笔记

第9章:基础物理学

第3节:不可逆性与热力学第二定律


时间反转不变性

物理定律的可逆性意味着,给定一个物理系统在特定时间的状态,总是有可能唯一地计算出它的未来和过去。时间反转不变性进一步意味着每个方向的行进规则应该是相同的。从一个很好的近似值来看,这似乎是真的,但事实证明,在某些深奥的粒子物理过程中,发现了微小的偏差。特别是,1964年发现K的衰变0粒子违反了约千分之一的时间反转不变性。在目前的理论中,这种效应并没有任何特别的根本原因,只是假设与某些参数的任意设置有关。K0在很长一段时间内,衰变是唯一明确看到的时间反转违反的例子,尽管最近可能也看到了B粒子衰变的例子。事实也证明,目前唯一可行的宇宙中物质明显优于反物质的理论是基于这样一种观点,即在宇宙早期某些非常大质量粒子的衰变中发生了少量的时间反转破坏。

用于粒子物理的基本形式主义不仅假设可逆性,而且也假设所谓的CPT不变性。这意味着,如果一个人不仅反转时间方向(T),而且同时反转所有空间坐标(P)并共轭所有电荷(C),用反粒子取代粒子,那么同样的规则也适用。在某种数学意义上,CPT不变性可以被视为相对论不变性的推广:当速度比光速快时,接近于普通相对论变换的东西就是CPT变换。

最初,人们假设C、P和T都是不变量,就像经典力学中的一样。但在1957年,人们发现在放射性β衰变中,C和P在某种意义上都被最大限度地违反了:除其他外,中微子和发射的反中微子的自旋和运动方向之间的相关性正好相反。尽管如此,仍然假设CP和T是真正的不变量。但在1964年,这些也被发现受到侵犯。从纯光束K开始0粒子,结果是量子力学混合过程在大约10之后开始-8秒到某种混合物K0粒子——K的反粒子0有效的结果是,在正时间方向和负时间方向上,混合量相差约0.1%。(实际观察到的是K的长寿命分量的小概率0光束衰变为两个而非三个π介子。需要进行一些分析才能将此与T违例联系起来。)迄今为止,粒子物理实验支持精确的CPT不变性。简单的引力模型可能表明CPT违反(由于偏离了纯粹的特殊相对论不变性),但当模型得到改进时,这种影响往往会消失。



图像源笔记本:

斯蒂芬·沃尔夫拉姆(Stephen Wolfram):一种新的科学[引用]