什么是人工物相材料？
为什么这项技术会成为微电纪元晚期文明的标志性技术，并卡住了猎户臂与双子莉娅两大文明圈数万年之久？
要理解这一切，就必须从宇宙最底层的运作法则——对称性说起。
在物理学中，对称性是一个极其重要的概念，它并非指几何形状上的对称，而是指描述一个物理系统的基本规律在经历某种特定的变换操作后，其形式保持不变。
换言之，对称性意味着存在一种“视角”的改变，在这种改变下物理定律看起来是一模一样的。
例如，空间平移对称性意味着无论我们在宇宙中的A点还是B点进行同一个物理实验，只要其他条件相同，实验结果和所遵循的物理定律都将完全一样。
德国数学家埃米·诺特在1915年提出了一个革命性的定理——诺特定理。
它精确地揭示了对称性与守恒律之间的一一对应关系，对于物理系统的每一个连续的全局对称性，都存在一个相应的守恒量。
时间平移对称性，意味着物理定律不随时间改变，其对应的守恒律是能量守恒。
空间平移对称性，意味着物理定律在空间各点相同，其对应的守恒律是动量守恒。
空间旋转对称性，意味着物理定律不依赖于空间方向，其对应的守恒律是角动量守恒。
U(1)规范对称性，意味着物理定律不随带电粒子波函数的相位变化而改变，其对应的守恒律是电荷守恒。
诺特定理将对称性从一个美学或哲学概念，提升为了物理学中具有强大预测能力的数学工具。
而对于一个连续的对称性，生成元是执行该对称性变换的“无穷小操作”。
任何一个有限的连续变换都可以通过反复进行无穷小变换得到。
在物理上，如诺特定理所示，每个生成元都对应着一个物理守恒量。
例如，三维旋转群SO(3)有三个生成元，分别对应着绕x, y, z轴旋转的无穷小操作，在物理上它们对应着角动量的三个分量 L?, L?, L_z。
简单说完对称性，接下来就要谈到不对称性了，更准确的说是对称性的破坏与缺失。
自发对称性破缺同样是现代物理学中的重要概念之一。
它解释了从铁磁性、超导，到基本粒子质量起源等一系列广泛的物理现象。
其定义是：一个物理系统的基本规律具有某种连续对称性，但其能量最低的真空态却不具备这种对称性。
因为系统在能量上是简并的，它必须“自发地”选择其中一个基态，从而破坏了原有的对称性。
想象一个势能函数 V(φ) = -μ2|φ|2 λ|φ|?，其形状如同一个墨西哥草帽。
这个势能函数，或者说这顶“帽子”的规律是围绕中心轴完美旋转对称的。
但能量最低点，也就是系统最稳定的状态却不在帽顶的对称中心，而是在帽檐那一圈完整的谷底。
谷底构成一个完整的圆环，圆环上的每一点能量都完全相同。
系统必须从圆环上选择某一个特定点作为其基态。
一旦这个点被选定，那么围绕中心轴的旋转对称性就被破坏了，因为旋转会把这个点变成圆环上的另一个不同的点。
那些不再使真空态保持不变的对称变换所对应的生成元，就被称为“破缺的生成元”。
“额，所以关于什么是自发对称性破缺，你理解了吗？”白牧辰挠了挠头，有些不确定地问道。
这段漫长而又有点深奥的物理学课程并非是某个教科书的节选。
而是在公元2096年12月由白牧辰的一个身体亲口讲述的的内容。
就在几小时前，空间站的传感器捕捉到了一次剧烈的超空间扰动。
静思圣堂号通过星界跃迁出现在了空间站不远处。
通讯接通，海索斯隐修会的领袖索隆的全息影像出现，他行了一个古老的礼节，语气中带着难以掩饰的激动。
他听闻人工物相材料的生产线即将启动，便迫不及待地赶了过来，希望能第一时间接收首批成品。
白牧辰告诉索隆只是希望海索斯隐修会做好接收材料的准备而已，没想到对方居然直接赶过来了。
行动力很强啊。
没办法，白牧辰告只能诉索隆他来得太早了，生产出第一批材料还有一段时间。
索隆表示不介意等待，同时出于智慧生命都有的好奇心，他向白牧辰请教了一个问题——究竟什么是“人工物相材料”？
毕竟是宗教领袖，对于人工物相材料，索隆只知道性能很逆天，可以解决他们遇到的问题，但却不知道为什么。
甚至连自己心心念念的人工物相材料究竟是一种什么样的材料都不清楚。
于是，便有了前面那场科普讲座。
听完这段后，索隆经过长久的思考才缓缓开口，他先是表示自己对白牧辰所讲的物理学之美感到震撼。
“白牧辰阁下，您的讲解让我窥见了宇宙法则的精妙，这与我们追寻的道有异曲同工之妙，对称性我理解了，它是完美的，和谐的。”
“但我还是什么是对称性破缺，这种抽象的事物如何能够被破坏掉。”
白牧辰闻言揉揉脑袋，开始思考该如何通俗的解释。
找什么例子好呢......
