杨振宁靠什么获得的诺贝尔奖？只因发现“镜子中的你和现实不同”

综述

杨振宁于1957年与李政道共同获得诺贝尔物理学奖，理由是因为他们提出了宇称不守恒的理论，用一个形象的比如就是“镜子中的你和现实其实是不同的”，并推动了实验来验证这一理论。这是华人科学家首次获得诺贝尔奖，也是基础物理学领域的一次重大突破。

那么什么是宇称不守恒理论呢？这对人类的历史的发展具有哪些重要意义？这篇文章将为你解答。

宇称不守恒的假设

在20世纪上半叶的物理学中，一直有个长期认为的观点，就是所有自然规律在镜像世界中都应该保持不变（对称性）。

通俗点来讲，就是如果我们把物理系统的空间反射到一个“镜像”中，这个镜像世界中的物理行为应该和现实世界完全一致。

而宇称守恒是对称性原则的一部分。因为自然界的许多基本规律具有某种对称性，例如：时间反演对称性，空间反射对称性和电荷共轭对称性。并且由于宇称守恒适用于电磁力和强相互作用，因此科学家一度认为宇称守恒是普适的。

然而，1956年，杨振宁和李政道提出，这种对称性可能并不适用于弱相互作用的情况（即影响某些放射性衰变的自然力）， 他们认为，已有的理论和实验数据并不足以证明弱相互作用中的宇称对称性。

在此之后，为了验证这一猜想，他们与吴健雄展开了一系列的合作。吴健雄与她的团队设计了一项关键实验，就是通过研究放射性同位素钴-60的β衰变行为。

实验发现，钴-60原子在弱相互作用下的电子发射方向与其自旋方向存在不对称性，清晰地表明宇称在弱相互作用中不守恒。这一实验结果为杨振宁和李政道的理论提供了确凿证据，证实了宇称不守恒的结论。

标准模型的奠基性贡献

宇称不守恒的发现为粒子物理学的标准模型奠定了重要基础。因为粒子物理学的标准模型是描述基本粒子及其相互作用的核心理论，这个发现将为进一步探索基本自然法则奠定了基础。

这具体表现为，宇称不守恒的实验验证激发了大量相关研究，包括促使物理学家寻找其他不守恒规律，如时间反演对称性和CP对称性破缺。

时间反演对称性也称为T对称性，这是指物理规律在时间流动方向反转时保持不变，也就是说，如果一个过程可以正向发生，那么，时间反转后的逆向过程也应该遵守相同的物理规律。

这个概念与热力学第二定律联系密切，在宏观尺度上，时间反演不对称性与熵增原理有关，尽管这是一个统计学效应。而如果时间反演对称性被破坏，则表明基本粒子的相互作用可能具有方向性。这个概念也为摄入研究粒子物理和宇宙演化提供了新的线索。

而CP对称性则是指粒子物理学的一个符合对称性，包括C对称性，也是电荷共轭对称性，和P对称性，即宇称对称性。

根据CPT定理，在任何洛伦兹对称的量子场论中，C（电荷共轭）、P（宇称）、T（时间反演）的复合对称性必须严格成立。因此，如果CP对称性破缺，则T对称性必然破缺。这也表明了CP破缺与T破缺是相辅相成的，从不同角度揭示了弱相互作用的偏向性。

因此，时间反演对称性和CP对称性破缺的展开，不仅是基本粒子物理学的核心问题，还与宇宙的起源和结构密切相关。它们的研究既加深了对标准模型的理解，又为发现新物理提供了广阔的前景。

这一系列的研究都离不开宇称不守恒改写了的弱相互作用理论框架，使得研究者对自然界对称性产生了新的理解，并为现代物理学提供了思想基础。

杨振宁的卓越成就

除了发现宇称不守恒，杨振宁仍然继续在理论物理领域贡献了一系列重要研究，他的后续工作拓展了物理学的多个领域，尤其是在规范场理论、粒子物理和凝聚态物理方面，奠定了深远的理论基础。

在凝聚态物理中，杨振宁的价值体现在多个方向，尤其是在统计力学，相变理论和数学物理工具的开发上具有深远影响。他的核心贡献就是在1952年与李政道提出的杨-李圆定理（Lee-Yang Circle Theorem）和一种关键的数学工具杨-巴克斯特方程。

杨-李圆定理揭示了统计力学分区函数在复平面上零点的分布规律，即对于有限系统，这些零点位于复平面的单位圆上，且在热力学极限下，零点的聚集与相变点密切相关。

这个定理为相变提供了精确的数学描述，开创性地将复分析引入统计物理学，并为现代相变理论和临界现象研究奠定了基础，对统计物理和量子相变等领域产生了深远影响。

杨-巴克斯特方程则描述了量子多体系统中粒子间散射的一致性条件。它保证了三体散射过程中的独立性，广泛应用于可积系统、统计力学、拓扑学和量子计算等领域。

该方程为理解和解析一维自旋链、六顶点模型等提供了关键工具，并与量子群和量子信息等数学结构密切相关，是现代物理学和数学中一个基础而深远的理论成果。

总结

杨振宁的价值不仅体现在他对粒子物理学的开创性贡献，还在于他对数学物理和凝聚态物理的深远影响。他的工作为现代物理学的多个领域奠定了基础，推动了多学科的发展，这不仅仅是他发现的“镜子中的你与显示不同”，而是一种里程碑式的进步。

而作为一位跨学科的学者的他，杨振宁的研究展现了他在理论物理中的深邃洞察力与创新精神，影响了全球科学界的前沿思维。

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