對(duì)稱性破缺（跨物理學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科的概念）
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對(duì)稱性破缺
本詞條是多義詞，共2個(gè)義項(xiàng)
跨物理學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科的概念
對(duì)稱性破缺是一個(gè)跨物理學(xué)、生物學(xué)、社會(huì)學(xué)與系統(tǒng)論等學(xué)科的概念，狹義簡(jiǎn)單理解為對(duì)稱元素的喪失；也可理解為原來(lái)具有較高對(duì)稱性的系統(tǒng)，出現(xiàn)不對(duì)稱因素，其對(duì)稱程度自發(fā)降低的現(xiàn)象。對(duì)稱破缺是事物差異性的方式，任何的對(duì)稱都一定存在對(duì)稱破缺。對(duì)稱性是普遍存在于各個(gè)尺度下的系統(tǒng)中，有對(duì)稱性的存在，就必然存在對(duì)稱性的破缺。對(duì)稱性破缺也是量子場(chǎng)論的重要概念，指理論的對(duì)稱性為真空所破壞，對(duì)探索宇宙的本原有重要意義。它包含“自發(fā)對(duì)稱性破缺”和“動(dòng)力學(xué)對(duì)稱性破缺”兩種情形。
基本信息
| 中文名 | 對(duì)稱性破缺 |
| 外文名 | Symmetry Breaking |
基本介紹
李政道認(rèn)為對(duì)稱性原理均根植于“不可觀測(cè)量”的理論假設(shè)上；不可觀測(cè)就意味著對(duì)稱性，任何不對(duì)稱性的發(fā)現(xiàn)必定意味著存在某種可觀測(cè)量。李政道說(shuō)：“這些‘不可觀測(cè)量’中，有一些只是由于我們目前測(cè)量能力的限制。當(dāng)我們的實(shí)驗(yàn)技術(shù)得到改進(jìn)時(shí)，我們的觀測(cè)范圍自然要擴(kuò)大。因而，完全有可能到某種時(shí)候，我們能夠探測(cè)到某個(gè)假設(shè)的‘不可觀測(cè)量’，而這正是對(duì)稱破壞的根源。
這和“對(duì)稱性破缺則是由‘宏觀’走向‘微觀’而展現(xiàn)事物差異性的方式”哲學(xué)觀點(diǎn)是一致的。
物理
物理學(xué)中幾何對(duì)稱與抽象對(duì)稱
對(duì)稱性破缺可以理解為原來(lái)具有較高對(duì)稱性的系統(tǒng)，出現(xiàn)不對(duì)稱因素，其對(duì)稱程度自發(fā)降低的現(xiàn)象。或者用物理語(yǔ)言敘述為：控制參量λ跨越某臨界值時(shí)，系統(tǒng)原有對(duì)稱性較高的狀態(tài)失穩(wěn)，新出現(xiàn)若干個(gè)等價(jià)的、對(duì)稱性較低的穩(wěn)定狀態(tài)，系統(tǒng)將向其中之一過(guò)渡。和前面群論提到幾何對(duì)稱操作中旋轉(zhuǎn)、反映、反演相似，在物理學(xué)中則是電荷對(duì)稱、時(shí)間反演、空間反映，的對(duì)稱操作就是C、T、P。CTP也存在對(duì)稱與破缺。
按照諾特定理，守恒量意味著對(duì)稱性；在物理學(xué)上不僅僅有幾何的對(duì)稱還有抽象的對(duì)稱。比如：電荷守恒定律涉及抽象的性質(zhì)而非動(dòng)力學(xué)的性質(zhì)，它對(duì)應(yīng)著抽象的對(duì)稱性；還有保守力在保守場(chǎng)中的做功，這些就是規(guī)范對(duì)稱。在尋求各種相互作用力的理想的量子理論中，規(guī)范對(duì)稱性在起著核心的作用；而且統(tǒng)一力的理論嘗試也是在規(guī)范對(duì)稱性的范圍之內(nèi)的。
 對(duì)稱性破缺 |
超對(duì)稱
在70 年代早期，理論物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)比旋轉(zhuǎn)和平移這種操作更深刻，更有效的幾何對(duì)稱性，這就是超對(duì)稱。比如具有1/2 費(fèi)米子必須轉(zhuǎn)動(dòng)720°才能回復(fù)到原先的位置，這種雙值性決定了它的幾何對(duì)稱操作玻色子完全不同。這樣的性質(zhì)在通常空間的幾何操作的框架內(nèi)是不能處理的。在超對(duì)稱理論中，在通常的四維時(shí)空上附加另外的四維，稱為超空間，目的是為了容納費(fèi)米子奇異的幾何性質(zhì)。因此這些附加的“費(fèi)米維數(shù)”不是我們所知的空間或時(shí)間的維數(shù)。超對(duì)稱操作能從通常空間轉(zhuǎn)到附加的費(fèi)米維數(shù)，即能把玻色子變?yōu)橘M(fèi)米子，把費(fèi)米子變?yōu)椴Ｉ印Ｋ晕覀兛梢园奄M(fèi)米子和玻色子看成一個(gè)幾何存在的兩個(gè)不同的投影。
對(duì)稱粒子。 |
