1900:游走在欧洲的物理学霸
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第562章 反物质消失之谜!再次完善大爆炸理论!宇宙不对称!惊骇全场!

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书名:
1900:游走在欧洲的物理学霸
作者:
虚空圣堂
本章字数:
13238
更新时间:
2025-03-27

肯定有很多人好奇:“我们的宇宙为什么是现在这样的?”

在这个问题之前,还有很多问题。

问:“宇宙的起源是什么?”

答:“宇宙起源于一个密度无限大、体积无限小的奇点发生的大爆炸。”

再问:“无限小的东西爆炸形成宇宙后,物质从哪里来?”

答:“物质来自量子真空涨落,爆炸后形成的真空本身蕴含的真空零点能创造了所有物质。”

再问:“这些被创造出来的物质中,有反物质吗?”

答:“根据理论预测,有,且很多。”

再问:“那为什么我们现在的宇宙是正宇宙,而不是由反物质组成的反宇宙?”

这就是爱因斯坦提出的问题。

众人一阵惊呼!

这个问题可就太难回答了。

有点像问“为什么光速是3×10^8m\/s”一样。

因为现实就是这样的。

人择定律!

如果不是这样的,就不会出现你爱因斯坦来提出这个问题了。

众人都觉得布鲁斯教授肯定也不知道问题的答案。

然而,在所有人不可置信的目光中,李奇维淡定一笑,自信地说道:

“关于这个问题,我有两个猜想。”

轰!

全场震撼!

这太强了吧!

“我连一个都想不到,布鲁斯教授竟然还有两种猜想。”

“布鲁斯教授的猜想,往往最终都被证明是正确的。”

“大佬说猜想是谦虚,我们说猜想是瞎蒙。”

在众人的低声议论中,李奇维的第一句话就震惊全场。

“我认为宇宙大爆炸之初,通过真空量子涨落创造出的物质,不仅仅有正物质,还有反物质!”

哗!

众人惊骇!

布鲁斯教授竟然把反物质和宇宙大爆炸理论结合在一起了。

和三天前的量子真空涨落一样!

这一刻,众人心神震动!

不可思议!

“宇宙大爆炸理论是布鲁斯教授十几年前提出的猜想。”

“当时还仅仅只是一个空壳,但是现在,它的内涵正不断被丰富。”

“布鲁斯教授正在一点一滴地完善这个宇宙起源理论!”

所有人忽然有种见证历史的感觉。

他们是眼睁睁看着宇宙大爆炸理论在发展。

最神奇的是,脱胎于广义相对论的宇宙大爆炸竟然和量子力学有如此紧密的联系。

这让人忍不住感慨世界的巧妙。

冥冥之中好似有什么更底层的规律。

爱因斯坦神色兴奋,眼放精光。

他在听到布鲁斯第一句话的瞬间,甚至已经大概猜到接下来的内容了。

“了不起,真是了不起!”

在众人的震撼中,李奇维继续说道:

“第一种猜想,宇宙诞生之初,正物质和反物质的数量是相同的。”

“按理来说,这种情况下,正反物质会全部湮灭成光子,宇宙中充斥着无穷无尽的电磁波。”

“但是,现在宇宙的存在证明,在这些正反物质之间,一定发生了某种特殊的变化。”

“这种变化导致反物质消失的速度比正物质快。”

“哪怕仅仅只是亿亿分之一的微小差异,在宇宙长河的尺度下,也会形成巨大的差距。”

“宇宙经过亿万年的膨胀和演化后,反物质消失殆尽,只留下忽略不计的一点。”

“所以,我们的宇宙中才没有宏观反物质。”

“至于这种【变化】具体是什么,我们不得而知。”

“但变化的结果就是宇宙偏爱正物质而不是反物质。”

哗!

会场内一片惊呼!

这个猜想可谓是有理有据,逻辑严密。

听起来非常合理!

当然,最关键的变化是什么,暂时不知道。

所以,它就只能是一个猜想。

即便如此,也足够惊艳了。

爱因斯坦感叹道:

“要想证明这个猜想,就必须对反物质的性质进行系统的研究。”

“我们现在对它一无所知。”

“如果反物质在某些物理化学反应上有特殊的机制,或许就能解释它和正物质数量为何有差异。”

众大佬闻言,皆认同地点点头。

布鲁斯教授的猜想虽然没有直接证据,但是却指明了方向。

对于物理学研究而言,方向实在太重要了。

这时,很多人期待:

“那第二种猜想是什么?”

台下角落处,有个年轻人表情激动。

他无比感谢导师把自己带来旁听会议。

“教授,您认为第二种猜想会是什么?”