诶~有了~ (o゜▽゜)o☆
白牧辰让一个身体拿来一杯热牛奶和热的黑咖啡，将前者小心翼翼的倒了一点在后者里面。
乳白色的螺旋缓缓散开，最终与咖啡融为一体，变成了一杯均匀的拿铁。
“我问你一个简单的问题，你觉得这杯咖啡有可能自发地变回去吗？牛奶和咖啡分离，回到我滴入之前的那一刻？”
这个问题想都不用想，索隆直接摇摇头：“不可能，宇宙的混乱程度总是在增加，这种基础的科学知识我还是知道的。”
“完全正确，这就是时间之箭，你从未见过鸡蛋从炒熟变回蛋液。”虽然索隆连鸡蛋都没见过：“也从未见过破碎的玻璃杯会自动复原，你所经历的宏观世界时间是单向的，不可逆的，这就是宇宙告诉你的现实。”
“但这是一个谎言，或者说这是一个幻象，因为在最根本的层面上，在描述每一个咖啡分子、每一个牛奶脂肪球运动的物理定律中，时间没有方向，微观物理规律是时间对称的。”
“想象一下两个夸克的碰撞，你把这个过程录下来。现在，无论你是正着放，还是倒着放，它都完全符合物理定律，你根本分不清哪个是所谓正确的方向。”
“从牛顿到爱因斯坦再到薛定谔，我们赖以描述宇宙的那些物理方程本质上对时间的流向一视同仁。这就是物理规律的另一个对称性——时间向前或向后，规律本身的形式保持不变。”
“也就是时间反演对称性，对应的守恒量是——信息。”
为什么这项技术会成为微电纪元晚期文明的标志性技术，并卡住了猎户臂与双子莉娅两大文明圈数万年之久？
要理解这一切，就必须从宇宙最底层的运作法则——对称性说起。
在物理学中，对称性是一个极其重要的概念，它并非指几何形状上的对称，而是指描述一个物理系统的基本规律在经历某种特定的变换操作后，其形式保持不变。
换言之，对称性意味着存在一种“视角”的改变，在这种改变下物理定律看起来是一模一样的。
例如，空间平移对称性意味着无论我们在宇宙中的A点还是B点进行同一个物理实验，只要其他条件相同，实验结果和所遵循的物理定律都将完全一样。
德国数学家埃米·诺特在1915年提出了一个革命性的定理——诺特定理。
它精确地揭示了对称性与守恒律之间的一一对应关系，对于物理系统的每一个连续的全局对称性，都存在一个相应的守恒量。
时间平移对称性，意味着物理定律不随时间改变，其对应的守恒律是能量守恒。
空间平移对称性，意味着物理定律在空间各点相同，其对应的守恒律是动量守恒。
空间旋转对称性，意味着物理定律不依赖于空间方向，其对应的守恒律是角动量守恒。
U(1)规范对称性，意味着物理定律不随带电粒子波函数的相位变化而改变，其对应的守恒律是电荷守恒。
诺特定理将对称性从一个美学或哲学概念，提升为了物理学中具有强大预测能力的数学工具。
而对于一个连续的对称性，生成元是执行该对称性变换的“无穷小操作”。
任何一个有限的连续变换都可以通过反复进行无穷小变换得到。
在物理上，如诺特定理所示，每个生成元都对应着一个物理守恒量。
例如，三维旋转群SO(3)有三个生成元，分别对应着绕x, y, z轴旋转的无穷小操作，在物理上它们对应着角动量的三个分量 L?, L?, L_z。
简单说完对称性，接下来就要谈到不对称性了，更准确的说是对称性的破坏与缺失。
自发对称性破缺同样是现代物理学中的重要概念之一。
它解释了从铁磁性、超导，到基本粒子质量起源等一系列广泛的物理现象。
其定义是：一个物理系统的基本规律具有某种连续对称性，但其能量最低的真空态却不具备这种对称性。
因为系统在能量上是简并的，它必须“自发地”选择其中一个基态，从而破坏了原有的对称性。
