对称的宇宙 不对称的世界.doc

对称的宇宙不对称的世界
【摘要】本文根据物理学家的研究,认为真实的宇宙与我们所观察到的世界有所不同,并推断宇宙是对称的,世界是不对称的。
【关键词】对称;宇宙;探讨
1 生活中的对称与不对称
通常所说的对称,是指物体各部分之间在大小、形状和排列上具有一一对应的关系,更科学一点的表述是,系统经过某种变换后,仍保持不变的性质[1]。在日常生活中,只要细心观察,就不难发现,对称无处不在。晶莹剔透的雪花,翩翩飞舞的蝴蝶,精美绝伦的工艺品,高大雄伟的建筑,都呈现出妙趣天成的对称性[2]。这些对称体现了简单、匀称、连贯、流畅的特点,给人以平衡、和谐的美感[3]。
在这千变万化的世界中,不仅有美妙的对称,而且存在着各式各样的不对称。世界上没有两片完全相同的树叶,每片树叶都有自己的脉络和纹理,只有当对称被破坏,才能使树叶显示出各自的特性。但是当我们仔细观察这些不对称时,就会发现不对称往往是由于外界的某种原因所导致的,就像每片树叶之所以不一样,是因为每片树叶的阳光、土壤、成长环境都不相同。
再比如说,当我们去踢一个静止的足球时,若没有其它原因,球的运动轨迹不会偏离其初速度与重力所决定的竖直平面。如果我们发现球的轨迹朝某一侧偏斜,也就是出现了不对称,那么我们可以相信,一定存在某种不对称的原因,譬如说球场有风。而在足球场上通常没有风,我们也会看到,球员踢出的球会拐弯,也就是俗称的香蕉球,这是什么原因呢?仔细观察,我们就会发现,球员在踢球时,不仅给球一定的初速度,而且让球发生了旋转,足球旋转的方向决定了球向哪边偏,旋转的速度决定了球偏斜的程度。球场上的风或者球的旋转,导致了足球呈弧线飞行。
根据上面的例子,我们可以发现,之所以出现不对称,通常是由于存在着某种不对称的原因。那么,似乎我们所生活的世界普遍是对称的,而所谓的不对称只是由于外界的某种原因所导致的。
2 物理学中的对称
物理学家早就发现了对称的重要性,阿?热在《可怕的对称》一书中指出“没有对称性思想的引导,当代物理学家将无法工作”。英国理论物理学家狄拉克,根据对称性认为,自然界既然有带负电荷的电子,那么就应该有带正电荷的电子。因此,他预言:存在着一个与电子质量相等而电荷相反的粒子,即正电子[4]。
随后,美国物理学家安德逊在宇宙射线中发现了正电子,从而证实了狄拉克的预言。正电子是第一个被发现的反粒子,物理学家又发现了反质子和反中子。到目前为止,已经有300多种基本粒子被发现,这些基本粒子都是正反成对存在的,也就是说每个粒子都存在与之对称的反粒子。当粒子和它的反粒子一旦相遇,就会相互吸引、碰撞而转化为光,同时释放出的巨大的能量,这一过程被称为湮灭。
不仅粒子满足对称性,物理规律也体现着对称性。物理学中的守恒律常被看作是最基本的自然定律,它以确定的可靠性和极大的普遍性预言着哪些过程是允许的,哪些过程是禁戒的,它为物理学的研究指明了方向[5]。德国女数学家诺特发表的诺特定理,揭示出对称和守恒这两个重要概念是紧密地联系在一起的,自然界的每一种对称性都可以得到一种守恒律,也就是说,对称性是比守恒律更加本质的东西[5,6]。根据物理学家的研究,对称性与守恒律的对应关系,如表1所示[1,6]。
对称的图形是美的,对称的物理规律更是美的,在整个物理理论的发展过程中,对称性起到了重要的作用,对称所产生的简单、和谐、统一,构成了物理学的美学准则。但是为什么物理学家如此执着于找到宇宙的对称性,为什么宇宙会是对称的?
3 对称从何而来
在回答这个问题之前,我们先要思考一个问题,就是宇宙从何而来。自古以来,人类一直在思考这个问题,老子的《道德经》中说,
“道生一,一生二,二生三,三生万物”,简单来说这句话的意思是,宇宙的本原是自然规律,然后逐渐由一生二,由二生三,由三生成万物。这句话体现了我国古代劳动人民深刻的思想、博大的智慧,但是这句话没有解决本质上的问题:万物遵循的规律是如何产生的?这个规律在万物出现之前就存在,那么它到底是什么?
基督教认为,上帝创造了万物,而上帝是永恒存在的,他是宇宙的开始。对于我们来说,这个解释也许可以勉强接受,但是,对于这个万能的上帝来说,他一定非常困惑自己多少岁,自己到底来自哪里。我们忘掉这个可怜的上帝,听听科学家们怎么说,大约在150亿年前,宇宙所有的空间和物质从一场惊心动魄的大爆炸中产生,大爆炸理论得到了最广泛且最精确的支持[7]。但是宇宙为什么会发生大爆炸?大爆炸之前的宇宙是什么样子的?目前,还没有一个准确、合理的解释。
根据刚才的分析,我们似乎发现一个规律,如果认为宇宙从某个东西演化而来,那么我们总可以理直气壮地问这个东西从何而来。为了避免这种追根溯源的质问,我们只能认为宇宙诞生之前是“无”,也就是什么都没有,因