物理规律的对称性

2023/01/21 08:15

最近网络上在热议三体中物理学家自杀的片段。自杀的原因是什么呢?因为物理学家在对撞机上做试验,然而在不同时间不同地点做的试验完全没有规律,用刘慈欣的话说,物理定律在时空“不均匀”,进而“物理学不存在”。

物理学定律在不同时间不同地点都成立确实是一件神奇的事情,它给了人类很多方便。发现一条新规律,大体就可以默认它在宇宙其他时间地点也能成立了。这种特性,叫做时间平移对称性和空间平移对称性。

费曼曾经有一组讲座,《物理定律的本性》,里面有一节专门讲对称性,真真正正通俗易懂。比尔盖茨看了爱不释手,获取这个讲座的版权,制作高清版本建议所有人都能看看。有一位费曼博主也把精良的译制版本发在了微博和B站上。https://b23.tv/xyieLWh

除了时间平移对称性和空间平移对称性之外,还有旋转对称性和左右对称性。每一个对称性都对应一个守恒量,比如时间平移对称性对应能量守恒,空间平移对称性对应动量守恒,旋转对称性对应角动量守恒。那么科学家是否遇到过对称性危机呢?当时科学家是什么反应呢?杨振宁李政道发现弱相互作用下左右对称性破缺,宇称不守恒,快速获得诺贝尔奖。

费曼说,如果我们做一台镜像的钟,那么镜像钟和原钟会一直镜像下去吗?如果钟走时的原理只涉及引力和电磁力,那么它们还会镜像下去,对称下去。但如果钟走时的原理涉及弱相互作用,那它们就不能镜像下去了,左右不对称。

这两年,时间晶体的研究在物理学界很热门,并获得2022年的科学突破奖新视野物理学奖。马云夫妇、米尔纳夫妇、马化腾、扎克伯格夫妇等人都是科学突破奖的赞助人。我们见到的普通晶体是在空间上呈现周期性的晶体,而时间晶体则是在时间上呈现周期性的晶体,有点像原神角色珐露珊的技能效果。在时间上呈现周期性,那么必然时间平移对称性破缺。时间晶体系统是能量不守恒或者准能量守恒的,但是这和民科讲的永动机没有任何关系。我喜欢下面这三篇介绍文章,这些文章就不像费曼讲座那样通俗易懂了。

https://www.zhihu.com/question/36340402/answer/2077688553
https://zhuanlan.zhihu.com/p/19877622
https://www.zhihu.com/question/36340402/answer/2317572001

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