生命起源中的对称性破缺
对称破缺
对称破缺的系统学诠释武杰、李润珍引言19世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂，会上德高望重的开尔文勋爵致新年贺辞。
他在回顾物理学的发展时说：“物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。
”而在展望20世纪物理学前景时，他若有所思地讲道：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，第一朵乌云出现在光的波动理论上，第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦－玻尔兹曼理论上。
”[1]出乎意料的是，这两朵乌云不久就酿成了两场风暴，掀起了20世纪物理学上的两次革命。
同样，在20世纪和21世纪之交，李政道教授在《展望21世纪科学发展前景》时也提出了两个疑问：“第一，目前我们的物理理论都是对称的，而实验表明有些对称性在弱作用过程中被破坏了；另外一个疑问是一半的基本粒子是永远独立不出来的。
”[2]他还认为，20世纪的文明是微观的，21世纪微观和宏观应该结合成一体。
这也就是说，20世纪自然科学的迅猛发展，一方面使对称性思想愈发彰显自身的光彩和魅力，由此展现了理论创新的威力，解释了原子构造、分子构造、核能、激光、半导体、超导体、X光、超级计算机等等；另一方面，大量的经验事实和理论探索一再展示对称破缺的重大意义。
事实上，每一次对称破缺都有新质的突现，都在创造一个更加丰富多彩的现象世界。
因此，我们将它概括为自然界演化发展的一条基本原理。
[3]在这样的背景下，我们应该从系统科学的视角出发，立足于关系，就有可能看到整体中的区分，以达到对现存事物的理解、说明和解释。
当代著名物理学家盖尔曼也曾指出：“今天……我们必须对整个系统进行研究，即使这种研究很粗糙也是必要的，因为对复杂的非线性系统的各个部分不作紧密联系的研究，我们对整体行为就不会有正确的思想。
”[4]有鉴于此，我们试图对对称破缺这一自然界演化发展的基本原理进行一次系统学的解读。
一非线性是对称破缺的动力源泉20世纪40年代以来，科学上的转向是难以与文化和社会变迁截然分开的，它一再向人们表明这样一个事实：每一种重要科学分支的前缘正在大大地扩展着。
手性分子生命的起源及其在异丙基化合物中的应用
手性分子生命的起源及其在异丙基化合物中的应用手性分子指的是在空间上具有镜像对称性，但无法通过旋转或平移重合的分子。
在生命起源中，手性分子扮演了重要角色。
例如，蔗糖只能识别右旋光学异构体，而氨基酸和核酸碱基只能识别左旋光学异构体。
因此在生命的细胞中，大部分分子都是手性的。
生命起源学说认为，最初的生命是从非手性分子中，通过某种机制产生了手性分子的。
目前，我们知道手性分子可以通过以下几种方式产生：1. 自发不对称合成：有些化学反应可以自行产生手性分子，即自发不对称合成。
这种合成方式的原理是，在反应初期出现对称破缺，导致生成的产物分子具有手性。
2. 催化非对称合成：催化非对称合成是通过手性催化剂产生手性产物的一种方法。
手性催化剂可以把非手性起始物转化为手性分子。
3. 超分子化学：超分子化学可以通过一些分子自组装成立体有序的结构，从而产生手性分子。
手性分子不仅在生命起源中扮演着重要的角色，在药物制剂中也起着至关重要的作用。
例如，左旋多巴的药效是右旋多巴的2倍，而右旋多巴则无法被有效地利用。
因此，在药物研发中，通过识别和筛选手性分子，可以得到更安全和有效的药物。
另一个应用领域是异丙基化合物。
异丙基化合物是指分子结构中含有异丙基基团（CH3CHCH3-）。
这种化合物常用作有机合成和医药领域的原料。
然而，随着环境和健康问题的不断暴露，对其生产和使用进行了大量的限制。
在这种情况下，手性化学成为了异丙基化合物的重要分析方法。
通过硬件键解离区分出其中不同手性异构体，可以准确判断异丙基化合物的性质和环境归属。
此外，一些高端分析技术，如光致动态稳定性谱、核磁共振、质谱等也被广泛应用于异丙基化合物的手性分析。
总之，手性分子在生命起源和社会各领域都发挥着重要作用。
我们可以通过深入研究和理解手性化学的机制和应用，推动科学和技术的发展。
21世纪的100个科学难题
21世纪100个科学难题以下科学攻坚难题实际上几乎全部集中于哲学的基本问题：生命的起源人的起源地球的起源宇宙的起源物质的本质精神的本质等，这些问题在两三千年前都已经在所有原生(相对于次发文明)文明的社会中被提出来了。
这个时代的提出的不同在于可借助于更先进的技术手段计算机电子望远镜分子频谱仪等在更深层次上(分子、DNA,RNA，神经细胞)、更广范围内（从宇宙到中微子）上予以穷究并且有了更完美的理论支持：复杂性思维方式，系统论与整体观等。
在以西方逻辑思维为基础的现代科学中，这个理论是新颖的，但在中国古代科学中，是一直严格自觉地运用这种思维方式来探究天道人伦，且在历法、算术、人体科学与医学、宇宙探测、建筑力学与美学、地理与生态、化学化工冶炼等等方面获得丰硕的成果,而且是不以损害人的异化与环境的负载开发为代价的情况下取得的.中国文明发展的节奏是中和,社会文明发展项度取舍的衡量标准是人们心灵上的满足.进行科学探测的主要动机是满足人的求知欲(而不是功名或物质利益或其它的欲望,奇巧淫技被持为机心为君子所不耻),并最终都须返回到道德生命这一根本上来.所以一切都是整体综合推进的,中和的,和谐的,与人的精神进化的节拍是相吻合的.现代人的精神危机在于人类的急功近利.以及被工商业竞争刺激起来膨胀变异的欲望造成的身心疾病.整个社会变革发展的节奏与人类心理适应变迁的节奏不一造成的人的异化。
资本运作与工业化大生产割裂了劳动者、生产资料、以及劳动成果之间的关系，人们失去了劳动的乐趣而沦为工具，劳动分工的琐屑细化让劳动技能成为一种谋生手段而不是一种技艺，手工劳动的被取代并没有减轻绝大多数人的劳动强度，反而剥夺了他们劳动中创造的乐趣与原本休闲健康的生活方式（从农民到工人或农民工）。
人与自然的远离与割裂造成的非平衡发展与全球生态危机.(一年前，去年的11月15日,地球上太平洋第一个国家因为地球变热,海平面上升而被迫举国迁居.)李约瑟云:欧洲人所特有的精神分裂或分裂人格只能以德模克利特的机械唯物主义或柏拉图的神学主义进行思考.可叹的是,中国的科学家们现在却仍然采用西方已经开始反思的思维模式去邯郸学步,而不知从思维方式上探索究竟,如何能够成功?现把科学界提出的100个前沿问题整理如下，希望民间思想家与自由思想家们也可就以下问题展开自己的探索。
