第332章 :我也不差

诺特发现,这些看似奇怪的守恒定律是一种被称为“广义协变”的特定类型的理论所固有的。在这样的理论中,无论你是稳步前进还是疯狂加速,与理论相关的方程都是成立的,因为理论方程的两边都是同步变化的。其结果是,广义协变理论——包括广义相对论——总是会有这些非传统的守恒定律。这一发现被称为诺特第二定律。

在她证明第二个定理的过程中,诺特证明了她的第一个定理是关于对称性和守恒定律之间的联系。1918年7月26日,这两个结果被发表在 G?ttinger Nachrichten 上。

在诺特去世后,诺特定律继续闪耀着光芒,尤其是在粒子物理学中。要梳理出基本粒子世界发生的神秘事情是非常困难的。Wilczek说:“我们必须依靠理论洞察力、美学和对称性的概念来猜测事物可能是如何运作的。”诺特定理带来了很大的帮助。

在粒子物理学中,相关的对称性是被称为“规范对称”的隐藏类型。物理学家在电磁学中发现了这种对称性,它导致了电荷守恒。

规范对称出现在电压的定义中。电压是两点之间的电势差异。电势本身的实际值并不重要,重要的是差值。这在电势上创造了一种对称性:它的整体值可以在不影响电压的情况下改变。这一特性解释了为什么鸟站在电线上不会触电,但如果它同时接触到两根电势不同的电线,那么,悲剧将立即降临在鸟的身上。

在上个世纪60和70年代,物理学家扩展了这一概念,发现了与守恒定律相关的、其它隐藏的对称性来发展粒子物理学的标准模型。

在发现守恒定律的任何地方,物理学家都在寻找对称性,反之亦然。这个标准模型解释了大量的基本粒子以及它们之间的相互作用。许多物理学家都认为标准模型是有史以来最成功的科学理论之一,因为它能够精确地预测实验结果。然而,标准模型并不完美,还有许多问题是它无法解释的。

一直以来,物理学家的目标便是构建一个统一理论,用几个方程就可以描述万物,尽管这已经被证明是非常困难的。这些统一理论是建立在基本对称的假设上。什么样的对称性能够统一基本力中的电弱力(电磁力和弱核力的统一)和强核力,物理学家还不知道。但是寻找这样的一个“大统一理论”是物理学中一个活跃的领域。

一个好的大统一理论能够预言宇宙中的质子和中子从何而来。质子和中子这两种粒子被称为重子,重子的总数应该是守恒的。在实验上,科学家寻找的是质子是否会发生衰变。如果我们观测到质子衰变,那么我们就会知道重子数是否真的守恒,这是大统一理论的关键线索。

但是,当我们寻找超越标准模型的理论时,物理学家发现了一种隐藏的对称,称为超对称,这是许多大统一理论的核心。超对称是建立在统一两组主要的基本粒子的基础上:费米子(比如电子和夸克)和玻色子(比如光子和希格斯玻色子)。它假设所有的费米子都有一个玻色子伙伴,反之亦然。