2020年12月4日 星期五

對稱與對稱破壞

 我學過物理的一部份,科普的來説就是對稱(symmetry)和對稱破壞(symmetry breaking)。後者官方語言是對稱破缺,聽了不踏實,平常言語是聽不到破缺這詞兒的。

 

有對稱,事情才有個秩序,能用數學式子來管理。用行業的術語來説,就是有解析解。但是對稱性太高了,系統就變得無趣了。像石墨烯(graphene)-就是單層的石墨,全是六角型的碳原子在二為平面組成的。六角形在二維平面的對稱性算是最髙的了,六角形的磁磚可以鋪滿整個地面。但是也因為對稱太高,石墨烯至今還真沒找著什麼大用


系統要有趣,要有些對稱,也要有些對稱破壞。像人長的大致左右對稱,所以前後行動較靈便(別跟我提螃蟹,這招不靈),這樣系統就動起來了。講到微小處,DNA 的排列左旋和右旋一樣可行。但是絕大部份的 DNA 是左旋的,左旋與右旋的對稱性被破壞了!這也許與生命的起源有關。而這現象的起源,有人猜是從微中子也只有左旋的有關。

 

講到極致,世界上所有的物質基本粒子-像夸克-與代表作用力的規範粒子 (gauge particle)-像光子-都有對稱規範著他們。原來對稱全還在時,粒子都是沒質量的。粒子若是全像光子般的虛無飄渺,這世界多貧脊啊!後來對稱自發性對稱破壞 (spontaneous symmetry breaking),粒子便被賦予了質量,這就是 2013 年物理諾貝爾獎發現的 Higgs 粒子。有科學家和記者稱之為「上帝粒子」,聽起來媚俗的很。不過,在粒子有了質量後,這世界才見得花草甜美、落英繽紛。

 

每次看到相關的物理現象時,就不由得想到對稱與對稱破壞:一則以靜、一則以動,而心智就在這動靜之間徘徊。同組研究群的同班同學知我逾四十年,有時候見到人介紹我時,用詞是:「他是搞對稱的」。哈,畢竟他宅心仁厚、口上積德,沒説我是搞破壞的。