物理学中的对称性破缺现象
相变对称性破缺是指物理系统在相变点附近其对称性被破坏。相变是物质从一种相向另一种相转变的过程，常见的有固液相变、液气相变等。
相变点附近的对称性破缺现象称为临界现象。临界现象具有很多特殊的性质，例如临界指数。这些性质对于理解物质的相变过程和研究相变条件具有重要意义。
对称性破缺的应用
对称性破缺的研究在物理学的多个领域得到广泛应用。以下是一些重要的应用领域：
外加场对称性破缺
外加场对称性破缺是指物理系统在外加场的作用下，其对称性被破坏。外加场可以是电场、磁场等各种形式的力场。一个经典的例子是超导体。
超导体在低温下具有零电阻和完全排斥磁场的性质。然而，在外加磁场的作用下，超导体会发生对称性破缺现象。外加磁场会导致超导体中的库仑相互作用与电子动能之间的竞争，从而破坏超导态。这个对称性破缺机制被称为磁场诱导的超导转变。
凝聚态物理
对称性破缺在凝聚态物理中具有广泛的应用。例如，超导体的研究就是一个重要的应用领域。对称性破缺为我们提供了理解超导体的机制和设计高温超导体的思路。
Байду номын сангаас高能物理
对称性破缺在高能物理中也起到了关键的作用。粒子物理中的标准模型就是基于对称性破缺的理论构建的。对称性破缺为我们理解基本粒子的质量、相互作用和粒子物理的基本原理提供了重要线索。
宇宙学
对称性破缺在宇宙学中也扮演了重要的角色。宇宙的起源和演化与对称性破缺有着密切的关系。对称性破缺的研究为我们理解宇宙的结构、宇宙背景辐射、暗物质等问题提供了重要线索。
结论
对称性破缺是物理学中一个非常重要的研究方向，它涉及到基本粒子与场的研究、凝聚态物理、高能物理和宇宙学等多个领域。对称性破缺的研究为我们揭示了自然界的基本规律和解释了物质的性质。对称性破缺的应用也在各个领域得到广泛发展。对于进一步深入研究和应用对称性破缺现象，我们还有很多待解决的问题和挑战。通过持续的探索和研究，我们相信对称性破缺将会为人类社会带来更多的科学发现和技术创新。
对称性破缺
对称性破缺对称性破缺是一个跨物理学、生物学、社会学与系统论等学科的概念，狭义简单理解为对称元素的丧失；也可理解为原来具有较高对称性的系统，出现不对称因素，其对称程度自发降低的现象。
对称破缺是事物差异性的方式，任何的对称都一定存在对称破缺。
对称性是普遍存在于各个尺度下的系统中，有对称性的存在，就必然存在对称性的破缺。
对称性破缺也是量子场论的重要概念，指理论的对称性为真空所破坏，对探索宇宙的本原有重要意义。
它包含“自发对称性破缺”和“动力学对称性破缺”两种情形。
中文名对称性破缺外文名Symmetry Breaking目录1. 1简介2. 2系统3. 3物理4. ▪超对称5. ▪弱作用规范6. ▪ 11维空间1. 4生物2. ▪手性破缺3. ▪ Salam 假说4. ▪局限性5. 5耗散分岔6. 6反馈机制1. 7举例2. ▪宇称不守恒3. ▪贝纳德对流4. ▪意大利怪钟5. ▪重子与反重子6. ▪生物界应用1. ▪真空不空2. ▪对称性破缺也叫CP破缺3. 8社会简介李政道认为对称性原理均根植于“不可观测量”的理论假设上；不可观测就意味着对称性，任何不对称性的发现必定意味着存在某种可观测量。
李政道说：“这些‘不可观测量’中，有一些只是由于我们目前测量能力的限制。
当我们的实验技术得到改进时，我们的观测范围自然要扩大。
因而，完全有可能到某种时候，我们能够探测到某个假设的‘不可观测量’，而这正是对称破坏的根源。
这和“对称性破缺则是由‘宏观’走向‘微观’而展现事物差异性的方式”哲学观点是一致的。
假如没有对称性破缺，这个世界将会失去活力，也将是单调、黯淡的，也不会有生物。
自然界同样也存在着诸多对性破缺的例子。
比如：弱作用力下的宇称不守恒、粒子与反粒子的不对称、手性分子的对称性破缺等等。
系统耗散理论在解释生命分子手性起源中取得了较大成功，这也是本书所拥护的观点；近些年也得到更多的实验支持。
普利高津（Prigogine）认为，在远离平衡的条件下，一个开放的物理化学体系可以通过分支现象，从原先空间均匀的各向同性状态发展到集中都是稳定的但时空特性可能不同的有序状态，即由无序中产生有序。
对称性自发破缺PPT课件
宇宙涨落
这个定理在物理学的很多分支都有应用，其中一个是宇宙学。你或许知道 我们对宇宙微波背景辐射的观测正用于对宇宙指数膨胀期的性质设置约束 ，这一时期称作“暴胀”（inflation），被广泛认为发生于辐射支配宇宙之 前。但这有个问题，在暴胀结束和宇宙微波背景辐射发出之间，存在许多 没有完全理解的事件：暴胀后宇宙温度提高，重子的产生，冷暗物质退耦 等等。那么在我们不理解之间发生了什么的时候，怎么可能通过研究暴胀 很久之后发出的辐射来研究暴胀呢？
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我们能够避开这个问题的原因在于我们研究的宇宙涨落属于绝热过程，可以看做与 一般坐标不变性联系的一种对称所要求的戈德斯通激发，这种对称在时空几何中发 生了自发破缺。这些宇宙涨落的波长被暴胀剧烈拉伸，以至于在那个我们不理解的 时期已经变得非常大，所以宇宙涨落的频率为零，这就意味着这些涨落的振幅没有 改变，所以与今天较为接近的振幅值就可以告诉我们暴胀中发生了什么。
Lecture 4 Higgs Boson in SM
François Englert Peter W. Higgs
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对称性自发破缺（铁磁体、超导） 铁磁 Heisenburg (1928) 超导 BCS 理论 （1957）
Nambu (1960)
condensation of Cooper pairs into a boson-like state
一个问题：超导体中的电流是否由已知带电粒子、电子和离子载流？BCS 证
明中最重要的一点就是，理解超导性不需要引入新的粒子或作用力。根据库
珀向我展示的一本关于超导的书，许多物理学家甚至为此感到失望，因为“
超导性在原子尺度上竟然只是由于电子和晶格振动之间的微小相互作用。”
生物界中的对称性
发现，不对称原生质的新陈代谢活动能力，比起左右
结构相等的化学物至少要快3倍。
由此可见，不对称性对生命的进化有重要意义。
五、对称性与不对称性
对称，又不完全对称，这就是瑰丽多姿的自然界。谢谢源自臂伸展后的跨度正好等于人体的
高度。
三、对称性的意义
