白癜风知名专家 https://jbk.39.net/yiyuanzaixian/bjzkbdfyy/在你们孩童时期，是否也曾好奇，镜子到底是如何映照出现实的？镜子中的你会不会做出与你不同的动作？这两个世界是绝对对称的吗？童年时期，你是否也曾被《爱丽丝梦游仙境》那天马行空、光怪陆离的梦幻仙境所吸引呢？事实上，这本家喻户晓的童话故事还有续集——《爱丽丝镜中奇遇》。在续篇中，爱丽丝通过一面镜子再次踏上了一场不可思议的冒险，进入了“镜中世界”（MirrorWorld）。在这个奇特的世界里，事物的规律和常态被颠覆，左右对调，上下颠倒，让读者感受到一种超现实的体验。亲爱的读者们，在你们孩童时期，是否也曾好奇，镜子到底是如何映照出现实的？镜子中的你会不会做出与你不同的动作？这两个世界是绝对对称的吗？镜像对称当我们成年后，我们已不再对照镜子感到好奇。如果你多一些探索精神，尝试去归纳总结镜子背后隐藏的客观真理，恭喜你，你和曾经许多向自然界深入问为什么的物理学家们一样，意识到了自然界中的一条物理规律：物体的形状和运动与其在平面镜中的像沿着镜面呈轴对称分布。客体的一些属性（如形状、速度大小）经过了平面镜成像之后保持不变的特性，被称为“镜像对称性（Mirrorsymmetry）”。当然，不仅是形状和速度大小，在我们所熟知的宏观世界中，镜中世界与正常世界唯一的区别就是“上下前后左右颠倒”。如果镜中真的有一个“世界“”，那么这些与我们左右相反的镜中小人们会发现，无论是牛顿第二定律、能量守恒定律、热力学定律，还是光的反射定律，他们从实验结果归纳总结得出的物理定律都与现实世界中的完全相同。可是这样一来，镜中小人们还能分得清镜中的世界和镜子外的世界哪个是真实的吗？图：经典科幻电影《超时空接触》中，女主跑步上楼去橱柜中取药的经典长镜头。身为观众的我们其实很难分清这究竟是镜子中的画面的还是现实画面。在镜子外，人类文化也深受镜子的影响。甚至于，就连“物理定律存在镜像对称性”这一概念也深深扎根于人类的潜意识里。所以当“镜子中的某些不一样的现象”出现在恐怖片的桥段里时，人们第一直觉是有人在装神弄鬼，或者镜子另有玄机，他们情愿迷信有超自然现象，也绝不会怀疑物理定律的镜像对称性有问题。没错，直到上世纪50年代中期，物理学家们也都是这么想的。镜中世界的物理规律然而，镜中世界的物理规律真的是与真实世界的完全相同吗？真正杰出的科学家们不会满足于对现象的归纳总结，他们会辩证地看待镜像对称性并会对其保持怀疑，然后大胆提出假说并设计实验、小心谨慎地求证。为了回答这个问题，我们不妨先试图站在物理学家的角度，将复杂的现实简化成一个简易物理模型，来尝试去理解镜中世界是什么样子的。在经典物理中，运动方程和守恒定律都可以由系统的作用量通过最小作用量原理求得。用物理学家的话说，现实世界与镜中世界的物理定律相同这一事实可以用数学表述为：物理系统的作用量（Action）在经过一次镜像变换（Mirrortransformation）之后保持不变——即系统具有镜像对称性。而在一个三维坐标系中，对三个坐标轴同时作镜像对称变换，相当于是将这三条坐标轴都反演一次，将其上所有坐标值全部变成它的相反数，形成爱丽丝的镜中世界中前后互换、左右对调、上下颠倒的样子。这样的变换与我们在平面镜中看到的并不完全等价，因此我们一般称它为空间反演（Spaceinversion）变换或者宇称（Parity）变换。当存在宇称对称性的时候，我们说宇称是守恒的，反之则称宇称是破缺的。若是我们在三维直角坐标系中规定好向量积满足，我们将会有两种不同的方式来画出立体直角坐标系，其分别满足左手定则（左手坐标系，下图左）和右手定则（右手坐标系，下图右）。这两个坐标系之间就不能通过三维空间中的旋转变换来互相转化，而是必须要通过宇称变换的方式来联系起来。图：左手坐标系（左）和右手坐标系（右）[1]。当我们把左手坐标系的三条坐标轴都反演一次，我们就可以得到一个右手坐标系。为方便与左手坐标系对比，图中显示的右手坐标系以两只手中心的连线为轴上下旋转了度，使其z轴朝上。从图中我们也可以看出，镜像变换实际上等效为坐标系经过一次宇称变换和一次度的空间旋转变换组合起来的一个结果。因此，镜像对称性实际上包含了宇称不变性，而不是等价于它。物理学家们通过长期的实验归纳总结出，在经典物理中所有的物理定律都有宇称不变性，但这并不等价于所有的物理量都是宇称不变的。比方说，任何矢量在宇称变换下都会与原先的方向相反（如速度、电场强度），但像是角动量和磁场强度这样的物理量则是一种赝矢量，其在宇称变换下方向不变。图：宇称变换后的的电场（左）和磁场（右）[2]，其中电场强度是矢量在宇称变换后会反向；而磁场强度是赝矢量，在宇称变换下方向不变。图：量子力学中粒子的自旋也是一种角动量，在宇称变换后方向不变（下）[3]。但是粒子在进行宇称变换之后还需再被旋转度，我们才会得到它的镜像（上）。这才会形成我们在镜子中看到的，左旋粒子变成右旋粒子的现象。由于大部分经典物理系统同时具有旋转不变性，当我们将它与宇称不变性组合在一起之后，我们就会发现大多经典物理中的物理现象具有镜像对称性。这也就是说，观察者似乎没有任何的办法可以把镜中世界和他们原本的世界区分开来：想象你坐在潜水艇中，你只能通过镜子来观察潜水艇外面的世界，你观察到的镜中世界的物理现象和一个不坐在潜水艇中的观察者用肉眼观察到的世界的物理现象不会有任何区别。所以即使潜水艇中一扇窗户也没有，你也依然可以看清外面的世界发生的任何事情。然而，在量子力学中，事情却并非那么简单。量子力学（使得）万事不决上世纪50年代，量子力学的理论基础已经奠定，此时得益于战后世界各地对核物理的热情，科学家们源源不断地在核实验中发现新的粒子。为了分类不同的粒子，物理学家们根据粒子三大属性：质量、自旋、电荷，对粒子们进行分门别类。然而，物理学家们却发现存在两个质量、电荷、自旋都都相等的核子，他们在发生核衰变之后，其中一个的波函数在宇称变换下保持不变（类似赝矢量，波函数为偶函数），而另一个的波函数则在宇称变换下发生一次反向（类似矢量，波函数为奇函数）。可若他们是同一种粒子的话，他们的波函数怎么能同时又是奇函数又是偶函数呢？有科学家猜想，或许是在核衰变过程中，宇称并不守恒！但鉴于宇称守恒在人们心中的神圣地位，大部分宣称宇称破缺的研究并未引起学术界的
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