Τσεν Νινγκ Γιάνγκ

[Δροσος Γεωργιος]

Ο Τσεν Νινγκ Γιανγκ (Chen-Ning Yang),

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1957/yang/biographical/

ένας από τους πιο αναγνωρισμένους φυσικούς στον κόσμο πέθανε σε ηλικία 103 ετών στις 18 Οκτωβρίου, σύμφωνα με κινεζικά ειδησεογραφικά μέσα. Είχε βραβευθεί με Νόμπελ Φυσικής το 1957.

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1957/summary/

Ο Yang εργάστηκε πάνω σε διάφορα θέματα φυσικής, αλλά το κύριο ενδιαφέρον του επικεντρώθηκε σε δύο τομείς: τη στατιστική μηχανική και τις αρχές συμμετρίας. Η δημοφιλέστερη συνεισφορά του στη Φυσική(*) είναι η δημοσίευση του 1956 με τίτλο: «Question of Parity Conservation in Weak Interactions»

https://journals.aps.org/pr/pdf/10.1103/PhysRev.104.254

, σε συνεργασία με τον Tsung Dao Lee. Εκεί προτείνουν την παραβίαση της αρχής διατήρησης της ομοτιμίας (parity), ή πιο απλά, της συμμετρίας αριστερού-δεξιού. Διαβάστε σχετικά: Η πειραματική απόρριψη μιας αρχής διατήρησης 

https://physicsgg.me/2014/12/27/η-πειραματική-απόρριψη-μιας-αρχής-δια/

και Το σπάσιμο του καθρέφτη της ομοτιμίας.

https://physicsgg.me/2022/10/03/το-σπάσιμο-του-καθρέφτη-της-ομοτιμίας/?utm_source=chatgpt.com

