这个推想,他们必要挑出一些判决性的实验。如许的实验很清晰,用一个涉及弱相互作用的形象,欧宝首页例如Co-60的β衰变,看它们的产物是不是旁边对称。

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  李政道和杨振宁挑出宇称不守恒的论文

  很快,吴健雄等人就做了第一个如许的实验。这个实验的难度很大,由于要用很矮的温度,把大量的Co-60原子冷却首来,让它们的磁矩同方向排列。把β衰变和矮温结相符首来的技术,以前是不存在的。但吴健雄等人发挥了高度的创造性,开发出了如许的技术,做成了这个实验。实验效果外明,产物实在是旁边偏差称的。

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  吴健雄等证实宇称不守恒的实验(《对称与偏差称》图5.2)

  上面这个图是书中的图5.2,吾在很多其他地方也见过相通的图。但如许的图匮乏文字标注,很寝陋晓畅它外达的是什么意思。下面这个图,就隐微多了。

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  吴健雄等证实宇称不守恒的实验详细注释图

  这个图通知吾们,左边给螺线管通电,产生一个磁场,使Co-60的核自旋顺着这个磁场排列首来,然后不都雅察到大片面电子是向上走的,而不是向下走。右边是左边谁人装配的镜像。倘若宇称守恒的话,大片面电子也答该从上面走,由于旁边对换并不会影响上下。然而实际不都雅察到的是,右边大片面电子从下面走了,这就损坏了宇称守恒。

  其实,电子发射存在一个上风方向这本身就是惊人的,由于它能够用来确定旁边,这已经足以表明宇称不守恒了。比如说,在左边,把你的左手四指曲成螺线管中电子流的方向,大拇指就会指向上方,这是电子发射的上风方向。在右边,螺线管中电子流的方向逆向了,同时电子发射的上风方向也逆向了,因此它们之间照样是左手的有关。因此,按照螺线管的方向和电子发射的上风方向,就能够定义绝对的旁边。

  由此可见,倘若宇称守恒的话,电子发射就必然是上下对称的,不方向任何一面。因此当吴健雄等人不都雅察到电子发射不是对称的,他们就已经晓畅本身成功了。

  这个形式能够用在一个伪想的场景,就是向外星人注释旁边。倘若吾们跟一个迢遥的外星雅致有关上了,两边能够通话,但不克见面,也不克寄个东西以前。这时吾们就不克像教幼友人相通,挑首对方的胳膊说,这儿是左,这儿是右。但是吾们能够跟他们说,用Co-60做如许一个β衰变的实验,把螺线管与出射电子上风方向之间有关首来的就是左手,而不是右手。倘若外星人精通物理学,他们就会去如许做个实验,然后如梦初醒:正本你们说的左边就是这儿,晓畅了!

  到这个层面,你就十足理解了宇称不守恒是什么意思,你的知识程度超过了99.9%的人。现在你能够理解它有多么波动了吧?

  清淡诺贝尔奖从做出收获到获奖,往往必要几十年。但李政道和杨振宁却是1956年挑出宇称不守恒,1957年即第二年就获奖了,这个惊人的速度逆映了这件事对物理学界的波动之大。

  在批准了弱相互作用中宇称不守恒之后,下一步的题目当然就是:为什么会如许?对此的回答很浅易:不晓畅。

  吾们有很益的理论描述这个形象,就是电弱联相符理论,现在频繁叫做标准模型(standard model)。但这只是描述而不是注释,因此弱相互作用中宇称不守恒的因为现在照样不隐微。

  本书中挑出了一栽能够的注释,称为真空激发。基本意思是,真空并不空,它是有复杂结构的。单独的物质系统偏差称,但加上真空以后,物质 + 真空的这个团体就是对称的。

  这个不都雅点有多大用处呢?李政道师长对它有个清晰的评价:行为一栽记账办法,如许写总是能够的。然而,除非吾们对于真空与物质的有关有其他晓畅,吾们怎么能够鉴定这个不都雅念是准确的,而不是一栽同义逆复呢?