按照這個(gè)理論，費(fèi)米子和玻色子具有直接的物理聯(lián)系，費(fèi)米子與玻色子相互對(duì)應(yīng)，即每個(gè)粒子都有其超對(duì)稱伴侶；但從現(xiàn)在已知的玻色子和費(fèi)米子來(lái)看，這種對(duì)稱性似乎不成立的。有觀點(diǎn)認(rèn)為，現(xiàn)在物理學(xué)中系統(tǒng)的對(duì)稱性破缺，是因?yàn)楦顚哟蔚膶?duì)稱性是隱藏著的，也許自然本身是超對(duì)稱的；同樣，超對(duì)稱也會(huì)出現(xiàn)真空自發(fā)破缺。
德國(guó)數(shù)學(xué)家卡魯扎（Kaluza）提出，通過(guò)附加一維額外的虛空間自由度來(lái)寫出五維而不是四維的愛(ài)因斯坦引力場(chǎng)方程；五維的愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程不但給出了通常的四維引力方程，還給出另外一組方程，而這正好就是電磁場(chǎng)的麥克斯韋方程組。按照這個(gè)理論電磁作用和引力作用都不是單獨(dú)的力，而是在不可見(jiàn)的更高維空間自由度的世界里。奧斯卡·克萊因（O.Klein）認(rèn)為我們沒(méi)能察覺(jué)到那一維額外自由度的原因是，在某種意義上它“卷縮”到一個(gè)非常小的尺度，就好比一個(gè)水管在遠(yuǎn)處看就會(huì)把它當(dāng)成一個(gè)曲線。這個(gè)尺度就是普朗克尺度，10*（-35）米是空間被分割的最小距離。
弱作用規(guī)范
斯蒂芬·溫伯格（Steven Weinberg）和阿卜杜斯·薩拉姆（Abdus Salam）各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)有可能在不破壞弱作用內(nèi)在的規(guī)范對(duì)稱性的情況下使弱“媒介”粒子獲得質(zhì)量。這一質(zhì)量可以通過(guò)弱作用場(chǎng)內(nèi)部一定的相互作用來(lái)自發(fā)地產(chǎn)生，弱作用的規(guī)范對(duì)稱性可能是自發(fā)破壞而不是動(dòng)力學(xué)破壞。整體對(duì)稱性是一個(gè)連續(xù)變換群，整體對(duì)稱性自發(fā)破缺，零自旋、零質(zhì)量粒子就會(huì)產(chǎn)生，稱為戈德斯通（Goldstone）玻色子，如果局部對(duì)稱規(guī)范群自發(fā)破缺，部分戈德斯通玻色子將會(huì)得到質(zhì)量，即希格斯機(jī)制。溫伯格和薩拉姆提出W 和Z 粒子（弱作用的“媒介”粒子）是通過(guò)弱作用希格斯機(jī)制獲得質(zhì)量的。希格斯場(chǎng)量子是有質(zhì)量無(wú)自旋的玻色子，它與電磁－弱作用場(chǎng)相耦合，在這種耦合的作用下，系統(tǒng)選擇了最低能量狀態(tài)，使得W 和Z 獲得大質(zhì)量。
對(duì)規(guī)范對(duì)稱的描述也要用到數(shù)學(xué)的群論，描述這種連續(xù)對(duì)稱的稱為李群。例如圓環(huán)上的對(duì)稱性，一個(gè)圓環(huán)在繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)任何角度時(shí)保持對(duì)稱。這些轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)成一個(gè)群，稱為U（1），其中U 代表“幺正”的意思，是一種特定的數(shù)學(xué)性質(zhì)。碰巧電磁場(chǎng)的規(guī)范對(duì)稱性正是這種U（1）對(duì)稱，為Able 群；不過(guò)是在某一抽象空間中，而非真實(shí)的空間。弱力和電磁力可由SU(2)xU(1)非阿貝爾規(guī)范理論來(lái)統(tǒng)一描述，S 代表“特殊”；已有標(biāo)準(zhǔn)模型：SU(3)x SU(2) x U(1)（非阿貝爾規(guī)范理論）來(lái)描述強(qiáng)、弱、電磁三種力，我們?cè)谶@里并不關(guān)心它在數(shù)學(xué)上的具體含義。
11維空間
M-理論中11維空間示意圖
11 維空間能否成立？弱作用的一個(gè)明顯特征是它破壞左右鏡象對(duì)稱，這意味著基本粒子具有‘手性’，確定的手征性只存在于單數(shù)維的空間中；也就是說(shuō)，空間的維數(shù)是奇數(shù)，因而時(shí)空的維數(shù)必定是偶數(shù)。這是11 維空間遇到的難題。
生物
對(duì)稱性破缺與生物起源
二次迭代Mandelbrot 集與分子填充為組織的迭代比較。他們?cè)从诓煌姆蔷€性過(guò)程，諸多分形結(jié)構(gòu)都具有M 集的類似特征。這個(gè)過(guò)程是高度非線性的，依賴這樣的非線性使得結(jié)構(gòu)具有自相似性。生物源于宇宙對(duì)稱性破缺，分子系統(tǒng)豐富多彩的結(jié)構(gòu)也通過(guò)對(duì)稱破缺而發(fā)展。
 對(duì)稱性破缺 |
那么從宇宙物質(zhì)產(chǎn)生到產(chǎn)生生命要經(jīng)歷那些不對(duì)稱的過(guò)程呢？
宇宙形成過(guò)程就是對(duì)稱性破缺，最初的宇宙為對(duì)稱真空態(tài)（作為奇點(diǎn)的量子真空以指數(shù)方式膨脹，即暴漲），宇宙的對(duì)稱性逐步喪失。隨著宇宙的膨脹和降溫，原真空態(tài)發(fā)生一系列相變:10-44s 時(shí)，引力作用分化出來(lái)，夸克和輕子可相互轉(zhuǎn)變。
