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诺贝尔物理学奖:宇称不守恒

科学探索万象经验2023-05-08

宇称(Parity):宇,空间;称,对称。因此,宇称简单来说就是空间对称。它本质上是一种非常简单的数学运算,只是翻转坐标轴的符号。因此每当将P变换应用于给定的物理现象时,物理量就会以坐标系本身翻转其符号的方式发生变化。

例如,我们有坐标轴(X, Y, Z),当进行P变换时,最终会得到(-X, -Y, -Z)。这意味着将坐标轴XYZ倒置,从右手坐标系转到左手坐标系。因此,每当我们谈论P变换时,我们通常会联想到镜像,因为当我们站在镜子前面时,我们的右手就会变成左手。

当我们应用这种P变换时,某些物理量的符号可能会发生变化,而某些物理量的符号可能不会发生变化。例如,粒子的位置矢量r是相对于坐标系定义的位,因此在P变换下经历符号翻转变成-r。类似地,动量p也将变为-p,加速度a也将变为-a。根据牛顿第二定律,力的方向也将发生改变。

但是,一些物理量的符号却不会发生变化,例如角动量L。角动量是位置矢量和动量的叉积,而位置矢量和动量同时改变符号而互相抵消。因此,即使在P变换下,角动量的方向也保持不变。同理可推,量子粒子的自旋角动量S的方向,在P变换下也不会发生方向变化。

现在我想说的是,假设一个粒子在某种力的情况下形成了一个轨迹,该轨迹的镜像也是该力的镜像所形成的。因此,轨迹和轨迹的镜像都是相同的,它们是牛顿第二定律的结果,牛顿第二定律不区分粒子是否在(X, Y, Z)参考系或(-X, -Y, -Z)参考系。因此从某种意义上说,牛顿第二定律对于这种明显的变换是不变的,它并不能区分我们是在右手坐标系中还是在左手坐标系中。