这几天过年太忙都没有更新文章,争取近期能补上。
在文章中深度展开了诺特定理,详解了诺特定理为什么是现代物理学的灯塔。
相信你看完之后也能明白,为什么如此吝惜夸奖的爱因斯坦,会夸奖诺特为数学史上最重要的女人,可以称为现代数学之母。
其实,在年之前,物理学的核心是相对论和量子化;
年之后,一直到今天,物理学的核心是对称性,也就是诺特定理。
既然诺特作出了这么大的贡献,为什么她名气如此之低呢,这可以对比家喻户晓的居里夫人。
我认为主要有三个原因:
1、诺特是个数学家,主攻抽象代数领域,现代数学都太抽象了,普通大众都不知道数学家做了些啥,所以数学家往往都没有什么名气,这个可以参考许多人对韦东奕(韦神)的忽视,他们甚至都认为数学家没啥价值。
但是居里夫人就不一样了,发现了放射性和镭元素,公众很容易理解她的成就,所以也很容易获得名气。
2、诺特年就去世了,在她去世30年之后,她的理论才开始在物理学被广泛使用,很多人生前默默无名,直到死后很多年才被承认,历史上这样的人太多了,黎曼、阿贝尔,麦克斯韦等等,活着的时候都没啥名气。
3、人这个物种特别喜欢听故事,居里夫人一生有许多传奇故事,这样更容易出名。
这个可以参考霍金,他跟居里夫人很像,是个科学家,同时身残志坚、充满了正能量,所以霍金的名气也很大,当然,这和他出色的科普也是分不开的。
另外,杨振宁对科学的贡献远远超过了霍金,但是杨振宁的名气不如霍金;
诺特对科学的贡献远远超过了居里夫人,但诺特的名气远远不如居里夫人,所以名气不等于科学贡献。
不过也有例外,牛顿和爱因斯坦的名气和贡献是一致的,但他们除了出名早,活得久之外,古怪的性情也增添了许多富有色彩的故事,加上他们的成就自然也就家喻户晓了。
好了,故事就讲到这里,现在开始回到主题的第二层:深度挖掘诺特定理。
昨天对诺特定理作了平面的深度展开,那如果继续挖掘下去,又能挖掘出什么呢?
我们先把时间往回推,在年之前,粒子物理学是这么发展的:先做大量实验,如果发现某个试验数据异常,然后创造一种新的理论来解释实验现象。
这个效率很低,在年之后,诺特定理开始被广泛应用,具体方法是:先猜想某个东西守恒,然后根据诺特定理,计算出未知粒子的属性和运动方程,最后设计专门的试验去验证这种粒子是否存在。
举个例子:先猜想色核守恒,然后根据诺特定理计算出有8种未知的粒子和它们的属性,然后设计专门的试验去验证,最后真的发现了8种胶子。
量子力学标准模型里面有61种基本粒子,其中一大半都是在诺特定理帮助下发现的,这减少了让物理学家在黑暗中瞎摸索的时间。
诺特定理告诉我们:
能量守恒定律来源于时间平移对称性
动量守恒定律来源于空间平移对称性
角动量守恒定律来源于空间旋转对称性
电荷守恒定律来源于相位角度旋转对称性
另外,四种基本作用力也来源于对称:
电磁力来源于U1对称;
弱力来源于SU2对称;
强力来源于SU3对称;
引力来源于微分同胚对称。
因此,对称几乎把物理学全部都统一了,但是有两个东西人类一直没有找到它们的对称性,那就是熵和时间,因为对称只能描述可逆的运动,由于时间不能倒流,熵不能自发地减少,所以熵和时间是不可逆的。
因此,熵和时间无法用对称来描述。
在这个基础上,我们再来深度挖掘诺特定理。
量子力学里面有一个“不确定性原理”,它有三个表达式:
一、动量和位置不能同时确定
二、能量和时间不能同时确定
三、角动量和角度不能同时确定
如果仔细观察的话,就会发现,这6个变量,完完全全和诺特定理一一对应。
空间平移对应着位置,时间平移对应着时间,空间旋转对应着角度,
剩下的动量、能量、角动量也各自对应,它们是如此的相似,证明它们之间可能存在着某种内在的、深刻的关联。
也就是说,这三个守恒定律有可能在本质上是同一守恒定律。
再继续深挖:
我们可以把时间平移看作一个0维的、静止不动的点;
把空间平移看作一条1维的运动的线;
把空间方向旋转,看成一个2维的面;
把相位角度旋转看成一个自我旋转的三维体,有没有可能存在一个超对称的东西,能包含上面(0,1,2,3维)的所有的对称呢?
如果存在,世间所有所有的守恒定律,都可以归结到这个东西的超对称性了。
量子力学的标准模型太臃肿,有61种基本粒子和30个自由变量。
但是,如果我们能找到这个超对称的东西,就能非常简洁的统一电磁力、弱力、强力和这么多乱七八糟的守恒定律,自然法则就会更加简单而优美了。
但超对称的东西可能存在吗?
这肯定是存在的,但人类只能无限接近自然法则,永远无法到达自然法则,身为宇宙的产物,人类很难突破这个框架,就像游戏中的角色,即使它的认知再高,也永远不能理解我们所处的空间。
那你们认为宇宙中可能存在超对称的东西吗?