海森堡看到质子的质量为1. x 10^-27千克,中子的质量为1. x10^-27千克,觉得两者的质量太接近了。
海森堡想,中子比质子重了那么一点点,重的多出了什么?他给两者做了差值后,还是没有看出什么来,心中疑惑。
继续想,又有人提出人们还发现2个质子、1个质子1个中子、2个中子之间的强相互作用几乎是相同的。
海森堡想:“不考虑电磁作用,在强相互作用的眼里,质子和中子完全是相同的。”
“难道中子和质子是同一种东西?”
海森堡就来了提出了一个大胆的想法:他认为质子和中子压根就是同一种粒子-核子的两种不同的状态,它们共同组成了一个同位旋二重态。
在抽象的同位旋空间里,质子可以“旋转”成为中子,中子也可以“旋转”成为质子,因为质子和中子在强相互作用下是一样的,所以,我们就可以说:强相互作用具有同位旋空间下的旋转不变性。
但这种旋转,跟普通意义上的旋转不同,是一种量子化的概念。
核子内部抽象出来的同位旋空间,因此这种对称性又叫内部对称性,而之前我们谈的各种跟时空有关的对称性就叫外部对称性。内部对称性咋一看好像不那么真实,但其实它跟外部对称是一样真实自然的,它们一样对应着守恒定律,强相互作用下同位旋空间里的这种旋转不变性就对应同位旋守恒。
海森堡继续想:“如果让其中的旋转方式改变,那元素就会发生改变。原子的内部的结构完全是同一个物质构成,只不过是因为同位旋的不同而导致的质子和中子的区别。”