• • 一个物体的对称类型经常和他的用途联系在一起。 生物体的对称性也与它们适应环境的方式联系在 一起。（重力、运动） • 植物的对称现象也与它们的生存方式和环境有关。 （重力、光线） • 对称性是生物界广泛存在的一种美的属性。
四、不对称性的现象及意义
的。
希腊神话中的独眼
巨人的一只眼睛也
被仔细地设置在脸
部的中间
对称性似乎体 现了生物或生
物制品的外部
形状特征。
二、对称性的普遍性
人类的躯体是最著名的对 称性例子。达芬奇的人体图，人
体被框在一个圆形和正方形里面。
这幅画除了明显的左右镜像对称
之外，还展示了人体其他的对称
性，例如肚脐眼的中心位置，双
生物界中的对称与不对称
12包装工程1班 陈丹 201230640102
目录
一．对称性的概念 二．对称性的普遍性 三．对称性的意义 四．不对称性的现象及意义 五．对称性与不对称性
一、对称性的概念
对称有两种含义： 1. 对称的即意味着是非常匀称和协调的，而对称性则
表示结合成的整体的好几部分之间所具有的那种和
就对称性而言，生命起源和生物进化史的研究 表明，生命的产生和维持之所以成为可能，正是由于 生物大分子或活细胞中物质分布的高度不均匀、不对 称，而一旦生命的物质分布变为接近对称，甚至降低 为平衡态，生命也就停止了（王开恩，1990） 。 生命在进化和发展中，伴随着一个对称性的逐
21世纪100个科学难题
21世纪100个科学难题1、对深层物质结构的探索2、协调相对论和量子论的困难3、引力波探测4、质子自旋“危机”及其实验探索5、力学的世纪难题――湍流6、金属微粒中的量子尺寸效应和超导电性7、高温超导电性8、固体的破坏9、宇宙结构的形成与星系的起源10、太阳中微子之谜11、活动星核的能源和演化12、星际分子去和恒星的形成13、宇宙常数问题14、太阳活动的起源15、磁元的争辩16、黑洞的证认17、宇宙论中的暗物质问题18、地外文明与太空移居19、寻找地外理性生命20、星系演化的途径21、最终解决人类能源问题的课题22、未来的空间太阳能发电23、太阳风的起源及其加速机制24、日冕加热和太阳风加速25、表面张力梯度驱动对流26、磁层亚暴和磁暴的整体过程27、富勒烯化学28、单原子识别与分子设计和合成29、室温有机超导体30、催化的高选择性合成31、原子簇物质32、非线性光学聚合物实用化的若干问题33、分子工程学34、分子元件的单原子加工和自组装35、可持续发展对化学的挑战36、地球科学中的非线性和复杂性37、地球构造运动驱动机制的反演38、人类对全球环境变化影响的预测39、气候系统动力学40、自然控制论41、地震成因与地球内部流体42、地球的自转运动及其与地球各圈层的相互作用43、现今岩石圈构造解析中的若干难题44、生物多样性保护45、细胞凋亡46、生物学的理论大综合：遗传、发育和进化的统一47、分子识别、化学信息学和化学反应智能化问题48、人能否在地球以外长期生存49、脑神经系统动力学50、生命、人的思维、意识、目的等的物理学基础51、探索生命和遗传语言52、疯牛病――中心法则――Affinsen原理53、分子进货的驱动力与分子进化理论54、脑的诸模型能带我们走多远55、如何控制化学反应的方向（反应通道）56、未来的认知神经科学能束给意识以新的解释57、地球深化的统一理论：“两均论”与“两非论”58、有机体信息系统的深化在物种生存、适应过程中的作用59、脑的选择性自适应60、脑的行为的自组织61、思维与智能的本质62、人脑如何组织其信息存贮3、脑与免疫功能64、生命起源、细胞的起源和进化研究65、生命的起源与蛋白质66、RNAgn 与生命起源67、注意的脑机制68、智力的起源69、细胞如何调控基因组的有序活动70、人脑是怎样认知外界视觉世界的71、策略的植物细胞生理学问题72、中心法则的空白――从新生肽到蛋白质73、“JUNK”DNA有什么功能74、统一医学75、意识和思维动力学76、人类疾病与基因77、生命起源中的对称性破缺78、精神与免疫79、改善老年性认知功能障碍的心理药物学策略80、解析全套细胞蛋白质结构与功能，展现生命活动全景81、心思的神经生物学机理82、细胞三维生长和组织培养83、重返海洋84、客观世界的自组织85、全信息理论与高等智能86、关于“意识”问题87、植物光合作用吸、传、转能的分子机理及其调控88、系统科学的困惑89、复杂经济系统的演化分析90、路径积分91、朗兰兹纲领92、球堆积问题93、相变的数学理论94、P－NP问题95、超级计算理论96、庞加菜猜想及低维拓扑97、黎曼猜想98、中华民族及现代人类的起源99、人类基因组研究中的社会学、伦理学和法律问题100、物质和精神的关系问题。
粒子物理学中的对称性破缺理论
粒子物理学中的对称性破缺理论粒子物理学是研究微观世界的学科，它涉及原子核、元素粒子和基本相互作用等诸多方面。
在这个领域中，对称性破缺理论是一个核心概念。
本文将介绍粒子物理学中的对称性破缺理论以及其在物理研究中的重要性。
对称性是自然界中的一种普遍规律，它可以描述物理系统中的各种相等性质。
在粒子物理学中，对称性破缺是指系统中的某个对称性质没有得到保持。
这一现象在自然界中广泛存在，比如我们日常生活中经常见到的水面波动形成的涟漪。
在水静止的状态下，涟漪的波纹呈现圆形对称，但当有物体入水或液体遭受外力作用时，涟漪的对称性会被破坏。
在粒子物理学中，对称性破缺理论起到了重要作用。
最著名的例子之一是希格斯机制。
希格斯机制是解释电弱相互作用的理论，它提供了基本粒子获取质量的机制。
根据希格斯机制，电弱相互作用的缔合粒子会通过与希格斯场相互作用而获得质量。
这一理论得到了2012年Nobel物理学奖的认可，对粒子物理学的发展起到了重要推动作用。
除了希格斯机制，对称性破缺理论还在其他多个领域得到应用。
在弦理论中，对称性破缺被用于解释宇宙的形成和演化。
根据这一理论，宇宙的初始状态是一个高度对称的量子波函数。
但随着时间的推移，不同领域的对称性被破坏，从而产生了我们所看到的宇宙结构。
对称性破缺理论还在凝聚态物理学中得到广泛应用。
例如，超导现象的解释就依赖于对称性破缺理论。
在传统材料中，电子会在原子晶格中运动，相互碰撞导致电阻。
但在某些情况下，当温度降至某个临界值时，材料中的电子会形成一个有序的量子状态，称为超导态。
这种超导态的产生是因为对称性破缺，电子形成了一对对立的粒子，它们的运动不会受到碰撞的干扰，从而导致了电阻的消失。
对称性破缺理论的研究对粒子物理学的发展至关重要。
通过对对称性破缺的理解，科学家们能够更好地解释自然界中各种现象，并进行相关的实验验证。
这一理论不仅对物理学家有着重要意义，而且对整个人类社会的进步也起到了重要作用。