Στη συνέχεια παρατίθεται ένα απόσπασμα σχετικά με την παραβίαση της κατοπτρικής συμμετρίας (ή της ομοτιμίας), από το βιβλίο του Richard Feynman: «Ο χαρακτήρας του φυσικού κόσμου», Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, 2004.«Για να διερευνήσουμε καλύτερα το θέμα αν οι νόμοι της Φυσικής είναι οι ίδιοι μετά από κατοπτρισμό δεξιά – αριστερά, μπορούμε να θέσουμε το πρόβλημά μας ως εξής. Ας υποθέσουμε ότι συνομιλούμε τηλεφωνικά μ’ έναν κάτοικο του Άρη ή της Άρκτου και θέλουμε να του περιγράψουμε τι γίνεται στη Γη. Κατ’ αρχήν, πώς θα καταλάβει τη γλώσσα μας; Το θέμα το ερεύνησε σε βάθος ο καθηγητής Morrison(1) στο Cornell και απέδειξε ότι ένας τρόπος θα ήταν να ξεκινήσουμε χρησιμοποιώντας κτύπους: τικ: ένα, τικ: τικ, τικ: τικ, τικ: τρία, κ.λπ. Πολύ σύντομα ο φίλος μας θα είχε συσχετίσει τους αριθμούς. Από τη στιγμή που θα κατανοούσε το αριθμητικό μας σύστημα, θα μπορούσαμε να γράψουμε μια ολόκληρη ακολουθία αριθμών που αντιπροσωπεύουν τα βάρη, τα ατομικά βάρη των διαφόρων ατόμων, και έπειτα να πούμε «υδρογόνο, 1.008», δευτέριο, ήλιο κ.ο.κ. Αφού μελετούσε για λίγο αυτούς τους αριθμούς, έπειτα ανακάλυπτε ότι οι εν λόγω μαθηματικοί λόγοι είναι οι ίδιοι με τους λόγους των βαρών των στοιχείων και ότι, κατά συνέπεια, αυτά τα ονόματα θα’ πρεπε να είναι τα ονόματα των στοιχείων. Μ’ αυτόν τον τρόπο θα μπορούσε κανείς βαθμιαία να οικοδομήσει μια κοινή γλώσσα. Παρουσιάζεται όμως το εξής πρόβλημα: Ας υποθέσουμε ότι αφού έχουμε εξοικειωθεί ήδη μαζί του, μας λέει: «Φίλοι, είσαστε θαυμάσιοι. Θά ’θελα να δω πώς είσαστε». Αρχίζετε λοιπόν: «Είμαστε περίπου έξι πόδια στο ύψος», κι αυτός ρωτάει: «Έξι πόδια – πόσο είναι ένα πόδι;» Αυτό είναι πολύ εύκολο: «Έξι πόδια είναι 17.000 εκατομμύρια άτομα υδρογόνου».
Μερικά είναι αστεία, είναι ένας τρόπος να πεις σε κάποιον που δεν έχει καμία εμπειρία τι σημαίνει έξι πόδια – υποθέτοντας ότι δεν υπάρχουν κάποια δείγματα ούτε μπορούμε να δούμε τα ίδια πράγματα. Αν θέλουμε να του πούμε πόσο μεγάλοι είμαστε μπορούμε να το κάνουμε, γιατί οι νόμοι της φυσικής δεν παραμένουν αμετάβλητοι όταν αλλάζει η κλίμακα’ έχουμε, λοιπόν, τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσουμε αυτό το γεγονός για να ορίσουμε την κλίμακα. Μπορούμε να συνεχίσουμε την περιγραφή του εαυτού μας – είμαστε έξι πόδια ψηλοί, έχουμε δύο συμμετρικές όψεις εξωτερικά, μοιάζουμε έτσι κι έτσι, υπάρχουν χέρια με προεκτάσεις κ.τ.λ. Ύστερα μας ρωτάει: «Είναι πολύ ενδιαφέρον, αλλά πώς είστε εσωτερικά;» Έτσι, περιγράφουμε την καρδιά κ.λπ. και του λέμε: «Τώρα βάλε την καρδιά μέσα, στην αριστερή πλευρά». Πώς όμως μπορούμε να του πούμε ποιά πλευρά είναι η αριστερή; «Ε!», λέτε, «παίρνουμε ζάχαρη από ζαχαρότευτλα, τη διαλύουμε στο νερό διαβιβάζουμε πολωμένο φως και στρέφει το επίπεδο του πολωμένου φωτός …». Το πρόβλημα όμως βρίσκεται στο ότι δεν υπάρχουν τεύτλα εκεί πάνω. Εξ άλλου, δεν είναι γνωστό αν η κατεύθυνση της εξέλιξης στον Άρη, ακόμη κι αν έχουν παραχθεί αντίστοιχες πρωτεΐνες με όσες έχουμε εδώ, ξεκίνησαν με ελίκωση αντίθετης φοράς. Δεν μπορούμε να πούμε τίποτε. Αφού το σκεφτόύμε καλά, διαπιστώνουμε ότι δεν μπορούμε να κάνουμε τίποτα.Πριν πέντε χρόνια, όμως, από ορισμένα πειράματα προέκυψαν διάφοροι γρίφοι. Δεν θα μπω σε λεπτομέρειες αλλά βρεθήκαμε μπροστά σε συνεχώς αυξανόμενες δυσκολίες, σε όλο και πιο παράδοξες καταστάσεις, ώσπου τελικά οι Lee και Yang διατύπωσαν την άποψη ότι πιθανόν η αρχή της δεξιάς-αριστερής συμμετρίας — ότι δηλαδή η φύση αντιδρά με τον ίδιο τρόπο από δεξιά και από αριστερά — δεν είναι σωστή και ότι αυτό θα βοηθούσε να ερμηνευτούν αρκετά μυστήρια. Οι Lee και Yang πρότειναν μερικά πειράματα για να αποδειχτεί άμεσα η άποψή τους. Εδώ, θα αναφέρω μόνο το χαρακτηριστικότερο.Παίρνουμε μια ραδιενεργό διάσπαση κατά την οποία εκπέμπονται ένα ηλεκτρόνιο και ένα νετρίνο· τέτοιο παράδειγμα, που ήδη εξετάσαμε προηγουμένως, είναι η διάσπαση ενός νετρονίου σ’ ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντίνετρίνο· υπάρχουν πολλά είδη ραδιενέργειας στα οποία το φορτίο ενός πυρήνα αυξάνεται κατά ένα και προκύπτει ένα ηλεκτρόνιο. Το ενδιαφέρον είναι ότι, αν μετρήσεις το σπιν των ηλεκτρονίων – τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται(2) σαν σβούρες καθώς απομακρύνονται – βρίσκεις ότι περιστρέφονται προς τ’ αριστερά, καθώς τα βλέπεις από πίσω (για παράδειγμα, αν κινούνται προς το νότο, περιστρέφονται όπως η Γη). Και βέβαια έχει ιδιαίτερη σημασία το ότι το ηλεκτρόνιο που προκύπτει από τη διάσπαση περιστρέφεται πάντοτε με ορισμένο τρόπο, έχει αριστερόστροφη ελίκωση. Είναι σαν κατά την ακτινοβολία βήτα το όπλο που εκτοξεύει το ηλεκτρόνιο να έχει ελικοειδές αυλάκι στο εσωτερικό της κάννης του. Κατ’ αρχήν, είναι δυνατόν το βλήμα να εξέλθει με δύο τρόπους· είτε περιστρεφόμενο δεξιά, είτε περιστρεφόμενο αριστερά καθώς απομακρύνεται. Το πείραμα δείχνει ότι το ηλεκτρόνιο «βγαίνει από την καραμπίνα» περιστρεφόμενο προς τ’ αριστερά. Χρησιμοποιώντας, επομένως, αυτό το γεγονός θα μπορούσαμε να τηλεφωνήσουμε στον Αρειανό μας και να του πούμε: «Άκου, πάρε ένα ραδιενεργό υλικό, νετρόνια, και κοίταξε το ηλεκτρόνιο που βγαίνει από τη διάσπαση βήτα. Αν το ηλεκτρόνιο κινείται προς τα πάνω καθώς βγαίνει έξω, η διεύθυνση της περιστροφής του αποτελεί την αριστερή πλευρά του ανθρωπίνου σώματος, κοιταγμένου από πίσω. Έτσι ορίζεται η αριστερή πλευρά. Εκεί είναι η καρδιά». Επομένως, είναι εφικτό να διακρίνεις το δεξί από το αριστερό, και έτσι καταρρέει ο νόμος σύμφωνα με τον οποίο ο κόσμος είναι συμμετρικός ως προς την αριστερή και δεξιά πλευρά.»