 對(duì)稱性破缺 用力又能統(tǒng)一為超力。 |
10*（-36）s 時(shí)強(qiáng)相互作用同電，弱作用分離，開始出現(xiàn)物質(zhì)與反物質(zhì)的不對(duì)稱;10*（-10）s 后，弱作用與電磁作用分離。要產(chǎn)生物質(zhì)構(gòu)成的世界，就必須正反物質(zhì)不對(duì)稱；否則就會(huì)湮滅。最初宇宙正反物質(zhì)幾乎一樣多，不對(duì)稱度僅為A=3×10*（-8）。宇宙演化產(chǎn)生不對(duì)稱機(jī)制，使得重子數(shù)不對(duì)稱；這就要求CP的對(duì)稱破缺，打破了重子數(shù)的守恒，從而形成現(xiàn)在物質(zhì)占主要的世界。物質(zhì)在四種作用力下分層次演化。通過(guò)復(fù)雜的核合成過(guò)程形成早期的原子核，再形成原子和分子。
手性弱力提供了對(duì)稱破缺的擾動(dòng)
奧克蘭大學(xué)的Chris C. King 在宇宙生物學(xué)論文中提到在Murchison 隕石（1969 年落于澳大利亞）上非生物氨基酸往往傾向于左手構(gòu)型。這說(shuō)明，在生物產(chǎn)生以前這種不對(duì)稱機(jī)制就可能已經(jīng)存在。
手性破缺
宇稱不守恒弱相互作用對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生手性分子有兩種假說(shuō)。一種是以帶電電流宇稱不守恒（Charged Current－Parity Non conservation:CC－PNC）為基礎(chǔ)的假說(shuō)，認(rèn)為由于CC－PNC，β衰變產(chǎn)生徑向極化電子，進(jìn)入物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生圓偏振光輻射，導(dǎo)致底物分子立體選擇合成或分解，從而產(chǎn)生手性分子。
另一種以弱中性流宇稱不守恒（Neutral Current－Parity Non conservation:NC－PNC）為基礎(chǔ)的假說(shuō)，認(rèn)為NC－PNC 造成對(duì)映體之間微小的能差叫宇稱破缺能差（Parity Violating Energy Difference, PVED），PVED 進(jìn)一步在對(duì)映體分子的物理性質(zhì)及反應(yīng)速率上形成差別，經(jīng)過(guò)放大可以產(chǎn)生均一的手性。
Vester-Ulbricht機(jī)理一個(gè)基本粒子（電子或正電子）靜止時(shí)是球?qū)ΨQ的，因此是非手征性的。但一個(gè)自旋粒子沿著自旋軸的任一方向移動(dòng)時(shí)，它就成為手征性的。β-電子為左手螺旋電子，β+電子為右手螺旋電子。Goldharber 在1957 年發(fā)現(xiàn)，從某一輻射核? 衰變中產(chǎn)生的電子是徑向偏振的，由此電子產(chǎn)生的韌致輻射產(chǎn)生圓偏振光。
1959年Vester 和Ulbricht首先將β衰變的不對(duì)稱性和生物分子的不對(duì)稱性聯(lián)系起來(lái)，提出Vester-Ulbricht機(jī)制。不對(duì)稱性可從基本粒子水平轉(zhuǎn)移到分子水平，? 衰變所表現(xiàn)的手性與自然界生物分子的手性間有因果關(guān)系。? 衰變中產(chǎn)生的偏振電子，對(duì)外消旋分子或前手性分子產(chǎn)生非對(duì)稱性影響，最后由不對(duì)稱合成或分解產(chǎn)生手性分子。β衰變→縱向偏振電子→園偏振電子→不對(duì)稱光化學(xué)作用→手性的。
Vester-Ulbricht機(jī)理的相關(guān)實(shí)驗(yàn)1968 年，Garay 將1.33e7Bq 的SrCl2，分別加入到L 與D 型酪氨酸的堿性溶液中，在室溫放置18 個(gè)月后，發(fā)現(xiàn)D-酪氨酸分解比L 型顯著，并認(rèn)為這是由于發(fā)生偏振光的? 射線作用，是D-酪氨酸進(jìn)行了立體有擇性分解。1975 年Bonner 用120keV 的線性加速器，來(lái)產(chǎn)生天然的自然反平行（AP）“左手性”電子，也可產(chǎn)生非天然的自旋平行（P）“右手性”電子，進(jìn)行輻解D-和L-亮氨酸的實(shí)驗(yàn)。在53%-76%樣品分解后，AP 電子產(chǎn)生0.60%-1.42%過(guò)量的L-亮氨酸，P 電子可產(chǎn)生0.74%-1.14%過(guò)量的D-氨基酸。1976年Darge 等將標(biāo)記32P 的磷酸鹽加入到消旋的D、L-色氨酸水溶液中，在-25℃下放置12 周后測(cè)定紫外光譜，發(fā)現(xiàn)色氨酸的分解率為33%，必旋光度為+（0.7±0.4）e-3 度。由此可見(jiàn)L-色氨酸比D-色氨酸優(yōu)先分解，造成了大約19%的D-色氨酸的濃集。這一結(jié)果與Garay的結(jié)果矛盾。但Bonner重復(fù)Garay和Darge的實(shí)驗(yàn),Hodge重復(fù)Bonner的實(shí)驗(yàn)，都沒(méi)得到立體選擇的結(jié)果，使得這一假說(shuō)爭(zhēng)論了近半個(gè)世紀(jì)。
