Закон - зеркальная симметрия
Cтраница 2
Существует много примеров того, как предвзятые мнения тормозили развитие науки. Когда в 30 - х годах готовился эксперимент по проверке закона зеркальной симметрии при р-распаде, физики-теоретики были настолько уверены в незыблемости этого закона, что высмеяли экспериментаторов и эксперимент не был поставлен. Только в 50 - х годах теоретики пришли к заключению, что закон этот может нарушаться именно при р-распаде, и опыт подтвердил их заключение. [16]
Наличие зеркальной симметрии в спектрах поглощения и излучения может быть использовано для выяснения некоторых спектральных свойств молекулы. Очень важным является тот факт, что для веществ, подчиняющихся закону зеркальной симметрии, может легко быть найдена частота чисто электронного перехода. Кроме того, исследование спектра люминесценции для подобных веществ позволяет получить сведения о спектрах поглощения этих веществ, что особенно ценно, когда непосредственное измерение спектров поглощения затруднено. [17]
Так, закон зеркальной симметрии явлений природы подтверждался многими опытами и прочно вошел в представления физиков. Но опыты по проверке этого, казалось бы, точного закона, разумеется, никто не отнес к области лженауки, и результатом явилось важнейшее открытие - оказалось, что закон зеркальной симметрии нарушается при радиоактивном распаде. [18]
Свечение красителей - один из наиболее полно исследованных случаев люминесценции. Именно на растворах красителей были установлены описанные в главах III, IV, V и VI основные спектральные закономерности свечения дискретных центров: закон независимости спектра люминесценции от длины волны возбуждающего света, закон Стокса, закон зеркальной симметрии спектров, закон Вавилова, исследованы явления тушения и поляризации люминесценции; поэтому многие сведения о свечении красителей были уже сообщены при рассмотрении основных свойств люминесценции. Ниже делается краткий общий обзор оптических свойств красителей с соответствующими ссылками на уже описанные факты и пополнением сведений о специфических свойствах свечения красителей. [19]
Закону зеркальной симметрии можно дать несколько иную формулировку, более ясно выражающую его физический смысл. Действительно, ординаты спектра излучения в относительной мере дают суммарные вероятности излучения квантов света соответствующих частот; ординаты спектра поглощения, в свою очередь, характеризуют поглощательную способность вещества для различных частот. [20]
Примерно тридцать лет назад возникли первые противоречия. Была обнаружена частица - заряженный К-мезон, - которая может распадаться либо на две, либо на три другие частицы - пи-мезоны. Анализ опытов привел физиков к заключению, что здесь нарушается зеркальная симметрия. Закон зеркальной симметрии запрещает К-мезону распадаться обоими способами. [21]
При этом ядра поляризуются - их спины ( о спине мы еще поговорим) ориентируются вдоль магнитного поля. При ( 3-распаде из ядер кобальта вылетают электроны и антинейтрино. Обнаружилось, что электроны вылетают преимущественно под тупыми углами к направлению магнитного поля. Между тем, по закону зеркальной симметрии острые и тупые углы должны были бы встречаться одинаково часто. [22]
 |
Возникновение полосы поглощения ( I и люминесценции ( II. [23] |
На рис. 9 приведены спектры поглощения a ( v) и люминесценции 1лгм ( ч) для раствора родамина 6G в ацетоне. По оси абсцисс отложены частоты, по оси ординат-коэффициент поглощения а и интенсивность люминесценции в виде числа излучаемых квантов данной частоты. Масштабы выбраны так, чтобы максимумы аи Iлюм были равны. Из рисунка видно, что кривые поглощения и излучения зеркально симметричны относительно линии, проходящей через точку пересечения кривых а и 1ЯЮМ Для того, чтобы выполнялся закон зеркальной симметрии, установленный В. Л. Лев-шиным, необходимо, чтобы структуры верхних и нижних уровней были подобны, и, кроме того, осуществлялось перераспределение молекул таким образом, чтобы они занимали в основном наиболее низкие уровни в верхней системе уровней. Это означает, что часть энергии возбуждения молекул должна перейти в тепло. На рис. 10 представлено две системы уровней, имеющих одинаковое строение. Слева показаны переходы на верхние уровни при поглощении света. Справа показаны переходы на нижнюю систему уровней из возбужденного состояния. При этом на рисунке показано, что в верхней системе уровней произошло перераспределение молекул по состояниям, в результате чего они в основном находятся на самом нижнем уровне верхней системы. Этот же рисунок поясняет закон Стокса, согласно которому спектр люминесценции должен быть смещен в красную сторону по сравнению со спектром поглощения. [24]
Действительно, посмотрим на отражение этой установки в зеркале. Магнитное поле изменит свое направление по отношению к отраженным предметам на обратное, как винт, который при отражении из правого превращается в левый. Ведь направление магнитного поля определяется из направления тока в катушке, создающей поле, как раз по правилу винта. Поэтому тупые углы к направлению магнитного поля в зеркале превратятся в острые, следовательно, зеркальное изображение опыта выглядит не так, как сам опыт, в прямом противоречии с законом зеркальной симметрии. [25]
Дело в том, что зеркальная симметрия, как и рассмотренные ранее симметрии относительно сдвигов и поворотов в пространстве-времени, приводит к закону сохранения. Сохраняется величина, которая называется четностью. Согласно квантовой механике поведение частицы описывается так называемой волновой функцией. Физические величины выражаются через эту функцию квадратично. По закону зеркальной симметрии свойства частиц не должны изменяться при зеркальном отражении, но это не относится к волновой функции. Например, она может изменить знак. Когда волновая функция не изменяет знака при зеркальном отражении, состояние называется четным, а когда изменяется - нечетным. Таким образом, если есть зеркальная симметрия, каждая частица имеет определенную четность. Теперь можно пояснить затруднение, возникшее с К-частицей. Пи-мезон - нечетная частица, то есть в состоянии покоя его волновая функция изменяет знак при отражении. Если К-мезон четный, он может распадаться только на две нечетные частицы, а если нечетный - то только на три. Мы немного упростили рассуждение, но недалеко ушли от истины, надо было бы еще убедиться, что четность вылетающих частиц не изменяется от их движения. [26]
Страницы: 1 2