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  李政道对真空激发理论的评价

  吾觉得,这是一个专门值得行家学习的思维形式。这段话里最风趣的是“记账办法”这个词,也就是说,仅仅发明一栽新的说话,并异国带来任何内心性的转折。很多人频繁自以为挑出了某栽远大的灵敏,但其实毫无用处,就是由于他们不晓畅本身想到的只是某栽记账办法而已。远大的科学家就具有这栽逆思能力,能够认识到什么是真实的提高,什么只是同义逆复。

  把单纯的记账办法跟真实的灵敏区睁开的,是转折世界的能力。正如马克思的名言:“形而上学家们只是用差别的方式注释世界,而题目在于转折世界。”李政道在这里的挑议,就是后面的一段:关键的题目在于是否有能够转折真空,使得失踪的对称性再回到物质中来。倘若真空实在像一栽物理介质,那么,肯定能够经由过程转折其外部条件来转折其性质。

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  李政道对如何检验真空激发的提出

  详细而言,李政道挑议的实验形式叫做“相对论性重离子碰撞”(relativistic heavy ion collision)。例如,美国布鲁克海文国家实验室的相对论性重离子对撞机(RHIC)就是干这个的。把两个加速到庞大能量的金原子核对撞,就有能够让真空激发,甚至有能够挨近138亿年前宇宙大爆炸的条件。

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  1999年10月4日在美国布鲁克海文建造完善的相对论性重离子对撞机(《对称与偏差称》图12.1)

  在如许的极端条件下,偏差称的有能够恢复对称。倘若这发生了,就验证了真空激发的理论。当然这个现在标还异国达到,不过在实验过程中,已经产生了很多新发现,因此这些实验照样很有价值的。

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  相对论性重离子对撞前后的真空(《对称与偏差称》图12.2)

  中国国画行家李可染答李政道之邀画过一幅画,标题叫做《核子重如牛,对撞生新态》。这幅画能够看刁难对撞机最益的广告!

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  李可染的画“核子重如牛,对撞生新态”(《对称与偏差称》图12.3)

  能够你还异国看晓畅,真空激发理论原形是什么意思。实际上,学术界对它有另一栽外述,叫做“自愿对称破缺”(spontaneous symmetrybreaking)。吾觉得这栽外述形式更益理解一点,下面向行家介绍。

  大当然中,每个系统都偏向于能量更矮的状态。吾们把能量最矮的状态称为基态(ground state)。倘若基态只有一个,那它当然就待在这个上面。倘若基态有多个,也就是说有多个状态具有相通的能量,但都是最矮的能量,那就有意思了。吾们把这栽情况称为基态简并(degeneracy),这时系统能够待在任何一个基态上面。

  实际上,本书的第二章当中,已经讲了一个如许的例子。对一个弹性杆,从两头向内压缩,会发生什么呢?当压力比较幼的时候,这个杆只缩幼不曲曲。而当压力比较大的时候,这个杆就会发生曲曲。

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  弹性杆的曲曲(《对称与偏差称》图2.1)

  向哪个方向曲曲呢?这跟杆的截面形状有很大有关。倘若截面是一个圆,那么所有方向都是相通的,异国一个稀奇的方向,杆能够向任何一个方向曲曲。倘若截面是一个矩形,那么就有两个方向是稀奇的,杆会向这两个方向中的某一个曲曲。倘若截面十足异国对称性,那么杆就只会向一个能量最矮的方向曲曲。你看,这就是一个基态简并的例子,只不过书里异国写出这个词。

  在基态简并的情况下,倘若你只待在一个基态上看,那就是偏差称的。但倘若你看所有的基态这个团体,那就是对称的。实际上,所有的基态构成的荟萃,必然跟这个系统的物理规律具有相通的对称性。

  对此一个著名的演示,叫做“墨西哥帽子”(Mexican hat)。这栽帽子的帽檐翘首来,形成一道环形的沟。倘若一个球落到墨西哥帽子上面,那么它的基态就是待在这道沟里的某一点。任何一点都是可走的,而这些基态的团体具有圆的对称性。

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  真空的墨西哥帽子能量结构(戴瑾挑供)

  这个图来自吾的友人戴瑾博士。

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  戴瑾

  他比来出版了一本科普著作《从零最先读懂量子力学》,吾也为此书写过选举词,这就是书中的一个图。戴瑾博士1985年经由过程李政道师长机关的CUSPEA到美国留学,今天他和吾能为李政道师长略尽绵薄之力,实在都感到专门幸运!

