对称性自发破缺与希格斯粒子--科普专题
kp.whut.edu.cn › 首页 › 科普专题
轉為繁體網頁
轉為繁體網頁
对称性原则和对称性破缺原理是否是矛盾的？ - 物理学- 知乎
www.zhihu.com/question/26487721
轉為繁體網頁
轉為繁體網頁
[DOC]PDF版查看 - 欢迎访问科学文化评论
sourcedb.scr.cas.cn/.../P020100401518430276057.doc
轉為繁體網頁
轉為繁體網頁
不久我就明白了，事实上该论证是正确的（更准确地说，是并非不正确），因为他的表述很谨慎：任何处于定态的系统（即不随时间而变化的系统）都没有电偶极矩。如果氨分子的初态是上述非对称态，那么它不会长时间停留在那个态上。由于有量子隧道效应，氮原子会逃逸到氢原子三角形平面的另一侧去，从而将金字塔颠倒过来；事实上，这发生得非常快。这就是所谓的“反转”，其频率为3×1010每秒。真正的定态只能是非对称金字塔与其反转的平权叠加。这个叠加态确实没有电偶极矩（我要提醒读者，这里是高度简化的说法，详细内容请查阅教科书）。
我不打算在这里给出证明，但结论是：一个系统的态，如果是定态的话，其对称性必然与支配它的定律相同。理由很简单：在量子力学中，除非为对称性所禁戒，从一个态转变为另一个态的路径总是存在的。因此，如果我们从任意一个非对称态出发，系统都将跃迁到其他的态；唯当我们将所有可能的非对称态以对称的方式叠加起来，我们才能得到定态。在氨分子的情形，所涉及的对称性就是宇称——左手性与右手性的等价（基本粒子实验物理学家所发现的特定的宇称破坏与此不相关：那些效应太微弱了，影响不到普通的物质）。
在看到氨分子没有电偶极矩、从而满足我们的定理之后，我们再来看看其他的情形，特别是那些越来越大的系统，看看它们的态与对称性是否总是相关。由更重的原子构成的类似的金字塔形分子是存在的。磷化氢PH3是氨分子的两倍重，也反转
接下来，我们可以看看更复杂的分子，比如由大约40个原子构成的糖分子。对于这样的分子，我们不再期待他们会反转。生命有机体所制造的每个糖分子都是同一螺旋方向的，但无论是量子隧道效应，还是常温下的热扰动都不能使之发生反转。在这里，我们必须忘掉反转的可能性，同时抛开宇称的对称性：对称性定律不是被废除了，而是已经破缺了。
另一方面，如果我们用化学方法在热平衡状态附近合成糖分子，我们将发现，平均来看，左手分子与右手分子一样多。在复杂性不超过自由分子集合体的情形下，对称性定律总体说来从不会遭到破坏。我们需要生命物质来产生生命世界中实际的不对称。
在确实很大、但仍然是无生命的原子集合体中，可以发生另一种对称破缺，从而产生净偶极矩或净旋光强度，或是两者。许多晶体在每个基本胞腔内都有净偶极矩（焦热电），在有些晶体中，这个偶极矩可以被磁场反转（铁电）。这一非对称性是晶体寻求最低能态的自发效应。当然，反向偶极矩的态也存在，并且按对称性有同样的能量，但系统太大了，以至于任何热效应或量子力学效应都不能使之在有限时间内（相对于宇宙年龄而言的）从一个态转变为另一个态。
No comments:
Post a Comment