微观粒子在弱相互作用下宇称不守恒,是由杨振宁、李政道、吴健雄3位华裔科学家联手发现并证明的。
宇称守恒是指在任何情况下,任何粒子的镜象与该粒子除自旋方向外,具有完全相同的性质。该定律于1926年提出,在强力、电磁力和万有引力中相继得到证明,但在1956年被证实在弱相互作用中不成立,此结论由美籍华人科学家李政道和中国科学家杨振宁提出,并因此获得诺贝尔奖。
宇称守恒
20世纪50年代初,科学家们从宇宙射线里观察到两种新的介子(质量介于质子和电子之间的粒子):θ和τ。这两种介子的自旋、质量、寿命、电荷等完全相同,但是它们却具有不同的衰变模式,θ衰变时会产生两个π介子(一个π+,一个π0),τ则衰变成三个π介子(两个π+,一个π-)。所以,科学家们断定,尽管θ粒子和τ粒子看起来非常相似,但是它们宇称却相反,一定是不同的粒子。
可是,假使τ和θ是不同的粒子,为什么两个不同的粒子会具有几乎相同的性质?而如果承认它们是同一种粒子,却唯独宇称不同呢?为了解决这一问题,物理学界曾提出过各种不同的想法,但都没有成功。这就是著名的θ-τ之谜。1956年的一天,杨振宁和李政道两人在一次就餐时灵光一闪有了一个想法:兴许θ粒子和τ粒子本身就是同一种粒子,只是它们衰变时,宇称发生了变化!
1956年,李政道和杨振宁在深入细致地研究了各种因素之后,大胆地断言:τ和θ是完全相同的同一种粒子(后来被称为K+介子),但在弱相互作用的环境中,它们的运动规律却不一定完全相同。此后不久,同为华裔的实验物理学家吴健雄用一个巧妙的实验验证了弱相互作用下的“宇称不守恒”。
李政道和杨振宁在现代科学体系中算是成功了,可他们有一个遗憾——到现在都不知道究竟为什么粒子在弱相互作用下会出现宇称不守恒?这个谜底到现在都没有揭开。知其然不知所以然,这是典型的现代科学缺陷特征。
如今,统一信息论解决了这个问题。问题的根本性首先是认知问题——物理学家们被现代科学科学认知体系所束缚!其中的关键在于:现代物理学不能认知到隐藏在微观世界背后的更深层更基础的世界——一个完全由最基础的极限粒子构成的极限世界。
如果你能认知到这个世界,那么,所谓的弱相互作用下宇称不守恒的谜底就可以迎刃而解。
一、隐藏在微观世界背后的神秘世界——极限世界
要想揭开粒子在弱相互作用下宇称不守恒的谜底,首先需要我们掌握一个更加先进的认知体系——新文明理论体系下的统一信息论。然后,用统一信息论的先进认知工具打开继宏观世界、微观世界之后的第三个物质世界——一个隐藏在微观世界背后的更加基础的物质世界——极限世界。
下面,本文将首先简略介绍统一信息论的有关极限世界的基本观念和理论体系。
1、现代科学体系目前只认知了两个世界——微观世界和宏观世界,但是还有一个更为基本的世界没有认知,这就是比微观世界更为基本的隐藏在微观世界背后的极限世界,这个世界是宇宙最基础世界。
2、逻辑上宇宙一定存在最小物质单元体,以作为没有时间、空间、质量的能量(子)向物质过渡的过渡点。极限粒子是宇宙最小物质单元体,其大小相当于宇宙最小尺寸,体积相当于质子的-60个数量级。所有极限粒子尺寸大小和形态(正方体)相同,极限粒子由8个能量子集合而成,质量会因其能量子的频率而相同或不相同。
3、宇宙是由一个个极限粒子零距离叠加而成的。不存在没有物质的空间,空间的实质也是物质,没有物质的“真空”不存在,通常观念的空间都是由一个个同性极限粒子构成的。
4、极限粒子分为大质量极限粒子、可感极限粒子、小质量极限粒子。大质量极限粒子一般只能形成类星体或超级类星体,而无法形成微观粒子及原子和分子的,故它们一般不与人类交集。而人类这个世界所发现的物质世界大部分是由可感极限粒子构成的微观粒子,然后再由微观粒子构成原子分子乃至宏观物质世界。