物理学中的对称性与对称破缺
物理学中的对称性与对称破缺对称是自然界的一种普遍现象，而对称性作为物理学中的基本概念之一，则涉及到了宇宙最基本的定律和规律。
在物理学中，对称性具有重要意义，它直接关系着自然规律的描述和研究。
对称破缺作为研究对称性的重要分支，也对我们认识和理解自然界的基本规律和本质起到至关重要的作用。
对称性是物理学的基石之一，它是描述和分析物质和能量之间相互关系的重要方法。
对称性用来描述系统在经过某种变换后，仍然保持不变的特性。
这种变换可以是任意的，例如转动、平移、时间反演等。
而保持不变的特性则是一些数量、形式、结构等性质的不变性。
这些不变性包括质量守恒、动量守恒、角动量守恒等，它们通常是我们在物理学中熟知的一些基本规律。
在对称性的研究中，最具代表性的对称破缺现象之一是超导现象。
超导现象是指某些物质在达到一定的温度和磁场下，电阻突然变为零、电流无限大的一种现象。
这种现象的存在就曾经被视为对称破缺的一种重要表现。
在超导的物理学中，相变是很重要的一种现象，它表明了超导物质由于破缺了其本来的对称性而会发生一些不同寻常的变化。
对称破缺的另一个重要表现就是晶体的外形和性质。
在晶体中，常常存在着多种对称性，在不同的破缺机制下，晶格中出现的不同类型的缺陷、位错、滑移等表现出了晶体所具有的一些特殊性质。
例如，在钠氯化物晶体中，钠离子进入不规则通道而具有六方对称性，这个对称性与其在正八面体中的对称性是破缺的，并且这种破缺是非常稳定的。
对称性和对称破缺的研究在物理学中具有广泛的影响和应用。
在宇宙学中，对称性是研究宇宙演化和结构的基础。
在凝聚态物理领域，对称性破缺是研究物质的性质和物理现象的重要手段。
在粒子物理中，对称性则是研究微观粒子如何相互作用和组合的关键。
通过对对称性和对称破缺的研究，物理学家们深入探索自然界的本质，揭示了自然界的深层次规律，也为现代科技发展提供了思想和理论支撑。
总之，对称性和对称破缺是物理学中非常重要的基础概念，它们是更深入地了解宇宙和自然规律的必要手段。
对称性破缺
对称性破缺是一个跨物理学、生物学、社会学与系统论等学科的概念，狭义简单理解为对称元素的丧失；也可理解为原来具有较高对称性的系统，出现不对称因素，其对称程度自发降低的现象。
对称破缺是事物差异性的方式，任何的对称都一定存在对称破缺。
对称性是普遍存在于各个尺度下的系统中，有对称性的存在，就必然存在对称性的破缺。
对称性破缺也是量子场论的重要概念，指理论的对称性为真空所破坏，对探索宇宙的本原有重要意义。
它包含“自发对称性破缺”和“动力学对称性破缺”两种情形。
简介李政道认为对称性原理均根植于“不可观测量”的理论假设上；不可观测就意味着对称性，任何不对称性的发现必定意味着存在某种可观测量。
李政道说：“这些‘不可观测量’中，有一些只是由于我们目前测量能力的限制。
当我们的实验技术得到改进时，我们的观测范围自然要扩大。
因而，完全有可能到某种时候，我们能够探测到某个假设的‘不可观测量’，而这正是对称破坏的根源。
这和“对称性破缺则是由‘宏观’走向‘微观’而展现事物差异性的方式”哲学观点是一致的。
假如没有对称性破缺，这个世界将会失去活力，也将是单调、黯淡的，也不会有生物。
自然界同样也存在着诸多对性破缺的例子。
比如：弱作用力下的宇称不守恒、粒子与反粒子的不对称、手性分子的对称性破缺等等。
物理学中几何对称与抽象对称对称性破缺可以理解为原来具有较高对称性的系统，出现不对称因素，其对称程度自发降低的现象。
或者用物理语言叙述为：控制参量λ跨越某临界值时，系统原有对称性较高的状态失稳，新出现若干个等价的、对称性较低的稳定状态，系统将向其中之一过渡。
和前面群论提到几何对称操作中旋转、反映、反演相似，在物理学中则是电荷对称、时间反演、空间反映，的对称操作就是C、T、P。
CTP也存在对称与破缺。
按照诺特定理，守恒量意味着对称性；在物理学上不仅仅有几何的对称还有抽象的对称。
比如：电荷守恒定律涉及抽象的性质而非动力学的性质，它对应着抽象的对称性；还有保守力在保守场中的做功，这些就是规范对称。
对称破缺 序参量 -回复
对称破缺序参量-回复什么是对称破缺？对称破缺是指在自然界中存在的一种现象，它表现为某个系统的对称性被打破或破坏。
对称性是物理世界中的一种基本特征，它描述了物理规律在各个方向上的不变性。
而对称破缺则意味着在某种程度上，物理规律的对称性遭到破坏。
对称破缺在许多领域中都有重要的应用，包括物理学、化学、生物学等。
对称破缺的引入通常涉及两个主要因素，即外场和系统自身的不稳定性。
外场可以是电磁场、温度场或其他引入对称破缺的场，而系统自身的不稳定性则可以是由于某种不对称因素导致的。
在物理学中，对称破缺在各个领域中都有着重要的应用。
首先，让我们来看看对称破缺在粒子物理学中的应用。
在标准模型中，电弱对称性被认为是自然界的基本对称性之一。
然而，通过观测中子和正电子的衰变行为，科学家们发现电弱相互作用不具备完全的对称性。
事实上，中子和正电子的衰变更倾向于产生特定的谷粒子或轻子，这就意味着电弱对称性被破坏。
这个发现将科学界推动到了寻找标准模型之外的新物理现象的道路上。
其次，化学中的对称破缺也是一个重要的主题。
分子的结构和性质通常依赖于其对称性。
例如，分子的旋转对称性将直接影响其振动谱。
当分子的对称性被破坏时，其振动谱将产生变化，这可以通过红外和拉曼光谱观测到。
另一个例子是手性分子，这些分子在镜像对称的空间中具有不同的性质。
对称破缺可以导致手性分子的形成，从而对生命起源和生物学过程的正常运作产生重大影响。
最后，对称破缺在固体物理学中也具有重要的应用。
一个典型的例子是超导性和超流性。
在超导体中，电子对以库珀对的形式结合，通过与晶格振动相互作用，跨越凝聚态中的铁磁影响，形成零电阻态。
这种对称性的破缺是超导性的关键，也催生了大量在能源传输和储存等领域的应用。
总的来说，对称破缺是一种自然界中普遍存在的现象，它描述了物理规律的对称性被打破或破坏的情况。
无论是在粒子物理学、化学还是固体物理学中，对称破缺都发挥着重要的作用，并推动着科学界对自然界规律的深入研究和理解。
探寻自然界的对称性与对称破缺机制（精品）
探寻自然界的对称性与对称破缺机制日常生活中处处可见对称和对称破缺的例子。
自然界本身就充满了各种对称性，如许多动物的左右对称性、太阳的转动对称性、海星的五重对称性和雪花的六重对称性等。
然而，不同种类的粒子、不同种类的相互作用，乃至人类生存的时空和物质世界以及整个复杂纷纭的自然界（包括人类自身），却都是对称性破缺的产物，如生命起源过程中ＤＮＡ的左右镜像对称破缺等。