王文清認(rèn)為γ射線無(wú)手性選擇分解；β電子對(duì)氨基酸的不對(duì)稱分解只有在低溫、初始階段遠(yuǎn)離平衡態(tài)，即在開放體系才能得到，如無(wú)放大機(jī)制，達(dá)到熱力學(xué)平衡差別消失。王文清根據(jù)王建英、羅遼復(fù)理論研究，以量子力學(xué)的理論方法，從β電子與手性分子的電磁作用出發(fā)，探討了β電子和正電子在不對(duì)稱分子上的非彈性碰撞，證明了對(duì)于對(duì)映異構(gòu)體D－和L－氨基酸分子，碰撞截面的相對(duì)差值。差值F與旋光強(qiáng)度和和偶極強(qiáng)度的比值成比例，數(shù)值上為10－6量級(jí)，通過(guò)運(yùn)算得到，當(dāng)L型分子旋光強(qiáng)度大于零時(shí)，極化電子優(yōu)先分解D型分子，反之當(dāng)旋光強(qiáng)度小于零時(shí)，極化電子優(yōu)先分解L型分子。1993 年王文清、羅遼復(fù)在意大利國(guó)際生命起源會(huì)議上指出：長(zhǎng)期以來(lái)，人們忽視了構(gòu)型和旋光興并不是同一概念，? 粒子是對(duì)氨基酸的旋光性（左旋Rn<0,，右旋Rn>0）有選擇，而不是對(duì)構(gòu)型（D，L）有選擇。
β電子和手性分子左右不對(duì)稱碰撞，導(dǎo)致某些特定的化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)的不對(duì)稱為10*(－6)量級(jí)，并且對(duì)于每一確定的化學(xué)反應(yīng)都有確定的符號(hào)。速率常數(shù)的不對(duì)稱性將在反應(yīng)擴(kuò)散方程中加入不對(duì)稱的外力項(xiàng)，在反應(yīng)擴(kuò)散方程的解－L和D型分子的濃度中，這種不對(duì)稱效應(yīng)被明顯放大。根據(jù)丁達(dá)夫、徐京華分析，如果不對(duì)稱外力為η量級(jí)，則解的不對(duì)稱性可達(dá)η1/3的量級(jí)。因此，在β電子照射下，通過(guò)適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)可使D和L型氨基酸分子的相對(duì)濃度差別達(dá)到10*(－2)～10*(－3)。另一方面，如果這種化學(xué)反應(yīng)與多聚鏈的形成有關(guān)，當(dāng)鏈長(zhǎng)為10*(2)～10*(3)個(gè)分子時(shí)，L和D型分子鏈的濃度差別將達(dá)到0(1)的量級(jí)。這就有可能解釋為什么很多生物大分子都具有確定的手性。
Salam 假說(shuō)
1991 年Salam 提出：Salam認(rèn)為電磁力不是唯一引起化學(xué)反應(yīng)力，電弱Z0也在化學(xué)效應(yīng)中期作用。由于Z0相互作用，電子與電子耦合成庫(kù)柏對(duì)，借助量子力學(xué)協(xié)同效應(yīng)，由于玻色凝聚，在某一臨界低溫Tc 下引起二級(jí)相變，包括D 型氨基酸向L性相變。一般來(lái)說(shuō)，Tc 是個(gè)低溫值，地球作為L-氨基酸形成之地太熱了。所以他設(shè)想，在低溫、原始宇宙空間早在地球形成前氨基酸的手性選擇就已進(jìn)行（這和隕石發(fā)現(xiàn)吻合）。S.F.Mason G.E.Trantar 對(duì)若干個(gè)L 型和D 型氨基酸的能量進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，并考慮了不對(duì)稱的Z力，預(yù)料中的對(duì)映體之間的能量分裂出現(xiàn)了。在所有情形下，生物學(xué)上占優(yōu)勢(shì)的L-氨基酸和D-核糖都具有較低的能量。計(jì)算結(jié)果如下：(L-D)Ala：
-3.0×10-19ev；(L-D)Val：-6.2×10-19ev；(L-D)Ser：-2.3×10-19ev；(L-D)Asp：-4.8×10-19ev；(L-D)核糖：+1.8×10-19ev可見(jiàn)，對(duì)映體分子間的能量差數(shù)量級(jí)為10-19ev。300K 時(shí)，L型比D 性氨基酸數(shù)量多1/107。
1994 年4 月王文清、盛湘蓉與楊宏順、陳兆甲科研組合作，利用搽粉絕熱連續(xù)加熱量法在77.35K 到300K 區(qū)間，以0.5K/min升溫速率（或降溫速率）測(cè)定D-纈氨酸和L-纈氨酸的比熱容與T 圖，發(fā)現(xiàn)D-纈氨酸在270±1K 有明顯λ相變，而L-纈氨酸則無(wú)。經(jīng)多次熱循環(huán)及以L-纈氨酸作參比樣品，D-纈氨酸在同一溫度均重復(fù)出現(xiàn)比熱容尖峰。D-纈氨酸單晶X 衍射晶格數(shù)據(jù)顯示，在臨界溫度Tc 前后，無(wú)明顯晶格變化。試探排除了水汽、結(jié)晶水及晶格變化對(duì)比熱容的貢獻(xiàn)，王文清等人認(rèn)為比熱容異常是由于電子耦合成庫(kù)柏對(duì)及協(xié)同效應(yīng)的S電子比熱容貢獻(xiàn)，并認(rèn)為D-纈氨酸的相變可能是D 型向L 型轉(zhuǎn)變的二級(jí)相變。同樣，對(duì)于D-丙氨酸單晶分子，在低溫200K 到300K 出現(xiàn)了磁相變，這與比熱容測(cè)出的λ相變溫度一致，人們認(rèn)為，該溫度也許就是D-丙氨酸向L-型轉(zhuǎn)變的二級(jí)相變。