波拉尼看着这个得意学生,轻声笑道:

“维格纳,你这是在故意为难我啊。”

“我要是知道,台上演讲的就是我了。”

年轻人正是未来狄拉克的大舅子,维格纳。

今年22岁的维格纳目前是柏林工业大学的化学系博士生。

所以他的导师波拉尼才能近水楼台先得月,把他带进会场听会。

维格纳的专业虽然是化学,但是他对物理非常感兴趣。

所以,他才千方百计想参加这次会议,哪怕只能旁听。

真实历史上,维格纳和他的妹婿狄拉克一样,极度低调。

维格纳出生在匈牙利布达佩斯,从小就展露出过人的数学天赋。

所以,他的父亲就把他送到匈牙利最好的中学念书,心想将来回家能记记账。

在学校,维格纳遇见了将来的一生至友冯·诺依曼。

于是,他的数学梦破碎了。

在冯·诺依曼的数学天赋和实力面前,维格纳感受到深深的自卑。

他觉得自己的数学天赋,都是菜逼老师吹出来的,和冯·诺依曼一比就是渣渣。

得,转行吧,不然这辈子只能当“二流数学家”了。

在父亲的建议下,维格纳选择到柏林工业大学读化学专业。

因为他父亲开个皮革公司,家里产业跟化学有一定的关系。

维格纳没考虑那么多,于是就转行学习化学了。

在德国的柏林工业大学,他经常有机会旁听柏林物理学会在此举办的各种学术讨论会。

会上,他见到了爱因斯坦、劳厄、海森堡、泡利等诸多威名赫赫的大佬。

维格纳忽然发现,自己好像对物理更感兴趣。

而且这一次,他并没有产生“我会成为二流物理学家”的自卑心理。

由此可见,冯·诺依曼的强大。

维格纳博士毕业后,当他的导师波拉尼听说这个得意弟子竟然要回家继承皮革厂,简直惊掉了下巴。

波拉尼劝说维格纳,一定要学习物理,并且亲自为他介绍物理导师。

一开始,维格纳的父亲还不同意,但后来,他被儿子的坚定和热爱所打动,于是就同意了。

就这样,维格纳又从化学转行到了物理。

而这一次,他将开启属于自己的牛逼之路!

他不仅在原子核研究上、强相互作用等领域发表重要成果。

而且在新导师的影响下,他开始接触和学习量子力学。

其中一个成果深刻影响了量子力学的发展。

只听它的名字,就知道多牛逼:宇称!

此刻,年轻的维格纳还不知道自己将来会走上物理之路。

他看着台上的布鲁斯教授,双眼快要放出光芒了。

“太强了!太强了!”

“布鲁斯教授就是我的偶像!”

“或许我应该学习物理?”

之前他回到匈牙利老家,还被好友冯·诺依曼狠狠炫耀了一番。

“老维,上次布鲁斯教授游历诸国经过匈牙利,你没有参加那场演讲,简直亏大了。”

维格纳撇撇嘴,酸酸道:

“得了,都知道你被布鲁斯教授公开夸奖了。”

“你又不学物理,瞎凑什么热闹。”

冯·诺依曼嘿嘿直笑。

想着这些趣事,维格纳的嘴角又露出一抹微笑。

“我要是转行学物理,老冯一定会惊讶吧。”

“数学我比不过他,物理我肯定能比过。”

会场气氛热烈,没人注意到维格纳这个无名小卒。

此刻,李奇维看着众人震惊的表情,心中感慨。

第二种猜想将会引出物理学界一个跌宕起伏的故事。

而故事的主角们都是华夏人!

按捺住兴奋的心情,李奇维继续说道:

“第二种猜想,宇宙在诞生之初,因为某种原理,正物质的数量就比反物质多一点。”

“每十亿个反物质粒子就有十亿个正物质粒子和一个正物质粒子。”

“当十亿个粒子相互湮灭时,剩下的十亿分之一,就组成了我们现在的宇宙。”

“所以,我们才找不到宏观反物质,因为它们在诞生出来时,就直接被消耗完了。”

“以上就是我对于宏观反物质的两种猜想。”

哗!

众人震撼!

这个猜想听起来更简单,但也更加令人匪夷所思!

那就是“为什么宇宙一开始诞生正反物质的数量不一样呢?”

“为什么不对称呢?”

对称!

这个物理学家追求的形式之美,它的理念早已深入人心。

自然界的很多现象都是对称的。

人是左右对称的,星球是对称的。

所以,物理学家朴素地认为,各种现象肯定会趋于对称。

那么宇宙大爆炸产生正反物质,为什么就不对称呢?

