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与4种玻色子相互作用直到“自发对称破缺”发生

作者:FZ09 来源: 更新时间:2018-07-14 05:04:14

    近日来在朋友圈里频频刷屏的“中科院井盖涂鸦”,又火了一把。

    今天,在中国科学院物理研究所举行的公众科学日活动现场,来访者纷纷和“换上了新装”的井盖合影留念,成了这片略显单调的基础科学园区里,一抹别具一格的风景——

与4种玻色子相互作用直到“自发对称破缺”发生

    (邱晨辉摄)

    一只青蛙站在木块上在河中自在地漂流,背后蕴含的便是大家熟知的阿基米德浮力定律;

与4种玻色子相互作用直到“自发对称破缺”发生

    一只猫咪望向鱼缸中的小鱼,猫咪眼睛看到的鱼的位置比它实际的位置要高,这其实是斯涅尔定律,也就是光的折射定律在中间“捣鬼”;

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    一位男士向心仪的女生告白成功,而旁边的另一位男士却心灰意冷,其中的奥义就在他们身上箭头的方向上——描述微观粒子运动规律的泡利不相容原理让这个爱情故事变得“几家欢喜几家愁”……

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    这些井盖上的卡通图案,将物理学中具有代表性的经典公式进行了通俗化和艺术化的呈现,这在国内众多的井盖涂鸦活动中十分罕见。

    中科院物理所所长特别助理、综合处处长魏红祥告诉记者,为迎接即将到来的中科院物理所90周年所庆以及一年一度的大型公众科学日活动,该所特别组织策划了这场园区内的井盖涂鸦活动,他们从上千个物理学核心知识点中反复斟酌,精选出了24个公式,邀请专人进行艺术设计,所内上百名志愿者完成涂鸦工作。

    今天中国青年报•中青在线记者从该所独家获悉这24张涂鸦的设计原图,以及一一对应的物理学公式、科学原理解释——

与4种玻色子相互作用直到“自发对称破缺”发生

    1. 傅里叶公式

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    傅里叶变换公式是一种积分变换——意思也就是通过积分将函数变成另一种函数,新的函数会在另一侧面反映原来函数的信息。它在物理学各个领域都有广泛的应用,最常见的在信号处理领域将时域的信号变成频域的信号。

    2. 欧拉公式

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    或许 e^(iπ)+1=0 这种形式更出名,这是欧拉公式的特例。它刻画了几个数学常量e pi i之间神奇的联系。欧拉公式有明确的几何含义,复数可以一一对应到二维平面上,称这个二维平面为复平面。而欧拉方程告诉我们单位圆上的复数与其幅角的关系。欧拉公式联系了复指数和三角函数,是最基础的复数公式。

    3. 高斯定理

与4种玻色子相互作用直到“自发对称破缺”发生

    

    高斯定理表现了电场的性质。如果计算一个闭合曲面上的电场通量(直观理解电场通量就是通过曲面的电场线数目)之和,那么它恰好正比于闭曲面包裹的电荷数,其比例是介电常量。其实不止是电场,任何满足平方反比率的有源场都满足高斯定理。

    4. 斯涅尔定律

与4种玻色子相互作用直到“自发对称破缺”发生

    

    斯涅尔定理就是大家熟悉的折射定理。光经过不同介质界面时会发生折射,折射的大小与折射率有关。现实生活中的例子就是将筷子一端倾斜着插入水中,从水面上看筷子似乎断了一样。而荷兰物理学家斯涅尔首先定量描述了光线入射角与折射角的关系,即他们正弦的比等于两种介质的折射率比。这一定律就以他的名字命名为斯涅尔定律

    5. 电弱统一模型

与4种玻色子相互作用直到“自发对称破缺”发生

    

    根据电弱统一模型,弱力和电磁力被认为是同一种力的两种表现。在对称破缺前,两者完全不可区分,对应4个无质量的玻色子。对称尚未破缺时,真空中布满了希格斯场,与4种玻色子相互作用直到“自发对称破缺”发生。上图公式描述了电弱统一理论中“自发对称破缺”的希格斯机制。

    6. 法拉第电磁感应定律

与4种玻色子相互作用直到“自发对称破缺”发生

    

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