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人人能懂的相对论_(英)布莱恩·考克斯,(英)杰夫·福修著;李德力译(02) 第(3/5)页

说了那么多,我们还没有讲完,还没有触及标准模型至高无上的荣耀。它不仅包括了电磁相互作用,强相互作用和弱相互作用,而且把其中的两个统一了起来。表面上看来,电磁现象和弱相互作用现象没有任何关系。因为电磁现象是典型的可以被直观感知的现实,而弱力则深埋于黑暗的亚原子世界中。然而,令人称奇的是,它们实际上只不过是同一件事的不同方面罢了。仔细观看下第二行主方程,即使不懂数学,我们也可以“看见”物质粒子之间的相互作用。第二行涉及W、B、G(胶子),它们夹在两个物质粒子Ψ之间。主方程的这一小部分告诉我们物质粒子是如何通过这些传递力的媒介和一些短线“耦合”在一起的。光子部分地存在于符号“B”中,同时部分地存在于符号“W”中,Z粒子和光子一样。相比之下,W粒子则完全存在于符号“W”中。这样的数学表述好像把W和B看作基本物体,然后它们的组合巧妙地变出了光子和Z粒子。结果是电磁力(光子作为媒介)和弱相互作用力(W粒子和Z粒子作为媒介)交织在了一起。从实验角度来看,这意味着所测得的电磁实验现象的性质应该与弱力实验现象的性质相关。这是标准模型的一个预测,给人的印象非常深刻。因为这个预言,标准模型的设计者谢尔登·格拉肖夫、史蒂文·温伯格和阿卜杜斯·萨拉姆共享了诺贝尔奖。他们的理论能够预测W粒子和Z粒子的质量,并且是在20世纪80年代欧洲核子研究中心发现它们之前。标准模型让事物完美地结合在一起。格拉肖夫、温伯格和萨拉姆又是怎么知道方程的形式的呢?他们是怎么认识到“W和B结合产生光子和Z粒子的”?这些问题触及了现代粒子物理的奇妙核心。他们不是仅仅靠猜测,他们有一条明晰的线索:大自然是对称的。

对称性非常常见。抓一片雪花拿在手中,仔细观察下这个美丽的大自然雕塑作品。它的图案按照数学的规律重复着,就像照镜子一样。更常见的是球体的对称,当它转动时,看起来没有发生什么变化;还有正方形的对称性,当沿着它的对角线或中心翻转时,也看不出什么变化。在物理学中,对称性的方式与之大致相同。如果我们对方程进行一种操作,方程却不发生改变,那么这个操作就是方程的一种对称。这听起来有点抽象,但是请记住,方程仅仅是物理学家用来表达真实事物之间关系的一种方式。所有重要的物理学方程都具有一个简单而重要的对称性,它表明这样的事实:把实验搬到火车上去做,如果火车没有加速,那么实验结果不会改变。我们对这个观点已经非常熟悉了,它就是伽利略的相对性原理,也是爱因斯坦理论的核心。用对称性的语言来讲,描述实验的方程并不取决于实验是在站台上还是在运动的火车上。因此,移动实验装置的操作,是方程的一种对称性。我们已经看到,这么简单的事实促使爱因斯坦最终发现了相对论。情况往往如此:简单的对称性引起深远的影响。


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