5、标准模型完全不正确。在统一信息论的视野中,微观粒子就是有两个以上极限粒子组合成一个稳定的复合单体。微观粒子是由多种多样正负极限粒子相互结合在一起形成的具有一定稳定性的物质体,微观粒子因此而有无限多样,绝不会仅有几百种,或只有61种基本粒子(其中大部分基本粒子并不基本)。
6、双子定律。基于各种事实分析,根据统一信息论,我们可以总结出造成宇宙万物产生及运动发展变化的总根源和总规律,这就是“双子定律”。
双子定律
“宇宙只有极限粒子和能量子两种客观存在,它们造就了宇宙的万千世界。极限粒子是宇宙最小物质单元体,可分为正反极限粒子。同性极限粒子之间集合同性能量子形成同性极限粒子及相应空间,造成空间膨胀,引起周围物质进行扩散运动;异性极限粒子之间分解极限粒子形成能量子后消融相应空间,造成空间凹陷,引起周围物质进行收缩运动。极限粒子集合和分解极限粒子的性能与自身质量成正比,而与相互之间的距离成反比。”
7、四种基本作用力并不存在,其实质是基于双子定律而形成的空间膨胀和空间收缩。基于双子定律,宇宙形成了所谓的四种基本作用力,这四种作用力其实是通过极限粒子分解为能量子或能量子集合为极限粒子后,所形成的空间收缩及膨胀现象所带来的假象。
极限世界的存在完全符合逻辑事实。统一信息论是根据人类已经发现的既成事实,严格按照逻辑一步步推理出来的。统一信息论彻底解构了四大作用力和标准模型基础所构筑的现代科学体系大厦,清楚无误地解释四种基本作用力现象产生的终极成因。
相比现代科学理论,统一信息论的基本规律能更合理且清楚明白地解释宇宙几乎所有已知和未知的各种现象,恰如其分地解释质能方程式、宇宙平直时空理论、四大作用力的实质、光速不变原理、宇宙膨胀现象、生命和精神的实质、量子纠缠、引力波、黑洞、UFO等现象,在很多已知方面的解释也比现代科学理论合理。统一信息论有严密的逻辑推理和事实依据,如果你想了解,请详细参阅参阅《统一信息论》以及作为该书2.0版的《紫薇星明》。
需要说明,人类可能已经发现12种极限粒子。通过严格地分析推理,在不考虑尺度的情况下,我们我们初步认为:现已发现的基本粒子中,目前有12种具备极限粒子的初步特征,它们是红上夸克、反红上夸克、绿上夸克、反绿上夸克、蓝上夸克、反蓝上夸克、电子中微子 、反电子中微子、 μ子中微子、反μ子中微子、 τ子中微子、 反τ子中微子。
这个结论是通过严密的推导计算得出的,但受篇幅所限这里不再赘述,详尽推理请参阅博文《科学家已发现12种极限粒子》。如果实验能提供最终的证明,那么这12种极限粒子有可能是真正的不可分割的最基础的基本粒子,可称之为绝对基本粒子,但这种可能性目前还是理论上的。理论上,上述12种粒子有可能是极限粒子,也有可能是极限粒子的复合单体——微观粒子。
上述观点是统一信息论其中之一的极限粒子论的基础观点,如果你有兴趣,可以继续往下看,你将会发现“宇称不守恒”的观点或许是不正确的。
二、统一信息论揭示弱相互作用下宇称不守恒的谜底
面对θ-τ之谜,可供选择的答案只有两种:一种承认宇称守恒定律,则τ粒子与θ粒子是两种不同的粒子,因为它们的宇称不同,相互作用过程宇称应不变,但无法解释为什么θ、τ粒子性质如此相同;另一种确认τ和θ是同一种粒子,则宇称守恒定律不成立。杨振宁和李政道选择了后者,但是他们只认可了弱作用下宇称守恒定律不成立,却对如何造成这种所谓的宇称不守恒现象不明就里。
现在看来,这不仅是杨振宁和李政道的错,而是整个现代科学体系及其物理学体系的错,在它们的视野中下是不可能找出答案的。现在就由统一信息论来回答这个问题吧!不浪费口舌了,直接进入证明。
求证:τ粒子和θ粒子并非同一种粒子,它们并不存在相互的镜像宇称关系,却造成了弱相互下宇称不守恒的假象。
证明过程如下。
已知:τ粒子和θ粒子均带负电荷,质量、平均寿命、自旋、电荷数都一样。
假设τ粒子和θ粒子都是由A、B、C三种质量不同的极限粒子构成。
