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第14章 亲爱的我的希格斯在哪儿(第2页)

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当我们研究一个事件或一个粒子时,我们通过方程计算动能(运动)和势能(场中的位置),两者的差值叫“拉格朗日量”

每条物理定律都有一个拉格朗日量。

但我们总是可以改变正在研究的任何场景的细节。

我们在强磁体附近做实验,或者改变粒子的质量,有时会改变拉格朗日量,有时不会改变。

如果拉格朗日量不改变,所有的方程就都是相同的,我们就说该理论具有“对称性”

;如果拉格朗日量改变,方程同样改变,我们就说该理论具有“对称性破缺”

诺特定理说,如果理论具有对称性,那么一定存在一个相关的、不会被改变的粒子属性。

例如,假设我们正在研究一个粒子,并决定把它往右移动1米。

粒子行为是相同的。

因此,我们的理论是关于位置对称的。

诺特定理说,位置的改变是因为粒子带着动量从一个地方运动到另一个地方,动量必须“守恒”

,也就是说动量既不会凭空产生,也不会凭空消失。

粒子可以在碰撞过程中传递动量,但无论如何,前后的总动量总是相同的。

诺特定理的另一个例子是,当我们让粒子在时间上前进时,物理定律仍然是不变的。

物理定律是关于时间对称的,因此它必然也有一个对应的守恒的性质—最终证明是能量(因为我们正在讨论因果)。

夏特莱侯爵夫人已经证明过能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,但诺特定理给出了根本的原因。

电荷是另一个守恒量,它源于粒子波函数振动的方式。

这就是为什么光子总是一前一后地产生粒子和反粒子。

电荷必须守恒,因此不带电荷的光子在产生电子的同时产生一个反电子,使总电荷为零。

以上只是几个例子。

诺特定理告诉我们,物理定律中哪些性质是可以改变的,哪些性质是不可以改变的。

它补充了狄拉克、费曼、盖尔曼的量子场论。

诺特给了我们一条物理定律,怎么夸大其重要性都不为过。

不幸的是,由于诺特是犹太人,她在纳粹主义兴起时被赶出德国,之后逃到了法国。

但从好的方面说,一群热情的科学家欢迎了她,把她奉为无可争议的“女王”

诺特赢得了早就应该得到的认可。

在她去世后,爱因斯坦还在《纽约时报》上为她撰写了讣告,称她为“自女性接受高等教育以来最重要的天才”

[3]

冷静点,小家伙

轻子数也是诺特定理得到的守恒量之一,不需要是顶尖科学家就可以得出这个结论:宇宙中轻子的数量保持恒定。

这是个对称性定律,但令人恼火的是,它在纸上看起来太对称了,而有一个已知的过程似乎造成了对称性破缺。

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