杨振宁曾以“２０世纪物理学的主旋律：量子化、对称性和相因子”为题做专题报告。
李政道也曾多次强调指出：“２１世纪物理学的挑战是：夸克禁闭，对称和对称破缺。
”周光召也曾多次谈到：“对称性和对称破缺是世界统一性和多样性的根源。
”事实上．对称性和对称破缺在自然科学研究中起着非常重要的作用，对称性破缺已成为具有普适性的重大科学问题。
对称性、守恒律和对称破缺物理学中的对称性是指一个系统的一组不变性。
数学上利用群论来研究对称性。
自然界的许多对称性本身就是物理的，如分子的转动与反射、晶格的平移等。
对称性可以是分离的（即具有有限的数目，如八面体分子的转动），也可以是连续的（即具有无限的数目，如原子或核子的转动），还可以是更一般的和抽象的，如ＣＰＴ不变性（即粒子一反粒子变换、左右镜像变换和时间反演对称性），以及与规范理论相关的对称性。
对空间性质进行变换所对应的对称性称为空间对称性．对时间性质进行变换所对应的对称性称为时间对称性。
与时间和空间相独立的变换所体现的对称性称为内部对称性。
内部对称性又分为整体对称性和局域对称性。
揭示宇宙世界所具有的各种类型的对称性是物吴岳良：研究员，副所长，中国科学院理论物理研究所，北京１０００８０。
ＷｕＹｕｅｌｉａｎｇ：Ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，ＶｉｃｅＤｉｒｅｃｔｏｒ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ０ｆ．１１ｌｅｏｒｅｔｉｃａｌＰｈｙｓ—ｉｃｓ，ＣＡＳ，Ｂｅｑｉｎｇ１０００８０．◆吴岳良理学的重要任务之一。
在粒子物理学中，对称性决定了相互作用。
爱因斯坦的狭义相对论就是由庞加莱（Ｐ０ｉｎｃａｒ６）群结构所决定的描述时间与空间对称性的理论。
（科学技术哲学专业优秀论文）对称性破缺的哲学思考
对称性破缺的哲学思考
图３．１宇称守恒
Ｆｉｇ３１Ｐ撕ｔｙＣｏｎｓｅⅣ撕ｏｎ
２０世纪５０年代中期，身处世界各地的物理学家们，热烈地讨论着一个使人困惑不解的问题：从原子核中冲击出来的寿命极短的Ｋ介子是守恒的还是不守恒的？爱因斯坦提出来的宇称守恒原本是研究物理的人一致相信的原理之一，实验已经证明，强相互作用下宇称守恒。
这是与微观粒子的镜像对称性相联系的守恒定律。
要对这个物理学上相当基本的原理发生怀疑，是非比寻常之举。
当字称守恒定律在物理学领域高奏凯歌的时候，人们相信宇宙间的万事万物都存在一种对称关系，而实际上，现实往往残酷的打破了人们的梦想。
任何理论总有其适用的范围，也就是在一定的时期内才是稳定的、对称的，不是永恒的、不变的。
１９４７年人们发现了一个新的奇异粒子Ｋ介子。
Ｋ介子会发生两种衰变，既能衰变成两个ｎ介子，也能衰变成三个ｎ介子。
实验已经确定ｎ介子是奇性粒子，那么Ｋ介子的宇称究竟是奇性的还是偶性的？从Ｋ介子衰变为两个ｎ介子来看，它应该是偶性的；但从Ｋ介子衰变为３个ｎ介子它又应该是奇性的。
一种粒子怎么可能有两种截然不同的宇称呢？这令物理学家大伤脑筋。
为了解决这个“ｅ～ｔ”疑难，有人曾假设Ｋ介子有两种。
他们把衰变成两个ｎ介子的叫做ｅ介子，衰变成三个介子的叫做ｔ介子。
但是，越来越精确的实验表明：ｏ介子和ｔ介子实际上就是一种Ｋ介子，可它确实又具有不同的宇称。
在这种情况下，物理学家不得不开始怀疑宇称守恒原理了。
１９５６年夏，杨振宁和李政道在全面检查了当时已存在的关于宇称这个概念的实验基础以后，得出以下结论：和一般所确信的相反，在弱相互作用中实际上并不存在左一右。
对称性与对称破缺
与对称性破缺相关的一个结论是Goldstone 定理： 它是指在具有连续对称性破缺的相对论量子场论中 必然存在无质量的粒子－Goldstone玻色子。 在固体理论中，Goldstone玻色子是集团激发。 Goldstone定理当时是在Gell-Mann－Levy、周光 召1960年 提出 PCAC（轴矢量流部分守恒）后，对 赝标量 π 介子的特殊性质研究中， 于1961年提出的 一个重要定理
弱相互作用 的SU(2)_L 对称性自发破缺：
粒子物理弱电统一模型中，中间玻色子、夸克和轻子质量的 起源、夸克之间混合的起源；没有对称破缺，宇宙到处充满 了无质量的以光速运动的粒子。世界会变得很单调。
面临的挑战之一：
但模型预言的Higgs粒子还没有找到，对称破缺机制并没有得 到验证，成为粒子物理研究的重要方向。欧洲日内瓦建造 LHC对撞机的主要目的之一。
二、CP对称性和对称破缺
正反粒子和左右镜像 ♥ CP 对称性即：正粒子 反粒子 粒子 －反粒子、左右镜像反 演的对称性,它涉及到空 通过CP变换相互转换 间和物质的基本对称性 ♥ CP 对称性和破缺一直是 粒子物理学家探索自然 界基本规律的前沿领域
左手性 右手性
CP对称性和对称破缺
♥ 1957年，李政道－杨振宁发现中性 K0 介子衰变的弱相
t’Hooft
粒子物理学中的对称性
在粒子物理学中，可以说，对称性决定了相互作用 爱因斯坦的狭义相对论：由Poincare群结构所决定的 描述时间与空间对称性的理论。时间延缓与 长度收缩可以由对称性和四维不变量来理解 粒子物理标准模型：四种基本力由规范对称性决定 U(1) x SU(2) x SU(3) x SO(1,3) 确定了对称群与相互作用的强度以后， 力的所有的行为特征基本就确定了。 电磁相互作用：U(1)对称性决定的规范理论.U(1)对称 性可想象为一个在平面上转动的圆的对称性
生命对称性破缺与手性起源
生命对称性破缺与手性起源张鹏吴昊陈良杰王也夫北京大学化学与分子工程学院，北京 100871关键词：对称性破缺宇称不守恒耗散结构摘要：生命起源中的对称性破缺——生物分子手性均一性，是生命科学中的长期未解之谜，自然界中组成蛋白质的20种氨基酸（除甘氨酸无不对称碳原子之外）全部是L型，组成RNA、DNA中的核糖却全部是D型。
本文主要探讨目前国际上最著名的两大学说——β粒子极化和手性分子的相互作用与salam假说，并结合耗散结构理论提出了自己的观点。
作者：北京大学化学与分子工程学院张鹏、王也夫、陈良杰、吴昊（按学号顺序，排名不分先后）生命向我们显示的乃是宇宙不对称的功能。
宇宙是不对称的，生命受不对称作用支配。
——Louis Pasteur，1 8 5 9一什么是生命分子的对称性破缺在人类的哲学体系中，对称和守恒是最美的，因此无论在生命还是非生命体系中，左右对映体都应该是相等的才对，可事实并非如此，在已知的生物体的蛋白质中氨基酸都是L型，而承担生命复制的核酸中的核糖都是D型，这种现象叫做生命分子的对称性破缺。