(1)τ粒子≌mA+nB+oC(m、n、o分别代表构成τ粒子的A、B、C三种极限粒子的数量);
(2)θ粒子≌eA+fB+gC(e、f、g分别代表构成θ粒子的A、B、C三种极限粒子的数量)。
则有如下几种推论,可以证明了τ粒子和θ粒子在弱相互下形成了宇称不守恒的假象。
1、τ粒子和θ粒子质量相等的结构组合方式有无限多种,它们并非同一种粒子。
在“τ粒子质量=θ粒子质量=mA+nB+oC=eA+fB+gC”的情况下,由于A、B、C三种极限粒子的数量未限定,这个方程可以有无限多种解。
由此可以证明:在τ粒子和θ粒子质量相等的前提下,构成它们的极限粒子可以有无限多种组合方式,τ粒子和θ粒子完全可以不属于同一种粒子。
2、τ粒子和θ粒子电荷相等的结构组合方式有无限多种,它们不是同一种粒子。这里有两种情况。
其一,在A、B、C三种极限粒子的电荷数未限定的情况下,使“τ粒子质量=θ粒子质量=mA+nB+oC=eA+fB+gC”的等式成立,且“τ粒子电荷数=θ粒子电荷数=-1”的等式也成立,则A、B、C三种极限粒子的电荷数方程解也有无限多种;
其二,在A、B、C三种极限粒子的电荷数未限定的情况下,使“τ粒子电荷数=θ粒子电荷数=-1”的等式成立,则A、B、C三种极限粒子的电荷数方程解也有无限多种。这是因为极限粒子的大小只相当质子的-60个数量级,在A、B、C三种极限粒子的数量未限定,且每种极限粒子的电荷数也未限定的情况下。那么,在现代物理学的视野下和误差许可的范围内,也可以有无限多种解,能够使“τ粒子电荷数=θ粒子电荷数-1”,及“τ粒子质量≈θ粒子质量”的方程成立。
3、在τ粒子和θ粒子的质量相等且电荷数也相等前提下,大概率会导致τ粒子和θ粒子的自旋数及寿命相等。
按照量子力学理论,粒子自旋是指微观粒子围绕本身的轴进行的迅速转动或这种粒子的体系在其轨道运动中的迅速转动,与可测量的角动量和磁距相对应。自旋是粒子所具有的内禀性质,其运算规则类似于经典力学的角动量,为粒子与生俱来带有的一种角动量,并且其量值是量子化且无法被改变的。
正因如此,微观粒子的自旋几乎千篇一律,或者是整数,或者是半整数,比如所有介子的自旋数都为0,而许多重子的自旋是1/2,这就使得微粒子的自旋数会有大概率相同。τ粒子和θ粒子也属于一种介子,在它们质量相等且电荷数也相等前提下,自旋数相同完全没有什么可奇怪的。
通常情况下,介子都寿命都很短,τ粒子和θ粒子属于玻色子,在他们的质量、电荷数、自旋都相同的前提下,寿命相近也是大概率的,但你不能由此就得出它们是同一种粒子的结论,这就像双胞胎虽然很像,但却是两个不同的个体。
4、弱相互作用其实是一种假象,可以很容易随机造成所谓的宇称不守恒现象。
弱相互作用的所谓宇称不守恒是通过钴60的弱相互作用衰变实验证明的,那么,咱们就需要先搞清楚弱相互作用的实质。
在粒子物理学的标准模型中,弱相互作用的理论指出,它是由W及Z玻色子的交换(即发射及吸收)所引起的,由于弱力是由玻色子的发射(或吸收)所造成的,所以它是一种非接触力。这种发射中最有名的是β衰变,它是放射性的一种表现。重的粒子性质不稳定,由于Z及W玻色子比质子或中子重得多,所以弱相互作用的作用距离非常短。这种相互作用叫做“弱”,是因为β衰变发生的概率比强相互作用低很多。
标准模型对W 及 Z 玻色子的认知很矛盾。一方面,把他当作61种基本粒子的一种,而不属于复合粒子;另一方面,又声称观察到W 玻色子衰变成一个电子和另一个中微子,而把它们请出基本粒子的队伍。即便如此,弱相互作用的上述现象在统一信息论中也可以得到很好解释。
我们就先看W 及 Z 玻色子都属于极限粒子的情况。由于W 及 Z 玻色子的质量稍微大于由γ射线所集合而成的γ极限粒子的范围,而大于这个范围的极限粒子将属于由能量大于γ射线的未知高能射线质点化后集合而成的大质量极限粒子。大质量极限粒子的结构极为稳固,其稳固程度足以使其物质属性无法对外彰显,故难以全面发现它的属性,而很容易被确定为所谓的暗物质。但就W 及 Z 玻色子的质量来看,其质量范围处在可感极限粒子和大质量极限粒子的交叉范围内,故对此还是能够有所发现的,这正是W 及 Z 玻色子可以被“管中窥豹”的原因之一。
通过计算(参阅《统一信息论》第二章),中子、质子等强子的内部组成不仅含有夸克,而且也含有大质量极限粒子。这样,当强子内部的性质相异(电荷相反)的夸克在通过分解极限粒子而使其距离接近到10^-18m内的时候,正是由于作为大质量极限粒子的W 及 Z 玻色子的存在,而导致了对其他粒子的阻隔和反弹,而形成了所谓弱相互作用。
W 及 Z 玻色子也可能不是极限粒子。W玻色子质量为80.4GeV,Z玻色子质量为91.2GeV,比质子的0.94Mev质量大很多,比铁原子还要重。但作为暗物质的大质量极限粒子的结构应该极为稳固,其稳固程度足以使其物质属性无法对外彰显,可根据实验数据,W 及 Z 玻色子的半衰期约为3秒,而根据标准模型预测,希格斯玻色子的平均寿命大约为1.56x10⁻²²秒,这明显与暗物质大极限粒子的性质不吻合。据称,科学家们已经观察到W 玻色子衰变成一个电子和另一个中微子。如果这个发现被确定,则W 及 Z 玻色子不可能是极限粒子,也就是说他们可能属于复合的微观粒子。
即便W 及 Z 玻色子不是极限粒子而是微观粒子,其组成成分也应该有很多质量很大的极限粒子,比如质量大于上夸克或下夸克的极限粒子,或者也许是另外一种夸克,否则就不能解释为何至今不能发现W 及 Z 玻色子的结构这一现象了。在这种情形下,也可以根据上面把W 及 Z 玻色子当成极限粒子而推导出所谓的弱相互作用。
由此可以认为,弱相互作用是由作为大质量极限粒子的存在,对其他粒子反弹所造成的空间膨胀现象,这种现象的产生同样是基于极限粒子被分解后所形成的空间收缩到一定小的范围内而形成的。
弱相互作用的产生机制:当物质之间的距离小于可以发生强相互作用的范围时,此时的物质之间质量相对较小的极限粒子已经基本分解完毕,剩下的只是一些质量较大的不易分解的极限粒子,当物质之间继续靠近的时候,必然会被这些大质量极限粒子反弹,这就造成了所谓弱相互作用现象。
弱相互作用的实质:由大质量极限粒子反弹所造成的空间膨胀现象,这种现象的产生是基于极限粒子被分解后所形成的空间收缩到一定小的范围内而形成的(见图)。由此可见,量子力学所谓的弱相互作用其实不存在的,它只是极限粒子分解后所形成的空间反弹现象。
杨振宁和李政道为了证明粒子在弱相互作用下的宇称不守恒,就请华裔女物理学家吴健雄做了一个实验。具体的实验过程是这样的:钴60在弱相互作用下可以衰变成镍、电子、反电中微子和两个光子。现在通过外加不同的磁场,可以人为控制两个钴60原子核的自旋方向相反,这样它们刚好是镜像对称的,我们可以称其中一个钴60为“真实世界”,另一个自旋相反的钴60为“镜像世界”。
与此同时,如果宇称也是守恒的,那么根据镜像对称性,真实世界向上发射的电子束和镜像世界向上发射的电子束强度一定相同,真实世界向下发射的电子束和镜像世界向下发射的电子束强度也应该相同。也就是 I₁=I₁′,I₂=I₂′。但是,假如杨振宁和李政道的猜想是正确的,在弱相互作用下宇称不守恒,那就会出现钴60向上和向下发射的电子束强度不同的情况,实验就是要找到这种不同。
吴健雄在美国国家标准低温实验室里完成了这个实验。她把钴60的温度降低到0.003K,这已经非常接近绝对零度了,再通过磁场控制钴核的自旋方向,然后统计了大量钴60的衰变结果,发现了一个惊人的事实:在实验中,钴60向上和向下发射的电子束强度不同!真实世界的里的钴核向下发射的电子多,镜中世界里的钴核向上发射的电子多,每一个钴核自旋方向和电子发射的优势方向都满足左手定则!就好像它们都是左撇子一样!
站在量子力学的角度上看,会发现这个实验似乎非常完美,但站在统一信息论的角度上,则就非常粗糙了。
首先,量子力学所谓的弱相互作用其实是一种极限粒子被分解后所形成的空间收缩到一定小的范围内而形成的空间膨胀现象,这种现象很难被称之为一种相互作用,为此而进行的实验也存在很多变数。因此,用这种并不存在的弱相互作用来进行实验验证本身就不合理。
其次,在极限世界中,能够造成钴60向上和向下发射的电子束强度不同的原因有很多种,比如大质量极限粒子的分布不同,那么其对周边极限粒子反弹的程度也就不同,体现在钴60向上和向下发射的电子束强度自然也就会不同。这也可以通过如下实验证明:如果你反复重复钴60向上和向下发射的电子束实验,就会发现其电子束强度会在不同方向上不断发生变化,从而造成所谓的宇称不守恒。不过,这种导致宇称不守恒的现象是来在于钴60所产生的所谓弱相互本身的加持,与是否宇称守恒没有关系。
综上所述。通过推理论证,尽管τ粒子和θ粒子的质量、自旋、电荷、寿命等大方面的指标虽然可以完全一致,但其更基本的极限粒子构成、数量、组织方式却完全不同,它们不应该也完全不是同一种粒子,它们也根本无法互为镜像,更不能由此导出宇称不守恒了。所谓的粒子在弱相互作用下宇称不守恒,其实质就是在大质量极限粒子相互之间的超常作用(弱相互作用)加持下形成的不同衰变模式,与宇称是否守恒没有关系。
结论:τ粒子和θ粒子完全属于两种不同的粒子,宇称不守恒只是来在于现代科学体系这种落后认知体系下的错误认知。不过需要声明,这个结论并没有肯定“宇称守恒”是正确的。
本文没有写入大量数学公式,是因为统一信息论所构建的理想模型是一种远比标准模型更合理更准确的绝对标准体系,而现代数学存在大量的缺陷和不合理甚至相矛盾的问题。数学是我的喜爱和专长,但现在我只认可新文明体系下的新型数学。
本文写这篇文章的目的不是否认杨振宁和李政道功绩,他们的成果在现代科学体系下还是正确的,毕竟他们发现了粒子在弱相互作用下的一种不同于宇称守恒的现象,他们理应获得诺贝尔奖。而江火的观点是在一种完全不同于现代科学及其物理学的新文明认知体系下提出的,统一信息论还需要很多验证,只望杨振宁能对这种全新的认知体系能够给出合理的评价。
“粒子弱相互作用下宇称不守恒”的这种现象无论是否为一种假象,都可能说明了这样一个问题:现代科学视野下的微观粒子世界的背后还有一个最基本的世界——极限粒子世界!我不知道杨振宁院士是否认可这些观念,或者是否有参考?如不认可,我说这些就对他没用了,那就当成两个世界的人而无法对话吧!