Salam 假說(shuō)：1.亞原子水平上表現(xiàn)出的Z 力結(jié)合電磁相互作用，在凝聚態(tài)氨基酸單晶D 和L 型分子中被首次檢測(cè)到，這在理論上有重大意義；2.D-丙氨酸和D-纈氨酸均在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了比熱容的λ相變，這將有助于證明Salam 假說(shuō)中提到的D 型氨基酸向L-型轉(zhuǎn)變的二級(jí)相變。
局限性
首先Garay等人的實(shí)驗(yàn)都不能嚴(yán)密地證明V-U機(jī)理，Bonner 的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電子能量為60eV 時(shí)，選擇分解消失。而且，對(duì)上述實(shí)驗(yàn)的一些重復(fù)也往往既得不到肯定也得不到否定的結(jié)果。按照王文清提出的構(gòu)型和旋光興并不是同一概念，? 粒子是對(duì)氨基酸的旋光性有選擇，而不是對(duì)構(gòu)型（D，L）有選擇。因此不能解釋生命分子構(gòu)型的手性單一性。而在Salam 假說(shuō)中10-19ev如此微小的概率差異，能否成為生命選擇單一手性機(jī)制的原因？就算二級(jí)相變存在，從氨基酸混消旋體轉(zhuǎn)變成某種手性單一的氨基酸分子的過(guò)程，需要越過(guò)一個(gè)大的活化能勢(shì)壘。如果這個(gè)相變發(fā)生，將導(dǎo)致化學(xué)鍵斷裂。顯然，這兩種學(xué)說(shuō)及相關(guān)實(shí)驗(yàn)只證明了手性分子極其微小的對(duì)稱差異，這不是生命手性分子起源的根本。隕石分子的發(fā)現(xiàn)和這些實(shí)驗(yàn)說(shuō)明在生命產(chǎn)生之前，手性分子在數(shù)量上微小的差異就已經(jīng)存在；但這樣的差異必定要通過(guò)一個(gè)放大機(jī)制給予放大，才能形成現(xiàn)在生物分子的單一手性。
耗散分岔
耗散理論在解釋生命分子手性起源中取得了較大成功，這也是筆者所擁護(hù)的觀點(diǎn)；近些年也得到更多的實(shí)驗(yàn)支持。普利高津(Prigogine)認(rèn)為，在遠(yuǎn)離平衡的條件下，一個(gè)開放的物理化學(xué)體系可以通過(guò)分支現(xiàn)象，從原先空間均勻的各向同性狀態(tài)發(fā)展到集中都是穩(wěn)定的但時(shí)空特性可能不同的有序狀態(tài)，即由無(wú)序中產(chǎn)生有序。這兩種空間有序狀態(tài)唯一的差別可能僅僅在于其對(duì)稱性，體系遠(yuǎn)離平衡態(tài)時(shí)在分支點(diǎn)附近對(duì)微小擾動(dòng)是敏感的。1998年Kenso Soai和他的小組證實(shí)了分叉結(jié)構(gòu)（bifurcation framework）。他們采用了混合了對(duì)映異構(gòu)的亮氨酸，其中一種構(gòu)型少量過(guò)剩。在這不均衡的溶液中反應(yīng)形成的嘧啶醇也有一種對(duì)映體少量過(guò)剩。這種分子在自身形成過(guò)程中能起催化作用，因而占主導(dǎo)地位。因?yàn)樽源呋难h(huán)反應(yīng)結(jié)構(gòu)放大了這個(gè)細(xì)微手性破缺效應(yīng)，這使得生命分子為擇單一手性。
1995 年3 月，美國(guó)《科學(xué)》雜志報(bào)道在洛杉磯召開的“生物分子手性均一起源”的國(guó)際會(huì)議上，與會(huì)的物理、化學(xué)、天文學(xué)家大多數(shù)認(rèn)為，“沒(méi)有手性就沒(méi)有生命”，“手性起源先于生命”而不是生命自然選擇了手性。
2006 年6 月1 日出版的《Nature》7093 期第621 頁(yè)一篇題為“Thermodynamic control of asymmetric amplification in amino acid catalysis”的文章，Martin Klussmann 等人提出了手性分子不對(duì)稱擴(kuò)增的另一種解釋，這是對(duì)自催化機(jī)制的一種替代機(jī)制。與傳統(tǒng)手性藥物合成不同的是，這是一種動(dòng)力學(xué)控制下的不對(duì)稱擴(kuò)增。
總的來(lái)說(shuō)分子的手性根源來(lái)自于弱相互作用，這說(shuō)明電磁作用力并不是化學(xué)尺度上唯一影響化學(xué)分子的作用力。弱相互作用所誘發(fā)的費(fèi)米子的手征性，主要通過(guò)反饋特征的自催化效應(yīng)及其它某種放大機(jī)制，放大到分子尺度，從而成為生命形成重要的驅(qū)動(dòng)因素。