απόσπασμα από το βιβλίο του Richard Feynman: «Ο χαρακτήρας του φυσικού κόσμου», Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης.

https://cup.gr/book/o-charaktiras-tou-fisikou-nomou/

Ο φυσικός Τσεν Νινγκ Γιανγκ το 1963. Η αίσθηση της μαθηματικής ομορφιάς του Γιανγκ, σύμφωνα με τον Φρίμαν Ντάισον, «μετατρέπει τους λιγότερο σημαντικούς υπολογισμούς του σε μικροσκοπικά έργα τέχνης»

Οι φυσικοί Chen-Ning Yang (αριστερά) και Tsung-Dao Lee, βραβεύθηκαν το 1957 Νόμπελ Φυσικής, για την δημοσίευσή τους σχετικά με την παραβίαση της ομοτιμίας.

παραπομπές:
(1) Philip Morrison: Αμερικανός καθηγητής της φυσικής, συνεργάτης της τηλεοπτικής σειράς «Η δομή του ατόμου», 1964, BBC-1.
(2) Εδώ ο Feynman δεν ακριβολογεί. Τα ηλεκτρόνια δεν περιστρέφονται: συμπεριφέρονται σαν να περιστρέφονται. Γι’ αυτό τους αποδίδουμε κάποια «εσωτερική» στροφορμή, το σπιν.

(*) Εξίσου δημοφιλής μεταξύ των φυσικών που ασχολούνται με τα στοιχειώδη σωματίδια είναι η δημοσίευση του 1954 των Chen-Ning Yang και Robert Mills, «Conservation of Isotopic Spin and Isotopic Gauge Invariance» . Εκεί εισάγοντας την μη-Αβελιανή θεωρία βαθμίδας γενίκευσαν την κβαντική ηλεκτροδυναμική (QED). Η θεωρία των Yang-Mills έγινε η βάση της ενοποιημένης ηλεκτρασθενούς θεωρίας, η επέκταση της οποίας οδήγησε στο Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων.