穿越之女尊我左拥右抱第10章 大快人心

一口气说了那么多白牧辰刻意停顿片刻给索隆思考时间。

随后才继续自己没说完的话。

“那么问题来了既然底层的规律是对称的为什么我们所处的宏观现实却是如此鲜明的不对称？为什么宇宙选择了熵增这个方向而不是熵减？” “想象一下宇宙的初始状态那个奇点一个能量极高但熵极低的状态它就像被精准地放在墨西哥草帽顶端的那个小球那个帽顶是完美的对称点向任何方向滚落都是平等的。

但小球是不稳定的它必然朝一个方向滚下来而我们的宇宙就滚向熵增加的这个方向。

” “这不是因为物理定律本身偏爱这个方向定律是公平的、对称的而是因为落入帽檐的谷底的状态也就是高熵状态其可能的微观组合数量比待在帽顶的低熵状态要多出天文数字的倍数。

” “宇宙自发坠入了概率最大的那个状态一旦这个事件发生对称性就被破坏了。

尽管底层规律依旧允许时间倒流但由无数粒子组成的宏观系统想要自发地、概率性地回到那个低熵的有序初始状态可能性无限趋近于零。

” “简而言之一个系统的底层规律可以拥有完美的对称性但它的稳定状态却可以不具备这种对称性。

系统必须‘自发地’选择一个特定的状态进而导致了原有的对称性破坏 这就是自发对称性破缺。

” 白牧辰尽量使用通俗易懂的语言给索隆解释效果还算不错。

至少索隆貌似看起来应该或许是懂了吧...... “我可以简单理解为我们的宇宙存在很多个平等的真实状态就好像在空间上虽然理论上我可以存在于任何位置我可以那个地方也可以去其它地方但现实中我只能选择一个位置存在我选择在这里就没办法在那里现实破坏了我那理论上可以存在于任何位置的属性这就是自发对称性破缺？” 对于索隆自己的理解白牧辰只是略微思索然后选择点点头。

“可以这么理解对称性是物理方程中的对称性但物理现实不是对称的自发对称性破缺是用于解释理论与现实差异的工具。

物理规律只是科学家的发明用于描述物理现象物理规律不是宇宙的本体论存在也不能支配万事万物的运转。

” 似乎想到了什么喝两口牛奶加咖啡~后白牧辰两手一摊：“反正我不是科学实在论者。

” “所以对称性、守恒量这些东西和人工物相材料到底有什么关系。

”索隆想不通。

“理解人工物相材料原理需要的一点点前置小知识。

”再喝上一口拿铁。

白牧辰也不管索隆到底能不能听懂总之先把答案告诉对方完成自己的科普任务。

“接下来要说的前置知识是——对称性生成元。

” 自发对称性破缺的标志是存在简并的真空态。

这意味着系统有多个能量完全相同但物理上可区分的基态。

在墨西哥草帽模型中帽檐谷底的整个圆环都是简并的真空态所有这些简并真空态构成的几何空间被称为真空流形。

想象一个小球处在墨西哥草帽的谷底也就是真空态。

如果你想把小球沿着垂直于圆周的帽檐坡面向上推你需要消耗能量来克服势能的增加这种激发是有能量的。

但如果你想把小球沿着谷底的圆周推动由于谷底是平坦的能量处处相同推动它在理想情况下不需要消耗能量。

这种沿着真空流形方向的、能量为零的激发就是戈德斯通玻色子的物理图像或者说用来理解戈德斯通玻色子的原型。

什么意思呢？ 当发生自发对称性破缺时如果被破缺的是一个连续的全局对称性其产生的后果由戈德斯通定理精确描述即—— 对于每一个被自发破缺的连续全局对称性的生成元理论中必然会出现一个无质量、无自旋的标量粒子。

这个粒子被称为戈德斯通玻色子或南部-戈德斯通玻色子。

从数学上讲能量函数 V(φ) 对称性意味着 (?V/?φ) ? T(φ) = 0其中T是生成元。

对上述条件再次求导并在真空态 φ? 处取值利用真空态 (?V/?φ)|(φ=φ?) = 0 的性质可以得到 (?2V/?φ??φ?)|(φ=φ?) ? T?(φ?) = 0。

(?2V/?φ??φ?)|_(φ=φ?) 的物理诠释正是描述场激发质量的“质量矩阵” M??其本征值对应粒子质量的平方。

而T(φ?) 是生成元作用在真空态上的结果如果对称性被破缺则 T(φ?) ≠ 0。

于是我们得到方程：M ? T(φ?) = 0。

这个方程的意义是——非零向量 T(φ?) 是质量矩阵 M 的一个本征向量其对应的本征值为0这意味着沿着 T(φ?) 方向的激发其质量平方为零。

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