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SU3-IBM,大学生用核结构(9)对称性(3)

已有 185 次阅读 2024-6-19 10:49 |个人分类:心智之旅|系统分类:观点评述

    前边讨论两类对称性,对于理解核结构都是非常重要的。第一类是图形的对称性,这类对称性比较直观明白,在后边我们会看到,形状对于核结构来说是一个基本的概念,所以对称性就非常重要。第二类是基本粒子是一样的,这类对称性看起来有些奇怪,但是用起来却非常简单。基本粒子是一样的,我们成为全同性。因为原子核是由质子和中子构成的,而质子和中子都是全同的粒子。

    全同的粒子不能区分,所以在计数的时候,不能进行区分,这和我们日常的经验不一样。如果有六只羊,每一羊我们都可以做上标记,因为虽然都叫羊,但是是可以区分的,放在一起也可以区分。每一只羊都可以取个名字。但是质子就不行了,都长的一个样,无法区分,所以没法取名字。比如有六个质子,我们不能说质子1号,质子2号,因为区分不了。我们只是知道有6个质子,在这里数字是一个整体的概念。那么为什么我们知道是6个呢?因为我们可以一个个的分离质子,分成6份,是可以分开的。但是当把它们放在一起的时候,就无法区分了。不知道哪一个是以前的哪个质子。

    所以全同的粒子不需要区分。如果有6个质子,我们就可以用∣6>这样的记号来标记。这里边的|>就是狄拉克符号,是狄拉克发明的。量子力学是一个很奇特的理论,这个理论更像是一个记帐本,记录一堆数字。一个原子核如果有12个质子和12个中子,就可以用|6,6>来标记。

    为什么基本粒子会不可区分呢?为什么世界上所有的电子都一个样子呢?就不行某个电子的电荷多一点,质量少一点?有一种普遍采用的说法,这里说一下,但是究竟对不对我们并不是太清楚,反正都这么理解。

    比如前边的一维简谐振子的情况。它的哈密顿量满足的本征方程是

图片.png

这里的En就是可能的能量值,是离散的。这个值是

图片.png

可以看到这个结果非常有意思。这里的n是0以及所有的整数。所以每个能量值减去基态的能量以后,也就是更高的激发能量,都是图片.png的整数倍。这样一来,这个简谐振子的激发态,就好像是由一堆能量为图片.png的粒子构成的。如果减少一份能量图片.png,就好像拿走了一个粒子。如果多了一份能量图片.png,就好像多了一个粒子。所以第N个激发的能量,就可以看成是N个粒子。这个结果很深刻,所以此时的描述波的函数图片.png就可以用狄拉克符号|n>来描述,也就是此时有n个粒子。

    把哈密顿顿量,用算符来表示,叫做第一次量子化,然后用粒子数来标记,就叫做第二次量子化。从名字上来看,这让人感觉非常高深,实际上非常简单。这一套理论,物理学中有一个艰深的名字,叫量子场论,可怕不?

    我们再来看看这n个粒子,有人可能说,这些粒子不是假的么?如果你仔细想想,就知道它不是。因为这n个粒子,会逐个的消失,就和实际的粒子没什么区别。但是它们实际上是一个一维简谐振子。这样的图像非常深刻,支配者整个物理学的理解。

    我们可以说,这n个能量的粒子,是一维简谐振子的全息图像,就有一对一的关系。

    这样一来我们就能明白为什么具有全同性了。很显然,这n个粒子都是一样的,因为它们就是能量的量子化的结果,这些粒子没有什么位置,因为每一个粒子实际上都是一个整体性的概念(这个想法非常有价值),没有任何别的理由来进一步区分它们。

    那么电子、质子、中子这些也是某个奇特的简谐振子的激发结果么?对此我们还无法肯定的回答,但是量子场论告诉我们,实际上的情况可能就是如此。我们的宇宙的本质就是几根奇妙的琴弦,当它弹奏起来以后,宇宙就出现了。



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