为什么会存在这种破缺呢？是生命物质产生之初即存在破缺吗？1953年进行的米勒实验给出了否定的答案。
他把还原性大气的主要成分氢、甲烷、水、氨四种气体，封闭在一个石英管中，通过真空放电，发现在管内生成了甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸，模拟了由无机小分子生成氨基酸的自然过程。
但这些氨基酸产物都是外消旋的，而在这以后所有试图由非手性无机化合物合成手性生命物质的实验也都以失败告终。
氨基酸和核苷酸这两种构成生命最基本的物质同时存在着近乎完全的对称性破缺，这种现象使我们不禁要想到二者之间的联系，事实上在对二十种基本氨基酸中的异缬氨酸的研究发现，L型异缬氨酸与两种原始地球上可能广泛存在的有机物（乙醇醛和甲醛）发生反应后，可以产生一种称为苏糖的糖类，其构型全部是右手型。
也就是说，结构倾向性从氨基酸传递给了糖，更多的左手型氨基酸，促使产生了更多右手型的糖。
21世纪100个科学难题
26、磁层亚暴和磁暴的整体过程
27、富勒烯化学
28、单原子识别与分子设计和合成
29、室温有机超导体
30、催化的高选择性合成
31、原子簇物质
32、非线性光学聚合物实用化的若干问题
33、分子工程学
9、宇宙结构的形成与星系的起源
10、太阳中微子之谜
11、活动星核的能源和演化
12、星际分子去和恒星的形成
13、宇宙常数问题
14、太阳活动的起源
15、磁元的争辩
16、黑洞的证认
17、宇宙论中的暗物质问题
18、地外文明与太空移居
19、寻找地外理性生命
20、星系演化的途径
21、最终解决人类能源问题的课题
22、未来的空间太阳能发电
23、太阳风的起源及其加速机制
24、日冕加热和太阳风加速
25、表面张力梯度驱动对流
86、关于“意识”问题
87、植物光合作用吸、传、转能的分子机理及其调控
88、系统科学的困惑
89、复杂经济系统的演化分析
90、路径积分
91、朗兰兹纲领
92、球堆积问题
93、相变的数学理论
94、p－np问题
42、地球的自转运动及其与地球各圈层的相互作用
43、现今岩石圈构造解析中的若干难题
44、生物多样性保护
45、细胞凋亡
46、生物学的理论大综合：遗传、发育和进化的统一
47、分子识别、化学信息学和化学反应智能化问题
48、人能否在地球以外长期生存
56、未来的认知神经科学能束给意识以新的解释
57、地球深化的统一理论：“两均论”与“两非论”
21世纪100个科学难题
21世纪100个科学难题以下科学攻坚难题实际上几乎全部集中于哲学的基本问题：生命的起源人的起源地球的起源宇宙的起源物质的本质精神的本质等，这些问题在两三千年前都已经在所有原生(相对于次发文明)文明的社会中被提出来了。
这个时代的提出的不同在于可借助于更先进的技术手段计算机电子望远镜分子频谱仪等在更深层次上(分子、DNA,RNA，神经细胞)、更广范围内（从宇宙到中微子）上予以穷究并且有了更完美的理论支持：复杂性思维方式，系统论与整体观等。
在以西方逻辑思维为基础的现代科学中，这个理论是新颖的，但在中国古代科学中，是一直严格自觉地运用这种思维方式来探究天道人伦，且在历法、算术、人体科学与医学、宇宙探测、建筑力学与美学、地理与生态、化学化工冶炼等等方面获得丰硕的成果,而且是不以损害人的异化与环境的负载开发为代价的情况下取得的.中国文明发展的节奏是中和,社会文明发展项度取舍的衡量标准是人们心灵上的满足.进行科学探测的主要动机是满足人的求知欲(而不是功名或物质利益或其它的欲望,奇巧淫技被持为机心为君子所不耻),并最终都须返回到道德生命这一根本上来.所以一切都是整体综合推进的,中和的,和谐的,与人的精神进化的节拍是相吻合的.现代人的精神危机在于人类的急功近利.以及被工商业竞争刺激起来膨胀变异的欲望造成的身心疾病.整个社会变革发展的节奏与人类心理适应变迁的节奏不一造成的人的异化。
资本运作与工业化大生产割裂了劳动者、生产资料、以及劳动成果之间的关系，人们失去了劳动的乐趣而沦为工具，劳动分工的琐屑细化让劳动技能成为一种谋生手段而不是一种技艺，手工劳动的被取代并没有减轻绝大多数人的劳动强度，反而剥夺了他们劳动中创造的乐趣与原本休闲健康的生活方式（从农民到工人或农民工）。
人与自然的远离与割裂造成的非平衡发展与全球生态危机.(一年前，去年的11月15日,地球上太平洋第一个国家因为地球变热,海平面上升而被迫举国迁居.)李约瑟云:欧洲人所特有的精神分裂或分裂人格只能以德模克利特的机械唯物主义或柏拉图的神学主义进行思考.可叹的是,中国的科学家们现在却仍然采用西方已经开始反思的思维模式去邯郸学步,而不知从思维方式上探索究竟,如何能够成功？现把科学界提出的100个前沿问题整理如下，希望民间思想家与自由思想家们也可就以下问题展开自己的探索。
手性分子产生的原因与性质
手性分子产生的原因与性质手性分子是现代化学中一个非常重要的概念。
它们存在于生物、医药、材料科学等众多领域中，并且对于我们的生活产生了深远的影响。
本文将探讨手性分子产生的原因以及它们的性质。
手性是一个描述物体的性质的概念。
在化学中，手性描述的是分子结构中存在着手性中心的分子，也被称为不对称碳原子。
手性中心是指四个不同取代基固定在一个碳原子上。
由于这个碳原子与四个不同的基团连接，它就具有了非对称性。
当一个分子中存在手性碳原子时，分子的整体结构就会具有手性，并展现出两种不同的空间构型，即左旋和右旋。
那么手性分子为什么会存在呢？首先，手性分子的产生与生命的起源密切相关。
在宇宙的早期，有机分子的合成和演化是生命起源的关键过程。
在所有地球的生命形式中，包括人类、动植物等，是由手性分子构成的。
这也是因为手性分子具有对于生命活动至关重要的生化反应。
其次，对于一个手性分子的产生，可以归结于对称性的破缺。
手性分子的不对称性来源于它们的分子结构。
当四个取代基围绕手性中心排列不对称时，分子就会产生手性。
这是因为无机化合物的合成往往会在某些特定条件下发生，例如温度、光照等。
这种不对称性的产生可以通过对称破缺反应，例如手性催化剂的使用，将对称性的化合物转化为手性化合物。
手性分子的性质具有很大的差异。
首先，手性分子之间的反应活性往往不同。
由于手性分子的不对称性，它们在空间上的排列和立体结构的影响，使得它们与其他分子的相互作用存在很大的差异。
因此，在化学反应中，手性分子可能会形成多个异构体，而这些异构体在生物活性和化学性质上可能具有差异。
其次，手性分子在生物体内的影响也是非常显著的。
在医学上，大多数药物都是由手性分子构成的。
以左旋肾上腺素和右旋肾上腺素为例，它们具有不同的生理效应。