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  《从零最先读懂量子力学》

  让吾们回到墨西哥帽子。真空激发理论实际的意思,就是真空的能量结构益比这么一顶墨西哥帽子。吾们一般见到的真空,就益比帽檐上的一点,它是偏差称的。但倘若经由过程挑高温度或粒子密度等形式,把势能的形状从墨西哥帽子变成一个启齿向上的桶,桶底是一个安详的基态,那么就恢复了旋转对称性。倘若这得到了实验验证,就对宇称不守恒等形象给出晓畅释。

  益,以上这些是宇称不守恒的后续发展。倘若你理解到这个层面,你的知识程度就超过了99.99%的人。

  介绍完了李政道师长的科学收获,吾们来谈其他一些风趣的话题。李政道师长亲喜欢艺术,此书中举了很多跟艺术家唱和的例子。其中的基本思维,就是此书重版序言中说的:“对称展现宇宙之美,偏差称生成宇宙之实。”

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  《对称与偏差称》重版序

  这话的意思是,描述当然界的基本理论往往是对称的,而实际发生的形象却往往是偏差称的。例如,正物质跟逆物质在基本理论的层面是对称的。但实际的宇宙中,正物质比逆物质多得多。倘若正逆物质相通多,它们就会息灭殆尽,就不会有日月星辰、地球、人类等等形象了。为什么正物质比逆物质多,这是专门耐人寻味的。

  在艺术当中,也有相通的情况。对称是美的,但倘若十足对称,又会让人感到无聊甚至寝陋。书中举了如许一个例子:明末清初的画家弘仁(1610 - 1664)有一幅名作《天都峰图》,看首来十分挨近旁边对称。这专门益,给人美的享福。但倘若把这幅名作改造一下,变成十足旁边对称的,那就糟了,甚至还有点阴森森的,像暗势力的巢穴。

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  弘仁的山水画《天都峰图》与其对称化效果的比较(《对称与偏差称》图3.1)

  请仔细,李政道师长的原话就是,“像暗势力的巢穴”!这不禁令吾大乐,想首了《魔戒》中索伦的按照地魔多。倘若在这幅图上再增个索伦的巨眼,那就更传神了!

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  索伦之眼

  因此,最益的艺术就是基本对称,但又有一些偏差称。书中举了两个例子,来自著名画家常沙娜和吴冠中,请行家赏识。

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  常沙娜的画“水边铁花两三枝,似对称而偏差称”(《对称与偏差称》图5.3)

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  吴冠中的画“对称乎,意外,且看柳与影子(《对称与偏差称》图5.4)

  李政道师长本身也有一个风趣的发现:“旁边”两字是偏差称的,但其实它们正本是对称的!1994年,他在参不都雅西安博物馆的时候看到,汉代竹简上的“右”字不是现在的写法,而是“左”字的镜像。正本旁边两字也曾经有过一个自愿对称破缺!于是他写了如许一首诗:

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  汉代竹简上的“右”字是“左”字的镜像(《对称与偏差称》第五章)

  末了,吾想谈一些吾和李政道师长的幼我情感。吾从来异国跟李政道师长见过面,不过吾有一位博士后导师就是他的次子李中汉(Stephen Lee)教授。

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  李中汉

  李中汉老师是康奈尔大学化学系的教授。很遗憾吾异国和他相符过影,不过吾当时有两位博士后导师,另一位是1981年诺贝尔化学奖得主Roald Hoffmann教授,在Roald组里吾们有相符影。

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  作者在康奈尔大学Roald Hoffmann钻研组的相符影

  吾2001年刚到美国的时候,就是李中汉老师亲自到飞机场接的吾。吾专门惊讶,由于去之前说的是他组里的一位博士后来接吾,见面时怎么变成了导师本身?他说是由于这位博士后有事来不了,于是他就本身开车来了。

  下一个新闻是,他们帮吾找的房子还异国找益,于是他决定让吾到他家里先住几天。吾晕倒!不过现在想首来,照样专门感谢李老师,他就是如许一个炎忱助人、语无伦次的人。吾给父母报坦然的电话,也是在到了李老师家里后打的。

  很不巧,过不久李中汉老师就生了病。他的哥哥李中清(James Lee)来探看他,因此吾们见到了他们兄弟俩。李中清老师是历史学家、社会学家,当时他在加州理工学院做事,现在他担任香港科技大学人文与社会科学学院院长,也在上海交通大学科学史与科学文化钻研院有兼职。

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  李政道与长子李中清

  这兄弟俩一个是化学家,一个是历史学家。他们都异国选择物理专科,因为显而易见:有他们的父亲在前线,压力太大。不过他们照样义无逆顾地选择了学术道路,而且都取得了很大的成功,令人寂然首敬。

  李中汉老师跟吾讲过一个故事。他和他哥哥幼时候问父亲:倘若吾们兄弟俩真的很笨,那该怎么办?李政道师长的回答是:你们能够去当牧师。

  这个故事令吾大乐。实际上,本书也有一个地方挑到了牧师。第15章的第一句话就是:“每当挑出一栽新加速器计划时,总要请理论物理学家,像高级牧师相通去为消耗如此庞大的冒险辩护和祝愿。”由此能够看出李政道师长对宗教的态度!

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  理论物理学家与高级牧师(《对称与偏差称》第15章)

  李中汉老师还讲过一个故事。他父亲1946年到美国留学的时候,其实身负隐秘使命,就是为中国制造核武器。当时中国国民党当局派出的若干位留门生和科研人员,都有这个义务。吾不禁评论了一句:他们最后实在成功了,只不过换了一个当局!

  1964年10月16日,中国第一颗原子弹爆炸

  李中汉老师还通知吾们,他父亲退息以后,照样不息钻研物理。他和另一位哥伦比亚大学的退息教授配相符,每周还见面一次商议做事。这真是专门相符他频繁引用的杜甫的诗:“细推物理须走乐,何用虚名绊此身。”

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  细推物理须走乐,何用虚名绊此身

  吾异国料到的是,2020年吾跟李政道师长还有一个稀奇的交集。有镇日有人在知乎上给吾发私信,说有人挑了一个关于吾的题目,让吾去看。吾一看,居然是这么个题目(https://www.zhihu.com/question/406350219):

  如何看待曾经的「先天神童」袁岚峰,现在也只是做浅易的科普做事?

  题目表明是:

  看他的原料,两年学完幼学和初一的课程,14岁进入中国科技大学化学物理系,23岁获得化学博士学位,这算是开挂的人生吧?但这么多年以前,犹如在科研周围异国太大收获,只能是做做浅易的科普,这算不算又是一个方仲永的哀剧?

  益吧,这真是一个很不礼貌的题目!吾写了一个简短的回答(https://www.zhihu.com/question/406350219/answer/1335180914):

  题主如何看待吾幼我,其实是个幼题目,这是各人的解放。不过让吾哭乐不得的是'浅易的科普’这个说法,有不少人对科普的价值和形式论一无所知,这才是吾们社会的大题目。当然,这也正是必要有专科人士来做科普的因为之一。

  还有很多人驳倒了这位挑问者。其中有一个回答说(https://www.zhihu.com/question/406350219/answer/1335704008):

  恐怕你对浅易的科普有什么误解? 

  吾本人曾永远给《中国国家天文》供稿,有次出差的时候,跑到国家天文台和编辑幼哥促膝长谈,对中国现在的科普近况唏嘘不已。 

  《中国国家天文》除了收吾这栽二把刀天文喜欢益者的文章,还有一个'浅易的科普’专栏,供稿人是李政道。

  没错,就是他,诺贝尔物理学奖获得者。

  吾写了一篇文章(如何看待曾经的「先天神童」袁岚峰,现在也只是做浅易的科普做事?| 袁岚峰),向行家介绍了这件事。很多人都对李政道师长声援科普的精神十分钦佩。没想到,有一位进步友人来跟吾说:

  “

  昨天看到关于《中国国家天文》曾设有'浅易科普’栏现在标话题,行为该杂志的创首人,想再表明一下。

  这本杂志是2006年10月28日正式创刊,初衷是想以市场机制办成一本基于天文学的科学文化杂志,并试图以讲故事、互动的方式避开有些科普杂志的文章'业内看太浅,公多看不懂’的形象,当然如许做并意外味着文章质量不高,而是要争夺更多的受多。鉴于李政道师长不息挑倡科学与艺术的结相符,创刊时即约请他出任特邀顾问(共两人,另一位是任继愈师长)。

  李师长欣然批准约请,并说他的博士论文就是天文学方面的。杂志在做栏现在规划时竖立了'科学与艺术’栏现在,主要刊登科学家的艺术作品和艺术家的科学作品(具有科学元素或内涵的作品),刊登李师长授权的画作即基于此。几年后,李师长主动题写了栏现在名以示声援。

  ”

  正本这个栏现在并不叫做“浅易的科普”,而是叫做“科学与艺术”。这位进步友人还发来了李政道师长批准《中国国家天文》特邀顾问约请的信,以及他给这个栏现在标题词“科学与艺术的团聚”。

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  李政道批准《中国国家天文》特邀顾问约请的信

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  科学与艺术的团聚

  这令吾深受感动。今天吾们在这里分享李政道师长的学术思维,就是科学与艺术的团聚。能够,人生的每一次重逢,都是久别团聚。

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