看着众人疑惑的表情,李奇维说道:

“我知道,诸位听完这个猜想后,肯定立马想继续追问下去。”

“为什么宇宙刚开始的时候,有更多的正物质而不是反物质呢?”

“布鲁斯教授你有倒果为因的嫌疑。”

“对此,我有一个解释。”

“不过在此之前,我想先介绍一位女性。”

“她就是哥廷根大学的数学教授,艾米·诺特。”

哗!

众人皆是一惊!

布鲁斯教授怎么会突然介绍一位数学家。

听到诺特这个名字,台下的玻恩微微一叹。

这也是一位牛逼且坚强的女性,令人心疼和敬佩。

诺特在数学界的地位,就相当于居里夫人、迈特纳在物理学界的地位,甚至还要更高一点。

她有很多称号:“历史上最伟大的女数学家”、“抽象代数之母”、“现代数学代数化的伟大先行者”。

真实历史上,诺特1882年出生在德国,她的父亲是数学教授。

18岁时,诺特考上了德国的埃尔朗根大学,这也是她父亲所在的学校。

但就因为她是女性,所以她没有资格注册学籍,只能在大学里旁听。

而且就连这个旁听,还是他父亲费了九牛二虎之力才争取到的机会。

所以诺特很珍惜在大学里的生活,她认真听课,学习刻苦。

和居里夫人、迈特纳等人一样,诺特也有着坚韧不拔的性格,她不服输!

当时哥廷根大学连她在内只有两名女生,诺特每次都大大方方地坐在教室前排,全神贯注地听讲。

她勤奋好学的精神感动了主讲教授,后者破例允许她和男生一样毕业考试。

诺特的成绩名列前茅,顺利通过了毕业考试。

但可惜,男生们都拿到了毕业证,她因为是女性,无法获得文凭,成为了没有文凭的大学毕业生。

对此,她的父亲也无能为力,心中非常愧疚。

然而诺特没有心灰意冷,她依然热爱着数学,经常去旁听希尔伯特、闵可夫斯基等大佬们的讲座。

这令她大开眼界,感觉充满了力量。

于是,她学习数学的欲望更坚定强烈了。

后来,学校改革,允许女性获得学位了,诺特第一时间就回到母校,取得了博士学位。

但是即便她有着极强的数学天赋,却始终得不到正常的尊重。

没有哪个大学愿意聘请她。

直到后来,大名鼎鼎的希尔伯特看中了诺特的天赋。

他力排众议,邀请诺特去哥廷根大学工作,并且还力荐她为讲师。

这中间的过程也不是一帆风顺的。

希尔伯特甚至在一次反对诺特成为哥廷根大学讲师的讨论会议上,直接发飙:

“我简直无法想象,候选人的性别竟然成为了反对她升任讲师的理由。”

“先生们!别忘了!这里是大学,不是洗澡堂!”

强如希尔伯特,都解决不了诺特被歧视的问题,可见那时的女科学家有多么艰难。

她们的艰难不是来自同行,而是来自制度和某些扭曲的人心!

在哥廷根大学的日子里,诺特仿佛开挂一般,或许她想拼命证明自己,让那些反对的人闭嘴。

她在抽象代数这个数学领域上,展现出非凡的天赋。

她彻底改变了环、域和代数的理论,震撼了数学界!

在希尔伯特的影响下,诺特不仅在数学领域成就斐然,而且还涉足了物理领域。

1918年,她发表了一篇简短的论文。

在这篇论文里,诺特提出了一个后来深刻影响物理学的理论:诺特定理。

大名鼎鼎的诺特定理,用一句话就可以很好地解释:

“系统中,每个【连续】的对称性,都对应着一个守恒量。”(注意连续这个词)

换句话说:这世上的守恒,来自对称!

好,装逼完毕,到底该怎么理解这句话呢?

在当时的物理学界,能量守恒定律一直是作为某种公理性质的东西。

无数的实验都证明了能量守恒的正确性。

所以,很少有物理学家去考虑能量为什么守恒,其背后是否有更底层的机制。

但是数学家和物理学家不一样,他们喜欢刨根问底。

毕竟数学家们连1+1=2都不放过,凭什么你说能量守恒就守恒。

而诺特研究这个问题后,从数学上证明了,守恒是因为对称!

能量守恒是因为时间平移的对称性!

