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上帝是左撇子吗

时间:2023-02-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:左图表示的是在平行板电场下电子的运动。读者不难想象,镜像对称的图表示的电子运动在实际上是存在的。这个简单的粒子表示所有的电磁相互作用的物理现象具有镜像对称性。上帝总不是左撇子或右撇子吧,宇称守恒简直被视为神圣的戒条。但前者衰变为3个π介子,后者衰变为2个π介子。

我们已经知道自然界存在着4种相互作用,我们通常打交道的是宏观世界,可以察觉的是电磁相互作用和引力相互作用,尤其是电磁相互作用在我们日常生活中起着关键作用。物质系统在这些作用下往住具有某种对称性。

在平行板电场中运动的电子

我们最常见的对称性就是左右对称或镜像对称。物理系统在电磁相互作用下,就具有镜像对称。左图表示的是在平行板电场下电子的运动。此图的镜像对称(术语称宇称反演)就是以此图的中线为对称轴,左右对换。读者不难想象,镜像对称的图表示的电子运动在实际上是存在的。这个简单的粒子表示所有的电磁相互作用的物理现象具有镜像对称性。不管这些物理过程何等复杂。经典力学和经典电磁学的所有现象都具有镜像对称,或者科学家说的宇称守恒。

印度泰姬陵的左右对称和镜像对称

直到1956年,物理学家一直理所当然地认为自然界的规律,应该是不会有“偏爱”左或者右的情况发生。难道用右手坐标系描写物理现象,会比用左手系描写的有所不同吗?在量子物理诞生以后,镜像对称性会得到一个新的守恒律——宇称守恒。

简单地说,宇称守恒要求自然界所发生的一切,在镜像世界对应的过程也应该真实存在。上帝总不是左撇子或右撇子吧,宇称守恒简直被视为神圣的戒条。镜中花,水中月,摇摇曳曳,荡荡晃晃,一向是诗人讴歌的对象,难道内中还有什“玄机”隐藏?

1956年6月,中国人杨振宁、李政道发表了一篇历史性的论文,对于宇称守恒的普遍性提出质疑,并且提出了解决有关问题的实验构想。这犹如晴天霹雳,轰动物理学界。这里澄清一个问题,杨、李在撰写论文以及次年荣膺诺贝尔物理学奖时,并未加入美国籍。也就是说,他们当时是地地道道的中国人。

杨振宁

李政道

这是中微子在微观世界掀起的第一次震撼世界的科学浪潮。

原来20世纪50年代以后,人们发现的强子越来越多,其中有两种当时称为τ(切勿与今天的τ-轻子混淆)和θ的粒子,其质量和寿命完全一样,照理说应为同一种粒子。但前者衰变为3个π介子,后者衰变为2个π介子。根据量子理论,τ与θ的宇称应相反,即一为负一为正,似乎又像是两种粒子。这就是当时著名的θ-τ之谜。1956年4月,在美国纽约州的罗切斯特召开的国际高能物理会议上,针对这个问题,科学界议论纷纷,无法解释。

李政道、杨振宁高瞻远瞩,灵思飞扬,终于“参透”玄机。他们认为,在此以前所有镜像对称——宇称守恒的物理现象,要么是属于电磁相互作用过程,如原子的光发射和吸收;要么是强相互作用支配的过程,如原子核的碰撞、核反应等。换言之,实际上弱相互作用过程中,宇称守恒并没有经过实验验证。τ与θ粒子的衰变正好是弱相互作用过程。他们大胆假设,也许弱作用中宇称不守恒吧!

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