第三十章 宇稱不守恆問題,還有銀河風帆
「你們倆不睡覺在討論什麼?超高維空間理論是你的萬能鑰匙嗎?」楊彩兒不知道什麼時候出現在兩個人的旁邊,她還給周思青端了杯水,放到茶几上。
「這當然不是我的萬能鑰匙,問題是,我們的可觀測宇宙就是這樣,在我們可見的三維世界中,很多問題是解釋不了的。而很多物理學的問題突破都是通過這樣的推理而實現的。」周思青為自己的理論進行辯解,然後他又提出了一個新的問題:「你們知不知道弱相互作用下宇稱不守恆?你們有辦法解釋一下嗎?」
「宇稱不守恆,我好像聽說過,但是記不太清楚了。」王志雲仔細思考了一下,這應該是已經是物理學很細節的內容了。
「這個我可以解釋。宇宙中存在著四種基本力,他們分別是引力、電磁力、以及只在微觀世界里才出現的強作用力和弱作用力。長期以來科學家們希望能用一個理論統一四種力的到底是什麼東西?愛因斯坦和致力於後來的超弦理論的無數科學家都奉獻了畢生精力,然而並沒有成功。」彩兒搶著向王志雲解釋這些基本概念。
「宇稱守恆,是指物理學關於對稱性探索的一個重要進展是建立諾特定理,定理指出,如果運動定律在某一變換下具有不變性,必相應地存在一條守恆定律。簡言之,物理定律的一種對稱性,對應地存在一條守恆定律。上述經典物理範圍內的對稱性和守恆定律相聯繫的諾特定理後來經過推廣,在量子力學範圍內也成立。通俗一點說,就是在平地上,你向左100米用多大力量,和你向右走100米用多大力量應該一樣。而楊振寧和李政道在1956年發現了弱相互作用下的宇稱不守恆,因而獲得了諾貝爾物理學獎。」
「在20世紀四五十年代,科學家們在宇宙射線里探測到了許多新的粒子,這些粒子並沒有在理論中被預言,因此被稱為「奇異粒子」。由於宇宙射線有許多人為不可控的因素,為了更好的研究,人們開始自己製造粒子加速器。粒子加速器聽起來很高大上,但是大家的使用方法其實很簡單粗暴:就是把一些粒子加速到很高的速度(因此具有很高的能量),然後把它們當槍使,讓這些高能粒子去撞各種東西,看看能不能撞出一些新東西出來。」
「不過,雖然手法簡單,但是效果卻非常顯著:科學家們撞出了一堆稀奇古怪的「奇異粒子」,而在這些粒子當中,物理學家們最感興趣的就是θ和τ粒子。它們有一些非常奇特難解的特性,被當時的物理學家們成為「θ-τ之謎」。」
「θ和τ這兩種粒子的生命非常短,很快會衰變成其他的粒子,物理學家們也是通過觀察衰變之後東西才推測它們的存在。它們奇怪的地方就在於:θ粒子在衰變的時候會產生兩個π介子,而τ粒子在衰變的時候會產生三個π介子。有人會說這有什麼奇怪的?一個粒子衰變產生兩個那個叫啥π介子的東西,另一個產生三個,這不是很稀鬆平常的事么,難道粒子衰變生成幾個介子還要受法律約束不成?」
「沒錯,單純這有看,確實沒什麼奇怪的。但是,隨後人們就發現,θ和τ這兩種粒子無論是電荷、自旋還是質量都一模一樣,這哥倆無論怎麼看都像是同樣一個粒子,但是它們的衰變結果卻不一樣,這就尷尬了。更為尷尬的是,澳大利亞的物理學家達利茲仔細的研究了這兩個粒子,利用當時普遍被接受的物理定律去做了一個計算分析,結果表明θ和τ的宇稱數不一樣,因此不可能是同一種粒子。
1956年,李政道和楊振寧在深入細緻地研究了各種因素之後,大膽地斷言:τ和θ是完全相同的同一種粒子,但在弱相互作用的環境中,它們的運動規律卻不一定完全相同,通俗地說,這兩個相同的粒子如果是向左走和向右走的話,它們的衰變方式在不同的方向上居然不一樣!用科學語言來說,「θ-τ」粒子在弱相互作用下是宇稱不守恆的。」楊彩兒一直解釋到這裡,才說明宇稱不守恆的含義。
「你們說這些一大堆的,讓我更聽不明白了,這最終是要說明什麼?」王志雲聽了這麼多,還是不太明白周思青提出這個問題的意義在於什麼?
