物理學定律滿足宇稱對稱、電荷正負對稱、時間反演對稱這三種對稱。物理學定律在C、P和T的聯合作用下保持不變。CPT定理是物理學最基本的守恆定律。
基本介紹
- 中文名：CPT聯合作用
- 名稱：CPT定理
- 範疇：物理學
- 地位：物理界最基本的守恆定律
- 簡單解釋：電荷正負，宇稱，時間反演對稱
基本內容,質疑,
基本內容
如果粒子用反粒子替換，右手徵用左手征替換，以及所有粒子的速一度都反向，則物理定律不變，這被稱作CPT定理。CPT定律是一個物理界最基本的守恆定律。簡單的來說就是宇稱對稱，電荷正負對稱和時間反演對稱三者是嚴格守恆的。
物理學定律在被稱為C、P和T的聯合作用（或對稱）之下是不變的。這裡，C指的是用反粒子代替粒子；P的意思是取鏡像，也就是左右彼此互換；T指的是顛倒所有粒子的運動方向——這樣的結果是使運動倒退回去。在正常的情況下，支配物質的物理學定律不會因為CP聯合而自行改變。接下來，如果科學定律在CP聯合作用以及CPT聯合作用之下都不變，那么它們也必須在單獨的T作用下不變。
T指時間反演，意思是同一事件正向發生和逆向發生的機率。如果我們假設打碎一個杯子，對於該事件而言，它的逆向發生表現為碎片變為杯子。而這是不可能發生的，因為該事件不能違反熱力學第二定律，孤立封閉系統的混亂程度總在不斷增加。然而，對於一個或數個粒子而言，它們沒有熵，因此它們發生某個運動的話，正向發生和逆向發生的機率相等，也就是微觀層次上的時間對稱。在微觀層次上，物理學幾乎是完全時間對稱的，也就是物理定律在時間流逝的方向倒轉之後仍然保持為真；但在巨觀層面上，時間存在著明顯的方向。通俗的講，隨著尺度的減小，事件逆向發生的機率會逐漸趨近於正向發生的機率，當尺度非常小的時候，我們認為兩者是近似相等的。
質疑
曾經有一個數學定理說，任何服從量子力學和相對論的理論必須服從CPT聯合對稱。20世紀50年代的研究指出，P對稱在弱相互作用下會被破壞，而C對稱被破壞也有幾個有名的例證。於是有一小段時期，物理學家認為CP對稱在所有的物理現象中都會守恆，但不久後就發現這也是錯的。由於CPT守恆的關係，這意味著T對稱（時間反轉）也必須被破壞。CPT定理需要所有的物理現象都保有CPT對稱。它假設量子定律和洛侖茲不變性都是正確的。具體的，CPT定理指出，任何有伴哈密頓算符的洛侖茲不變局部量子場論，都必須有CPT對稱。
換句話說，如果同時用反粒子置換粒子，取鏡像和時間反演，那么宇宙的行為必須是一樣的。然而，克羅寧和費茲指出，若僅僅用反粒子取代粒子，並取鏡像，但不反演時間方向，則宇宙的行為仍保持不變。也就是說，物理學定律在時間方向顛倒的情況下必須改變，即它們並不服從T對稱。
1956年，李政道和楊振寧提出弱相互作用實際上不符合P對稱。換言之，弱力使得宇宙和宇宙的鏡像以不同的方式發展。同一年，吳健雄證明了他們的預言是正確的。她把放射性原子的核排列在磁場中，使它們的自旋方向一致。實驗表明，在一個方向比另一個方向發出來更多的電子。
人們還發現弱相互作用不服從C對稱，即是說，它使得由反粒子構成的宇宙和我們的宇宙不同的方式行為。儘管如此，弱力似乎確實服從CP聯合對稱，即反粒子構成的宇宙的鏡像，與我們的宇宙以同樣的方式發展。然而，1964年發現，在K介子的衰變中，不服從CP聯合對稱。