反饋機(jī)制
我們知道生命分子的產(chǎn)生是源于反饋的自催化機(jī)制通過(guò)循環(huán)結(jié)構(gòu)將微小的差距放大；而我們的社會(huì)也是一個(gè)充滿張力的循環(huán)結(jié)構(gòu)。自然界存在各式各樣的不對(duì)稱差異，能夠放大這樣差異的則是事物自身反饋效應(yīng)。在達(dá)爾文進(jìn)化論中性別選擇是一個(gè)很重要的部分，這可以理解為物種自身對(duì)自身的一個(gè)選擇力，也具有反饋特征。
舉例
宇稱不守恒
對(duì)稱性破缺
1956年，李政道和楊振寧解決了這個(gè)難題。他們提出弱相互作用過(guò)程中宇稱不守恒的設(shè)想，吳健雄的鈷60原子核b 蛻變實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這個(gè)設(shè)想。1957年，吳健雄在10-2 K下做原子核b 衰變實(shí)驗(yàn)，用核磁共振技術(shù)使核自旋按確定方向排列，觀察b 衰變后的電子數(shù)分布，發(fā)現(xiàn)無(wú)鏡像對(duì)稱性 —— 證明了弱作用的宇稱不守恒性。
1957年李政道和楊振寧獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。
對(duì)稱性破缺
1900年法國(guó)學(xué)者貝納爾 (H.Benard)發(fā)現(xiàn)：從下面均勻加熱水平容器中薄層液體時(shí)，若上下溫差超過(guò)一臨界值, 液體中突現(xiàn)類似蜂房的六邊形網(wǎng)格, 液體的傳熱方式由熱傳導(dǎo)過(guò)渡到了對(duì)流，每個(gè)六角形中心的液體向上流動(dòng)，邊界處液體向下流動(dòng)。這是對(duì)流與抑止因素(黏性和熱擴(kuò)散)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。
對(duì)稱性破缺
這是1443年 Paolo Uccello繪制的24小時(shí)逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)行的“怪鐘”（如圖）。經(jīng)濟(jì)學(xué)家Arthur Brian以此鐘為例，論述經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中的正反饋現(xiàn)象。他說(shuō)，1443年鐘的設(shè)計(jì)尚未定型。一種表盤的設(shè)計(jì)用得愈多，就有更多人習(xí)慣于讀它，以后它就被采用得愈多。最后形成現(xiàn)在的慣例。這就是從 正反饋到失穩(wěn)，再?gòu)氖Х€(wěn)到對(duì)稱破缺的過(guò)程。
重子與反重子
1933年Dirac理論預(yù)言: 每種粒子都有自己的反粒子, 正反粒子完全對(duì)稱，也許在遙遠(yuǎn)的地方存在“反物質(zhì)世界（anti-world）”。按照粒子物理學(xué)的分類，質(zhì)子、中子以及它們的反粒子都屬于重子，重子數(shù)B 是個(gè)守恒量。重子數(shù) B 的定義是：每個(gè)重子的B =1, 每個(gè)反重子的B =-1。于是，在重子對(duì)產(chǎn)生和湮滅的過(guò)程中，重子數(shù)總和保持為零。各種天文觀測(cè)表明：宇宙線中反質(zhì)子與質(zhì)子數(shù)量之比< ；無(wú)論在太陽(yáng)系內(nèi)、銀河系內(nèi)、還是整個(gè)星系團(tuán)的更大范圍內(nèi)，都未觀察到湮沒(méi)引起的強(qiáng)大g 射線。如果認(rèn)為重子數(shù)守恒是一條在任何情況下都顛撲不破的定理，就只好認(rèn)為，宇宙從它誕生時(shí)刻起就存在現(xiàn)今那樣多的不為零的重子數(shù)，即重子與反重子一開始就不對(duì)稱。目前，對(duì)正、反重子不對(duì)稱比較可能的解釋是，早期極高溫的宇宙中存在著違反重子數(shù)守恒的過(guò)程。
生物界應(yīng)用
對(duì)稱性破缺
現(xiàn)代生物化學(xué)指出：有機(jī)化合物的旋光異構(gòu)現(xiàn)象與有機(jī)分子中碳原子四個(gè)鍵的空間構(gòu)形有關(guān)。用L(livo)和D(dextro)分別表示左、右型旋光異構(gòu)體，(+)、(-)代表該物質(zhì)的溶液的旋光方向，（-）表示左旋，（+）代表右旋。碳四面體的左右兩種構(gòu)型、甘油醛中四個(gè)基團(tuán)L、D兩種構(gòu)型以及丙氨酸的旋光異構(gòu)體簡(jiǎn)要圖示如左圖，它明顯地反映出了其結(jié)構(gòu)的左右不對(duì)稱性。生命的基本物質(zhì)是生物大分子，它包括蛋白質(zhì)、核酸、多糖和脂類。其中蛋白質(zhì)是生命功能的執(zhí)行者，其分子是右氨基酸組成的長(zhǎng)鏈。每種氨基酸都應(yīng)有L、D兩種旋光異構(gòu)體。但實(shí)驗(yàn)證明組成生物蛋白質(zhì)的20種氨基酸都是L型的，D型氨基酸只存在于細(xì)菌細(xì)胞壁和其它細(xì)菌產(chǎn)物中。核酸是遺傳信息的攜帶者和傳遞者，分為核糖核酸(RNA)和脫氧核酸(DNA)兩種。右下圖是DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，通常是右旋的。這正是生物大分子的手性特征。生物體內(nèi)化合物的這種左右不對(duì)稱性正是生命力的體現(xiàn)。維持這種左右不平衡狀態(tài)的是生物體內(nèi)的酶，生物一旦死亡，酶便失去活力，造成左右不平衡的生物化學(xué)反應(yīng)也就停止了。由此可見(jiàn)，生命與分子的不對(duì)稱性息息相關(guān)。問(wèn)題是地球上生命發(fā)源之初，左右對(duì)稱性的破缺是怎樣開始的？即分子手性的起源是什么？生物的起源是什么？這些都是有待人們?nèi)パ芯康闹i。