左旋肾上腺素能够收缩血管，提高血压，而右旋肾上腺素则具有相反的作用。
这种不同的生理效应源于手性分子对于不同生物体内部的反应的选择性。
手性分子还具有其他有趣的性质。
对称破缺的概念
对称破缺的概念对称破缺是一种在物理学和自然科学领域中常见的现象，涉及到对称性的破坏或违反。
它在多个学科中都有重要的应用，包括粒子物理学、凝聚态物理学、化学等。
本文将深入探讨对称破缺的概念、起因以及在不同领域中的实际应用。
一、对称破缺的基本概念1.对称性：在物理学中，对称性指的是系统在一些变换下保持不变的性质。
例如，平移、旋转、镜像等变换都可以是系统具有的对称性。
2.对称破缺：当系统在一些基本对称变换下失去不变性时，就发生了对称破缺。
这意味着系统的某些性质或状态不再具有之前的对称性。
二、对称破缺的起因对称破缺可以有多种起因，以下是其中一些常见的原因：1.热力学效应：在高温下，系统可能具有更高的对称性，但在温度降低时，由于热涨落等效应，系统可能趋向于某种更低的对称性状态，导致对称破缺。
2.相互作用：系统内部的相互作用也是导致对称破缺的原因之一。
例如，在晶体中，原子之间的相互作用可能导致晶格畸变，破坏了晶体的对称性。
3.外部场的作用：外部场，如电场、磁场等，也可以导致对称破缺。
这些场的存在可能使系统在特定方向上选择性地偏向某种对称性。
三、对称破缺的实际应用1.超导性：超导性是一种对称破缺的现象。
在超导体中，原子通过配对形成库珀对，这破坏了普通态下的对称性，导致超导电性的出现。
2.弱相互作用的对称破缺：在粒子物理学中，弱相互作用通过希格斯场的机制导致了对称破缺，赋予了粒子质量。
3.化学中的对称破缺：化学反应中，分子的对称性可能在反应过程中发生破缺，形成具有不同对称性的产物。
4.凝聚态物理学中的应用：在凝聚态物理学领域，对称破缺是研究物质相变和性质变化的重要手段，例如铁磁性和铁电性的形成。
四、对称破缺的研究方法1.实验观测：通过实验手段，例如X 射线衍射、核磁共振等，可以观测到物质的结构和性质，从而检测对称性的破缺。
2.理论模型：利用理论模型和数学工具，研究系统在不同条件下的对称性和对称破缺的变化规律。
3.数值模拟：运用计算机进行数值模拟，模拟对称破缺的发生过程和系统行为，有助于深入理解和预测实验现象。
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北京大学学报(自然科学版),第33卷,第2期,1997年3月A ct a Scientiar um Nat ur aliumU niv ersit atis Pekinensis ,V o l .33,N o .2(M ar ,1997) 1)高等学校博士学科点科研基金项目(94-1)、国家自然科学基金资助项目(29672003)、国家科委基础研究基金资助项目(92国科高字050号)收稿日期:1996-09-16述评Review 生命起源中的对称性破缺1)王 文 清(北京大学技术物理学系,北京,100871)摘 要 生命起源中的对称性破缺——生物分子手性均一性,是生命科学中的长期未解之谜。
自然界中组成蛋白质的20种氨基酸(除甘氨酸无不对称碳原子外)全部是L 型,组成RN A ,DN A 中的核糖却全部是D 型。
对蛋白质和核酸的手性、分子构型(D 和L )和旋光(+和-,右旋光和左旋光)概念作了阐明。
对当前国际上最著名的两大学说— 粒子极化和手性分子的相互作用与萨拉姆假说以及国内外的研究工作,结合科研组10几年来的实验研究和理论观点作了较为全面的评述。
关键词 对称性破缺;手性起源; 电子极化;Salam 假说中图分类号 Q 101 蛋白质和核酸的手性为什么在自然界中氨基酸有L 和D 两种对映异构体,而组成蛋白质的 -氨基酸却几乎都是L 型。
天然糖有D 糖,也有L 糖,但核糖核酸RNA 、脱氧核糖核酸DNA 中的核糖却全是D 糖,这是科学之谜,称为生命起源中的对称性破缺。
蛋白质和核酸的这一特性称作分子的手性均一性。
生命的基本物质是核酸和蛋白质,不同蛋白质具有不同的生理功能。
它是由各种 -氨基酸通过肽键联结成的长链分子,这种长链称为肽链,链中相当于氨基酸的单元结构称为残基,肽链中氨基端称为N 端,羧基端称为C 端。
作为蛋白质组成成分的氨基酸共20种,除甘氨酸外,其他19种全部具有旋光异构体[1]。
有机化合物的旋光异构现象与有机分子中碳原子4个价键的空间构型有关。
单糖和氨基酸分子的D 、L 构型是以甘油醛为标准而确定的,而它们水溶液的旋光方向的(+)、(-)没有必然的联系。
例如甘油醛是D (+)、L (-),而丙氨酸则为D (-)、L (+),即D 型丙氨酸的光活性呈左旋。
19种L 型氨基酸水溶液在钠光589.3nm 下的旋光符号均不相同。
表1列出了蛋白质中常见L 氨基酸的旋光性。
核酸是一种多聚核苷酸,它的基本结构单位是核苷酸,而核苷酸又由碱基、戊糖与磷酸组成。
核苷酸中的戊糖有两类:D -核糖和D -2脱氧核糖。
根据核酸中所含戊糖种类不同,分核糖核酸RNA 和脱氧核糖核酸DNA 两大类。
表2列出了两类核酸的基本化学组成。
表1 蛋白质中常见L 氨基酸的旋光性[2]T able 1 T he optica l r otat ion o f L -amino acid名 称 [ ]D (H 2O)[ ]D (HCl)1)名称 [ ]D (H 2O)[ ]D (HCl)1)Gly - -L eu -11.0 +16.0Ala +1.8 +14.6S er -7.5+15.1Val+5.6+28.3T hr -28.5-15.0Ile+12.4+39.5As n -5.3+33.23)Asp+5.0+25.4His -38.5+11.8Glu+12.0+31.8C ys -16.5+6.5Gln+6.3+31.82)M et -10.0+23.2Arg12.5+27.6Ph e -34.5-4.5Lys +13.5+26.0T yr未测-10.0T rp-33.7+2.82)Pro -86.2-60.4 数据前的+和-表示旋光方向;1)HC l 浓度为5mol/L;2)HCl 浓度为1mol/L ;3)HCl 浓度为3mol/L 。
表2 两类核酸的基本化学组成 T able 2 T he chem ical co mpo sitio n of nucleic acids RNA DNA 糖 基D -核糖D -2脱氧核糖嘌呤碱基腺嘌呤(A)腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)鸟嘌呤(G)嘧啶碱基胞嘧啶(C)胞嘧啶(C )尿嘧啶(U )胸腺嘧啶(T ) 生命分子RNA 和DNA 只由D 核糖组成,蛋白质只由L 氨基酸组成。
