宇称不守恒定律和星系旋转的关系

伤我心太深

　　宇称不守恒定律
　　目前普遍接受的物理学理论认为，每一种基本粒子都有其对应的反粒子。譬如说与带负电的电子相对应的就存在着质量相同、携带电荷正好相反的正电子。在反物质理论提出后，科学家们一直认为，粒子和反粒子之间在特性上存在对称，就像人们通过镜子看自己一样。这些对称特性主要包括基本物理定律不受时间方向性影响，在空间反射下的物理过程以及粒子与反粒子的变换过程遵循对称，它们分别被称为时间、宇称和电荷守恒定律。


　　宇称不守恒首先由华裔科学家杨振宁，李政道提出，最后有吴健雄博士通过实验给予证明。吴健雄用两套实验装置观测钴60的衰变，她在极低温(0.01K)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，吴健雄还在实验中发现了电子倾向于左手旋(大部分粒子具有左手旋倾向)的现象。实验结果证实了弱相互作用中的宇称不守恒。


　　宇称不守恒的发现并不是孤立的。在微观世界里，基本粒子有三个基本的对称方式：一个是粒子和反粒子互相对称，即对于粒子和反粒子，定律是相同的，这被称为电荷(C)对称;一个是空间反射对称，即同一种粒子之间互为镜像，它们的运动规律是相同的，这叫宇称(P);一个是时间反演对称，即如果我们颠倒粒子的运动方向，粒子的运动是相同的，这被称为时间(T)对称。
　　如果宇称守恒，也就是说如果用反粒子代替粒子、把左换成右，以及颠倒时间的流向，那么变换后的物理过程仍遵循同样的物理定律。


　　但是自从宇称守恒定律被李政道，杨振宁和吴健雄打破后，科学家很快又发现，粒子和反粒子的行为并不是完全一样的!一些科学家进而提出，可能正是由于物理定律存在轻微的不对称，使粒子的电荷(C)不对称，才导致宇宙大爆炸之初，生成的物质比反物质略多一点多。大部分物质与反物质湮灭了，剩余的物质才形成了我们今天所认识的世界。如果物理定律严格对称，宇宙连同我们自身就都不会存在了，如果没这种机制，宇宙大爆炸之后诞生了数量相同的物质和反物质，正反物质相遇后会立即湮灭，那么星系、地球乃至人类就都没有机会形成了。

　　接下来，科学家发现连时间本身也不再具有对称性了!


　　可能大多数人原本就认为时光是不可倒流的。日常生活中，时间之箭永远只有一个朝向，过去的不能追回，打碎的玻璃无法复原，过去与未来的界限泾渭分明。不过，在物理学家眼中，时间却一直被视为是可逆转的。比如光子碰撞产生电子，而正负电子相遇则同样产生一对光子。然而，1998年末，物理学家首次在微观世界中发现了违背时间对称性的事件。欧洲原子能研究中心的科研人员发现，正负K介子在转换过程中存在时间上的不对称性：反K介子转换为K介子的速率要比其逆转过程(即K介子转变为反K介子)来得要快。


　　欧洲核子中心新实验证明，反物质转化为物质的速度要快于其相反过程。因此它为宇宙中物质量为何远远超过反物质量提供了部分答案。另外，新成果对物理学基本对称定律研究也有重要意义。物理学家们一直认为，除了基本物理定律不受时间方向性影响外，物体在空间物理反射的过程以及粒子与反粒子的变换过程也应遵循对称性。时间、宇称和电荷守恒定律被认为是支撑现代物理学的基础之一。





　　1999年3月，科学家称直接观测证明电荷宇称定律有误。美国费米实验室宣布说：“该实验室以前所未有的精度，基本‘确切无疑’地证明中性K介子在衰变过程中直接违背了电荷宇称联合对称法则(CP宇称守恒)”。这一结果被认为是物质和反物质研究领域的一项重要进展。证明K介子违背宇称和电荷联合守恒定律，其主要途径是研究K介子衰变为其它粒子的过程。K介子可衰变为两个介子。物理学家们曾从理论上指出，通过实验测量出一定数量K介子中有多少衰变为介子，这一比值如果不接近零，那么即可被视为直接证明了宇称和电荷联合定律不守恒。而费米实验室所获得的最新数值结果(0.00280误差0.00041)，由于其精确度比此前实验都有所提高，从而直接证明了宇称和电荷守恒定律确实有局限性。