總之，時(shí)空、不同種類的粒子、不同種類的相互作用、整個(gè)復(fù)雜紛紜的自然界，包括人類自身，都是對(duì)稱性自發(fā)破缺的產(chǎn)物。對(duì)稱性破缺的機(jī)制是什么？實(shí)在現(xiàn)象中的對(duì)稱性破缺與基本物理規(guī)律的對(duì)稱性是否相容？不同層次的非對(duì)稱性間如何關(guān)聯(lián)？這些都是現(xiàn)代物理尚未解決的重要課題。
真空不空
宇宙廣大區(qū)域的真空中運(yùn)行著光速的光子、中微子，超光速的引力子、反引力子，用E1=ma2方程計(jì)算，真空中蘊(yùn)藏著的能量是很大的，而且不同區(qū)域的真空蘊(yùn)藏的能量差異極大，如黑洞奇點(diǎn)的真空區(qū)和宇宙奇點(diǎn)的真空區(qū)與宇宙廣大區(qū)域的真空相比較。
宇宙真空充滿了引力子和反引力子，而且由于純引力的黑洞存在，宇宙總體上已出現(xiàn)了引力子和反引力子的不對(duì)稱，即引力子總量多于反引力子。對(duì)稱性破缺的本質(zhì)來(lái)自于宇宙真空的不對(duì)稱性產(chǎn)生真空對(duì)稱性自發(fā)破缺機(jī)制。
如果系統(tǒng)受到一個(gè)小擾動(dòng)破壞了它的對(duì)稱性，我們說(shuō)它的對(duì)稱性破缺，比如，原子中的這樣一個(gè)擾動(dòng)可以由電場(chǎng)引起，由于擾動(dòng)的作用，原子將不再停留在它原先的定態(tài)上，而從一個(gè)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)，并發(fā)射或吸收一個(gè)可見(jiàn)光光子。對(duì)稱性破缺同樣出現(xiàn)在粒子中，這時(shí)的干擾因素就是宇宙中無(wú)所不在的引力子和反引力子。之所以出現(xiàn)“宇稱不守恒”，是因有些粒子在真空中的引力子、反引力子的干擾下，必然會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象，而且較易出現(xiàn)在有弱核力參與的粒子轉(zhuǎn)化過(guò)程中，因?yàn)檫@種力較弱，即反引力場(chǎng)較弱，較易受到外界的引力子或反引力子的干擾。
對(duì)稱性破缺也叫CP破缺
對(duì)稱性破缺
粒子世界的“不確定”、“測(cè)不準(zhǔn)”就是因?yàn)榱Ｗ淤|(zhì)量太小，而宇宙真空中的引力子、反引力子密度比光子、中微子等粒子高出很多倍，引力場(chǎng)使得宏觀宇宙的時(shí)空都發(fā)生彎曲，粒子在無(wú)數(shù)引力子和反引力子的碰撞干擾下，出現(xiàn)“不確定”、“測(cè)不準(zhǔn)”是必然的。
社會(huì)
反饋機(jī)制與社會(huì)
生命分子的產(chǎn)生是源于反饋的自催化機(jī)制通過(guò)循環(huán)結(jié)構(gòu)將微小的差距放大，社會(huì)也是一個(gè)充滿張力的循環(huán)結(jié)構(gòu)。自然界存在各式各樣的不對(duì)稱差異，能夠放大這樣差異的則是事物自身選擇。同樣在達(dá)爾文進(jìn)化論中性別選擇是一個(gè)很重要的部分，這可以理解為物種自身對(duì)自身的一個(gè)選擇力，也具有反饋特征。
高等動(dòng)物進(jìn)化出來(lái)的互相扶持以及護(hù)幼行為等都是基于群體意識(shí)，這也是物種對(duì)自身的反饋，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是“自我選擇力”。中國(guó)儒家傳統(tǒng)思想所尊崇的信條就是以自我完善為基礎(chǔ)，在《禮記·大學(xué)》中就有“心正而后身修，身修而后家齊，家齊而后國(guó)治，國(guó)治而后天下平。”這樣的思想是符合生物哲學(xué)的，人的修身必須從自我反饋開始。這讓我想起，美國(guó)電視《越獄》中有一句話“欲變世界，先變其身”。然而現(xiàn)今中國(guó)的教育，卻沒(méi)有教會(huì)人，適應(yīng)和反饋這最重要的東西。引用卡內(nèi)基梅隆大學(xué)教授藍(lán)迪的“最后一課”的演講中的一句話“一個(gè)教育工作者能給的最好禮物，就是讓人能自我反省”。