核糖的正确复制取决于L 氨基酸构成的蛋白质的活性,两者的手征性是密切相关的。
D 核糖的比旋为-23.7°,D -2脱氧核糖的比旋为-60°,是左旋光分子。
值得注意的是19种L 氨基酸分子并不都是右旋光分子,氨基酸的旋光符号和大小取决于侧链R 基团性质,并与测定时溶液的pH 有关。
在无人为外加不对称因素时,天然的或实验室化学合成产物中,L ,D 型分子出现的几率是相同的,但在生物体尤其是高等动物中这种选择是特有的,是什么力量在所有生物体内,从D ,L 分子中挑选出一半呢?有人将上述现象归之于对称性自发破缺,并比喻为萨拉姆(Abdus Salam 1979年诺贝尔物理奖获得者)设宴请客[3]。
吃饭前,服务员将餐具布置于圆桌,各碟子间和相邻碟子间的筷子都严格等距离。
入席时客人坐在碟子后,距两边筷子等距。
假定所有客人无偏爱某只手拿筷子的习惯,因此未开宴前该圆桌体系是左右对称的。
突然某人先拿起左(或右)边一双筷子,邻座的人不得不也拿左(或右)边筷子,这过程迅速影响全桌,最后人人都拿左(或右)边筷子,结果左右对称性打破了。
这一过程开端是偶然的,向左或向右也是偶然的,称为自发的对称性破缺。
但自发对称性破缺具有随机性,无法解释地球上各个蛋白质和核酸都具有同一手性的事实。
看来必须存在一种不对称驱动力,才有可能解决这一难题。
2 极化电子和手性分子的相互作用一个基本粒子(电子或正电子)静止时是球面对称的,因此是非手征性的。
但一个自旋粒子沿着自旋轴的任一方向移动时,它就成为手征性的,如运动特性象右旋螺钉则称右旋,反之称左旋。
射线的实质是高能电子 -和其反物质正电子 +,这些粒子有固有的自旋,当它们沿266 北京大学学报(自然科学版) 第33卷自旋轴方向移动或逆自旋轴方向移动时,被分成左旋和右旋。
-电子为左旋电子,运动特性象左旋螺钉。
+电子为右旋电子,运动特性象右旋螺钉。
自从1957年李、杨发现宇称不守恒后,人们试图将 衰变及有关现象作为导致一种对映体过剩的机制。
Vester 和U lbricht 首先把 衰变的不对称性和生物分子的不对称性联系起来,提出以下机制。
不对称性可以从基本粒子水平转移到分子水平: 衰变→纵向偏振电子→园偏振光子→不对称光化学作用→手性的、光学活性的分子。
一些科学家试图通过实验来验证上述机理。
1968年Garay [4]将1.33×107Bq 的90Sr Cl 2,分别加入到D ,L -酪氨酸的碱性溶液中,室温放置18个月后,发现D -比L -酪氨酸明显分解多,他认为 粒子对D -酪氨酸有立体选择分解;1975年Bonner [5]用线性加速器产生电子能量为120keV 的自旋反平行(AP )的“左手电子”和自旋平行(P )的“右手电子”辐照D -,L -亮氨酸,他发现A P 电子辐照后产生0.74%～1.14%过量的D -亮氨酸,而P 电子辐照则产生0.6%～1.42%过量的L -亮氨酸。
1976年Darge [6]等将32P 标记的磷酸盐加到消旋的色氨酸水溶液中,观察到19%的D -色氨酸的富集。
这一结果与Garay 的结果矛盾。
但Bonner 重复Garay 和Darg e 的实验[7～8],Hodge [9]重复Bonner 的实验,都没得到立体选择的结果。
赵健,王文清等[10]用90Sr-90Y 源辐照升华后的固体D ,L -亮氨酸,用GC 分析,未观察到立体选择的结果。
但Akaboshi,et al.[11]在77K 用90Y 的 源辐照D -,L -和D ,L -丙氨酸,观察到在D -丙氨酸中形成的自由基比L -丙氨酸多14%～21%。
而在常温或用非极化的电子辐照样品,则观察不到这种立体选择。
这一实验随后被赵健,王文清[12],Conte [13]和Akaboshi [14-15]进一步证实。
科学家们进行的大量实验,由于分析方法和实验条件的不同,出现了矛盾和争论。
我们系统验证并改进了实验,发现只有在低温初始阶段(Primary Stage)远离平衡态,即体系的物质和能量流入是开放的条件下(Open Sy stem ),才能观察到 电子对氨基酸的不对称分解,达到热力学平衡,差别湮没[16]。
正电子是电子的反粒子,由缺中子的放射性核素如22Na 衰变产生,具有与电子相反的“右手型”极性。
慢化后的 +和负电子能形成类氢原子的正子素,其中2个电子的自旋为平行的三重态正子素(o -Ps)的本征寿命为1.4×10-7s [17]。
实验测定三重态正子素在D 和L 型氨基酸中的强度。
Garay 等[18]首先报道,o -Ps 在D -苯丙氨酸的强度大于在L -苯丙氨酸中的强度(L /D =0.83),Conte [19]和丁翔,王文清等[20]的研究证实了这一结果。
赵健、王文清等[21]还发现,o -Ps 在L -亮氨酸中比在D -亮氨酸中更易形成。
L -苯丙氨酸和L -亮氨酸在酸性溶液中的旋光度分别为- 4.4和+16.0。
这些实验证明了 正电子和手性分子作用时,也与分子的旋光性有关。
由于影响o -Ps 强度的原因是多方面的,对于正电子实验是否反映了 +粒子对手性分子的立体选择国际上尚有争议。
王建英、罗辽复[22]对极化电子和手性分子的相互作用进行了深入的理论分析。
依据量子力学的理论方法,从 电子和手性分子的电磁作用出发,讨论了 电子在不对称分子上的非弹性碰撞,证明了对于对映异构体,碰撞截面的相对差值与旋光强度和偶极强度的比值成比例,数值上为10-6量级。
通过运算得到,当L 型分子旋光强度大于零时,极化电子优先分解D 型分子,反之,当旋光强度小于零时,极化电子优先分解L 型分子。
总结了各种实验和理论计算,王文清、罗辽复[23]在1993年意大利国际生命起源会议上指出:长期以来,人们忽视了构型和旋光并不是同一概念, 粒子是对氨基酸的旋光性(左旋Rn +267第2期 王文清:生命起源中的对称性破缺 <0,右旋Rn +>0)有选择,而不是对构型(D ,L )有选择。
Garay 用的酪氨酸与Darg e 用的色氨酸在紫外区圆二色谱的旋光符号相反。
他们的实验结果与 粒子的选择性并不矛盾。
王文清等在系统的分析了氨基酸的构型和旋光性后发现,对于生命起源的早期产生的氨基酸,除甘氨酸无手性外,丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、缬氨酸、丝氨酸(酸性条件下)的L 型旋光性质一致均为右旋,其他氨基酸可由早期氨基酸衍生。