　　至此，粒子世界并非完美的，世界从本质上被证明了是不完美的、有缺陷的。而超光速的粒子纠缠、中微子的中途衰变、时间的不守恒、电荷的不守恒、宇称不守恒中出现的左手旋倾向(大部分基本粒子是左手旋的)都在说明：微观粒子具有内在原因，对于时间的表达出现了问题。时间只是粒子的表现，时间与光子联系起来，本身存在着逻辑错误。

　　这说明时间与物质都是互相转化、表达的，时间不应该作为宇宙中的一维，不应该把三维空间加上时间。微观量子世界与宏观宇宙空间还有其内部的逻辑。

　　两光子碰撞湮灭，变成正负两个电子，正反电子碰撞湮灭，变成两个光子。反K介子转换为K介子的速率要比其逆转过程(即K介子转变为反K介子)来得要快。K介子衰变中的电荷与宇称联合不守恒，钴60的镜像衰变左手旋倾向。这种粒子内在逻辑中的原因，有人把其与宇宙大爆炸联系起来，认为正是宇称不守恒导致我们的宇宙诞生。而有科学家从星系旋转对时空扭曲的影响来解释宇称不守恒问题。


　　星系旋转与宇称不守恒的关系


　　弦理论研究者及很多科学家认为宇宙存在超对称性，极小与极大存在对称关系。就像弦理论认为，宇宙中粒子宇宙也存在着超对称性，R与1/R的宇宙定律是相同的。比如一个1028米的宏观宇宙，与10-28米的微观物理世界存一样的物理定律。当然作者本人认为这两个对称世界存在着关联，但是并不意味照物理定律的统一，要客观辨证的看待问题。那么微观粒子中的宇称不守恒，是否也受宏观星系的影响呢?按照宇宙连续性逻辑，这应该是存在关系的。

　　2011年7月，英国华威大学的物理学家从星系旋转扭曲时空的角度入手，建立了一个涵盖整个星系时空模型来解释电荷宇称不守恒(电荷宇称守恒简称CP守恒)现象，在物质与反物质演化过程中，K介子和反K介子衰变出现显著的不对称性。

　　华威大学的MarkHadley博士发表在EPL(欧洲物理学快报)上的论文主要解释了CP破坏的一种新研究，即我们星系的旋转对亚原子粒子的衰减会产生重大影响。我们银河系的自转效应造成了我们时空的扭曲，星系产生的引力场将使得星系内部的时空产生扭曲，这种扭曲也包括太阳系在内，而这个时空扭曲效应的影响将是不容忽视的。如此巨大质量的星系自转所具有的速度和角动量拖拽着星系内部的时空，造成时空形状的变形以及时间的膨胀效应，这种扭曲程度足以影响到对实验结果的评定。





　　星系旋转拖拽时空而产生时空扭曲现象参考资料来源：《“上帝的秘密”：反物质为宇宙时空扭曲效应腾讯科技》2011年7月16日。


　　对于星系自转所产生的效应是一个人们比较容易忽视的问题。因为我们一直以来都是处于地球和太阳的引力场中，整个星系的旋转对于我们地球周围的时空所产生的效应比地球本身的自转要强100万倍。当CP破坏在介子衰变中被观察到时，星系旋转效应有助于解释在相同粒子物质与反物质的分裂基于不同的衰变率。银河系的自转所产生的“拖拽”效应是显著的，造成的时空扭曲足以引起每个粒子结构的不同，使其经历不同的时间膨胀效应，而这正是衰变以不同方式进行的原因。

　　这就是说，在每个粒子进行衰变时，时空扭曲所造成的不同时间膨胀所带来的整体效应必须被考虑，CP破坏的消失和宇称守恒也应该与此相关。在欧洲核子研究中心已经收集到了大规模的数据阵列，显示出在衰变的过程中CP破坏是存在的，同时还能检验出星系的自转所产生的“拖拽”效应对其的影响。

　　很显然，在第三章我们提到了一个聚合而生的宇宙模型，同时我们提到宇宙有旋转中心的一些证据。在一个多宇宙状态下，我们的宇宙拥有中心，宇宙围绕着中心做旋转运动，这符合物理学的规律。因为从原子到电子，从光子到地球、星系都有类似运动。

　　一个旋转的宏观宇宙，必然对于微观粒子产生更多的影响，大多数粒子都具有左旋倾向，而宇称不守恒的原因，不仅仅与银河系有关系，而且还应该与一个旋转的宇宙有关系，宏观宇宙星系有微观量子组成，宏观宇宙的运动状态必然影响微观量子的行为。