形象点说,任何相同的物理过程,在不同的时间进行,其结果是一样的。

比如,你把一个小球从三层楼上抛下去。

假设每次的用力和周围环境都是一样的。

那么不管你是上午抛还是下午抛,今天抛还是明天抛,小球掉落的过程肯定都是一样的。

加速度一样,最后的落地速度一样,等等。

总之,不管你在什么时间做这个实验,过程和结果肯定都是一样的。

这听起来没什么问题吧,和人类的直觉非常相符。

那为什么时间平移对称,就意味着能量守恒呢?

可以这样想。

你把小球拿到三楼后,先不抛,那么是不是小球就具有了势能。

这时,假设时间平移不是对称的,会发生什么?

也许第二天,重力加速度g值就忽然变大了。

那么小球具有的势能也就变大了,很显然,此时能量就不守恒了。

但是无数实验已经证明了,能量是守恒的。

这意味着,时间平移一定是对称的。

这就是诺特定理的内涵。

“守恒定律,源于自然界的对称性。”

它们之间的深刻联系,赋予了物理学更深刻的结构和内涵。

小学三年级我们就学过,物理学中除了能量守恒,还有动量守恒、角动量守恒。

那么它们分别又对应什么对称呢?

动量守恒源自空间平移对称性。

即一个物理过程,无论它发生在空间的哪个位置,都不会随着位置变化而变化。

任何实验在任何时间和任何地点做,其结果都应该是相同的。

否则,人类的科学体系就无法建立。

《三体》中,智子为何能封锁地球的基础科学。

因为它让物理学家在不同的时间不同的地点,相同实验做出来的结果却不一样。

所以“物理学不存在了”。

而角动量守恒源自的是空间旋转对称性。

也就是说,任何物理过程在任意方向上的结果都是一样的。

磁场方向朝北和磁场方向朝南,其中电子的运动轨迹都是相同的。

这就是守恒定律和对称性的关系。

是不是感觉很好理解,一下子就能明白了。

甚至你可能会觉得:这不是废话吗?

哪怕是没上过学的人也知道是这样。

没错,当时的物理学家也认为诺特的论文讲的都是废话。

“这不是很显然的结论吗?”

“还需要你从数学上证明?”

“就算证明不出来,又有啥影响吗?物理学界还是正常使用。”

再加上诺特女性的身份,她的论文就没多少人关注了。

而且诺特的本职工作是数学,无法为自己的物理论文背书。

诺特自己也没有把这篇论文放在心上,而是又投入到数学研究当中。

终于,随着她的名气越来越大,1922年,在希尔伯特的极力推荐下,诺特被哥廷根大学聘请为教授。

可悲的是,她的教授职位是没有工资的,这点和同为哥廷根大学教授的玻恩很不同。

所以,玻恩才会无比敬佩诺特,就像他敬佩居里夫人一样。

此刻,当李奇维讲完诺特的理论后,很多人都不以为然。

“哦,我记得我好像看过这篇论文。”

“想法很独特,不过貌似并没有什么实际的理论用处啊。”

“而且这篇论文和反物质有什么联系吗?”

“......”

大部分人都不知道布鲁斯教授是何用意。

就算是和诺特见过几次面的玻恩,也面露疑惑,他问道:

“布鲁斯教授,诺特教授的这篇论文我看过。”

“但它与您所说的反物质比正物质少有什么关系吗?”

李奇维闻言,微微一笑。

他看着玻恩和众人不解的眼神,心中感慨。

诺特定理不仅有用,而且是非常有用。

它为后来的规范对称性理论、量子场论、乃至弦理论都提供了理论框架。

虽然诺特定理本身的内容很简单,但是它代表的物理学意义乃至哲学意义都非常深远。

它揭示了自然界背后的数学美感。

如果说对称是美的象征,那么对称被打破,更是美的极致疯狂!

而李奇维的回答,直接震撼了所有人。

“根据诺特教授的理论,自然界的守恒全部来自对称。”

“不仅是她,很多物理学家都认为,我们的自然界理所应当地是对称的。”

“所以宇宙大爆炸的开始,正物质和反物质应该一样多。”

“因为这样更符合宇宙创世的美感。”

众人皆点点头,他们的心里就是这样想的。

“但是,我做个大胆的畅想。”

“如果我的第二种猜想是正确的,那么是不是意味着,宇宙中的某些现象是不对称的呢?”

“因为某种不对称,所以爆炸瞬间产生的正物质比反物质更多。”

“然后才有了我们现在这个世界。”

“换句话说,我们的宇宙虽然因为对称而美丽,但是它本身却来自不对称!”

轰!

静!

死一般的寂静!

所有人被震撼的目瞪口呆!

“这......”

“不可能!绝对不可能!”

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