想象一个势能函数 V(φ) = -μ2|φ|2 λ|φ|?，其形状如同一个墨西哥草帽。
这个势能函数，或者说这顶“帽子”的规律是围绕中心轴完美旋转对称的。
但能量最低点，也就是系统最稳定的状态却不在帽顶的对称中心，而是在帽檐那一圈完整的谷底。
谷底构成一个完整的圆环，圆环上的每一点能量都完全相同。
系统必须从圆环上选择某一个特定点作为其基态。
一旦这个点被选定，那么围绕中心轴的旋转对称性就被破坏了，因为旋转会把这个点变成圆环上的另一个不同的点。
那些不再使真空态保持不变的对称变换所对应的生成元，就被称为“破缺的生成元”。
“额，所以关于什么是自发对称性破缺，你理解了吗？”白牧辰挠了挠头，有些不确定地问道。
这段漫长而又有点深奥的物理学课程并非是某个教科书的节选。
而是在公元2096年12月由白牧辰的一个身体亲口讲述的的内容。
就在几小时前，空间站的传感器捕捉到了一次剧烈的超空间扰动。
静思圣堂号通过星界跃迁出现在了空间站不远处。
通讯接通，海索斯隐修会的领袖索隆的全息影像出现，他行了一个古老的礼节，语气中带着难以掩饰的激动。
他听闻人工物相材料的生产线即将启动，便迫不及待地赶了过来，希望能第一时间接收首批成品。
白牧辰告诉索隆只是希望海索斯隐修会做好接收材料的准备而已，没想到对方居然直接赶过来了。
行动力很强啊。
没办法，白牧辰告只能诉索隆他来得太早了，生产出第一批材料还有一段时间。
索隆表示不介意等待，同时出于智慧生命都有的好奇心，他向白牧辰请教了一个问题——究竟什么是“人工物相材料”？
毕竟是宗教领袖，对于人工物相材料，索隆只知道性能很逆天，可以解决他们遇到的问题，但却不知道为什么。
甚至连自己心心念念的人工物相材料究竟是一种什么样的材料都不清楚。
于是，便有了前面那场科普讲座。
听完这段后，索隆经过长久的思考才缓缓开口，他先是表示自己对白牧辰所讲的物理学之美感到震撼。
“白牧辰阁下，您的讲解让我窥见了宇宙法则的精妙，这与我们追寻的道有异曲同工之妙，对称性我理解了，它是完美的，和谐的。”
“但我还是什么是对称性破缺，这种抽象的事物如何能够被破坏掉。”
白牧辰闻言揉揉脑袋，开始思考该如何通俗的解释。
找什么例子好呢......
诶~有了~ (o゜▽゜)o☆
白牧辰让一个身体拿来一杯热牛奶和热的黑咖啡，将前者小心翼翼的倒了一点在后者里面。
乳白色的螺旋缓缓散开，最终与咖啡融为一体，变成了一杯均匀的拿铁。
“我问你一个简单的问题，你觉得这杯咖啡有可能自发地变回去吗？牛奶和咖啡分离，回到我滴入之前的那一刻？”
这个问题想都不用想，索隆直接摇摇头：“不可能，宇宙的混乱程度总是在增加，这种基础的科学知识我还是知道的。”
“完全正确，这就是时间之箭，你从未见过鸡蛋从炒熟变回蛋液。”虽然索隆连鸡蛋都没见过：“也从未见过破碎的玻璃杯会自动复原，你所经历的宏观世界时间是单向的，不可逆的，这就是宇宙告诉你的现实。”
“但这是一个谎言，或者说这是一个幻象，因为在最根本的层面上，在描述每一个咖啡分子、每一个牛奶脂肪球运动的物理定律中，时间没有方向，微观物理规律是时间对称的。”
“想象一下两个夸克的碰撞，你把这个过程录下来。现在，无论你是正着放，还是倒着放，它都完全符合物理定律，你根本分不清哪个是所谓正确的方向。”
“从牛顿到爱因斯坦再到薛定谔，我们赖以描述宇宙的那些物理方程本质上对时间的流向一视同仁。这就是物理规律的另一个对称性——时间向前或向后，规律本身的形式保持不变。”
“也就是时间反演对称性，对应的守恒量是——信息。”