「如果「θ-τ」粒子的衰變過程中,從超高維空間獲得了能量,那麼說明超高維空間內的能量都是矢量,即存在方向。方向不同能量大小不同。」周思青補充道。進而他又開始反問王志云:「難道你沒發現這個發現的重大意義嗎?」
「即使這些能量是矢量,又如何呢?」王志雲確實沒理解他們的意思。本來就很晚的夜裡,他突然被問到很多如此專業的物理問題,讓他沒轉過這個彎。
「請問,在蒸汽機發明之前,人類的船隻是靠什麼來行駛呢?」周思青提出一個很簡單的問題。
「當然是使用風帆,利用風能。船隻本身並不具備動力裝置。」王志雲回答著,在回答的同時,他似乎也意識到了上一個問題的答案。他感覺自己的身上出了一身雞皮疙瘩。「你是說,我們可以利用在超高維空間這些有方向的能量為我們這個三維世界提供動力,就像大海上航行的船隻。」
「是的啊,我們之前準備的所有實驗,都是要側量超高維空間中能量的分佈情況、能量場的方向,同時還要研究與超高維空間能量的相互作用方式。我們認為引力、電磁力、以及強作用力和弱作用力都受到超高維空間能量的作用,只不過在引力、電磁力等力場上,超高維空間的作用力是線性的,與我們三維空間中的力場保持一致。這樣就會有能量調用上的一致性。」
「你們這真是個神奇的想法。」王志雲一下子從沙發上站了起來,面露喜色,「如果你們的研究成功,那麼我們就可以為我們的航天設備安裝上一個超高維空間的風帆。可以利用超高維空間的能量實現飛行器的運行?」
「也許不只是飛行器,也許所有交通工具最終都可能使用。」楊彩兒也異常興奮的說道。
「這還不能確定,你這個猜測也許太過樂觀。這還是初步研究,距離應用還有很長距離。」周思青看兩人高興的樣子不禁皺眉。如果高興的太早,萬一最後發現根本沒有任何作用,那豈不是很失敗。
王志雲聽了周思青的話,覺得也很有道理,然後又思考了一陣,問道:「那麼在這個過程中,超高維空間就不需要補充能量嗎?」
「這我也確定不了。也許會是先向超高維空間注入能量,然後通過能量轉化驅動飛行器運行。」周思青回答道。「由能量守恆定律得知,宇宙的能量不能發生,也不會消失,只可以改變能量的方式。即使我們可觀測的三維空間這個宇宙的能量不能完全守恆,但是加上超高維空間,全體宇宙這個整體的能量肯定是要守恆的。即使能量與能量之間,可以通過放射(輻射)、傳導和對流的方式進行轉換,或者其它方式在三維空間和超高維空間之間轉換,但最終其一定是要守恆的。所以我覺得需要向超高維空間注入能量這件事是大概率的事情。」
「那就是說我們的戰機或飛行器上即使沒有化學能的傳統引擎,也還是要提供能量來源,是這樣嗎?而且這樣的能量應該遠遠超過一般的化學能吧。」王志雲又繼續追問。
「應該是這樣吧。」周思青點了點頭,肯定了王志雲的問題。
「那我明白了,也許這是一個核能引擎。但這想的還太遠。你需要先搞清楚,三維空間的能量與超高維空間能量的輸送關係。」王志雲又吩咐了幾句。
之後,幾個人又閑聊了一下實驗室的建設和工作開展情況。超高維空間的風帆,這確實是一個非常大膽的想法。而後在幾個人的討論中,楊彩兒建議將這個風帆的名字定義為銀河風帆。
「希望真的能像彩兒說的,有一個風帆,最終真的能帶領人類進入銀河,進入這宇宙。」這恐怕是大家心裡共同的想法。
在這樣一個寧靜的夜晚,帝都郊外這個小別墅里,搖曳的燈光從窗外透出來。面對未知和未來,幾個人並沒有被前路的迷茫所打敗。
人生有時候最重要的品質,其實很簡單,就是心中的信念,哪怕那信念里有几絲天真。
好像在那看不見的空間中的風,已經吹著一個高高大大的白帆,帶著幾個人的理想,飛出了這個世界,飛向遙遠的宇宙,向著遙遠的未知揚帆起航。
遠處不知名的星辰一亮一閃,似乎在向他們招手。