生活中學(xué)會(huì)總結(jié)，是人生自我反饋的開始。社會(huì)上每個(gè)人都是不同的，自然屬性賦予了人差異性的一面，只有自身對(duì)自身的反饋來(lái)放大這種差異，人生才會(huì)精彩（這包括自我修養(yǎng)和自我超越）。自古封建君王們都鼓吹‘君權(quán)神授’；也是企圖放大，人的的差異，將自我比作神。而現(xiàn)代社會(huì)人在置身于物欲世界的同時(shí)，忽略了自我對(duì)自我的反饋，盛行的卻是類似斯賓塞弱肉強(qiáng)食的“社會(huì)達(dá)爾文主義”。
社會(huì)達(dá)爾文主義忽略了社會(huì)中事物發(fā)展自身反饋也是重要重要驅(qū)動(dòng)，具有局限性，因此被后現(xiàn)代主義稱為“現(xiàn)代性罪狀”。在這樣的扭曲的社會(huì)結(jié)構(gòu)中，人們追求自我實(shí)現(xiàn)，不是通過(guò)自我修養(yǎng)和超越的反饋來(lái)完成；而以掌握物質(zhì)財(cái)富和社會(huì)地位來(lái)衡量，力求成為社會(huì)“食物鏈”的頂端。同時(shí)，在張力的社會(huì)中人們文化的困境與內(nèi)心的掙扎也是推動(dòng)其發(fā)展的驅(qū)動(dòng)因素。在霍妮的文化心理病理學(xué)指出自我的掙扎是人與自我關(guān)系的失調(diào)。人有天賦的潛能和引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)潛能的建設(shè)性力量，體現(xiàn)為創(chuàng)造和奉獻(xiàn)；這種力量的激發(fā)則需要人自身的“自催化”，其過(guò)程是通過(guò)學(xué)習(xí)、經(jīng)歷、以及自我認(rèn)識(shí)來(lái)完成。
同時(shí)人的天賦中還具有一種破壞性力量，體現(xiàn)為貪婪、權(quán)利與欲望的膨脹等等。為確保社會(huì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，需要社會(huì)機(jī)制的約束和自我反饋加以調(diào)節(jié)，這表現(xiàn)為法律與道德。一些人認(rèn)為這種破壞的力量歸結(jié)為人類的本能，其實(shí)這是片面的，人類的本性是兩種力量的綜合，而不是單純某一方面。就以‘性’來(lái)說(shuō)，弗洛伊德的人性論是性惡論，并持悲觀論調(diào)；但我們知道‘性’又意味著生命的誕生，意味著創(chuàng)造，意味著美，具有積極的一面。
人能夠調(diào)節(jié)這兩種力量的就是自我的反饋，并體現(xiàn)為適應(yīng)性。生物要適應(yīng)環(huán)境得以生存，就首先要求自身的改變，這個(gè)變化過(guò)程就是自身反饋機(jī)制的體現(xiàn)。反社會(huì)人格以及神經(jīng)癥患者內(nèi)心的掙扎以及自我異化等，在我看來(lái)是社會(huì)適應(yīng)力低下的表現(xiàn)，可能是自身反饋出現(xiàn)了問(wèn)題；按照這個(gè)思想，極度自卑或自傲都可能滋生反社會(huì)行為；我相信運(yùn)用這個(gè)思想是可以找到減少社會(huì)暴力的方法。當(dāng)然，社會(huì)是多元化整體，事物的發(fā)展既取決于自身反饋又取決于環(huán)境的選擇。假如社會(huì)環(huán)境變化總采取突變式，或者說(shuō)環(huán)境選擇的跳躍變化總大于自我反饋的能力，那么這樣的反饋機(jī)制就可能遭到破壞。所以在社會(huì)學(xué)中人自我的反饋機(jī)制往往具有強(qiáng)烈的環(huán)境依賴性。
假如構(gòu)成社會(huì)的人，都具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，都在不斷的變通；那么這個(gè)社會(huì)是不穩(wěn)定的，比如可能社會(huì)缺乏誠(chéng)信、缺乏價(jià)值判斷等等。所以社會(huì)本身是人社會(huì)適應(yīng)性與社會(huì)穩(wěn)定性的妥協(xié)。而在生態(tài)學(xué)中生物與環(huán)境本身就是一個(gè)整體，是協(xié)同進(jìn)化的。一個(gè)物種的進(jìn)化，既有來(lái)自外界的自然選擇驅(qū)動(dòng)；又有物種內(nèi)的性別選擇自身反饋。環(huán)境的變化必定帶來(lái)物種自身反饋的變化，所有物種自身的變化又會(huì)積累從而改變環(huán)境。環(huán)境是超循環(huán)結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性與物種的多樣性密切相關(guān)，因此多樣性的環(huán)境是有能力抵御少數(shù)物種突變對(duì)環(huán)境的改變。生物圈本身就是一個(gè)物種適應(yīng)性與環(huán)境穩(wěn)定性的妥協(xié)；而生物個(gè)體就是自我適應(yīng)于自我結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的妥協(xié)。
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這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫！
作者
