70年前的6月，宇称守恒定律“破灭”

（来源：新安晚报）

转自：新安晚报

　　“宇称不守恒定律”全称“弱相互作用中宇称不守恒定律”，在杨建邺所著的《杨振宁传》中，有一个小节是“宇称守恒定律的破灭”，杨建邺先生做了比较详细而普及性的解释：

　　“宇称”是指物理定律在左右之间完全对称（又称“镜像对称”）。

　　由于在其他已知的相互作用中宇称都是守恒的。因此物理学家毫不犹豫地把它推广到原子核物理学、介子物理学和奇异粒子物理学的弱相互作用中。而且，这一推广应用似乎颇有成效，于是物理学界普遍相信，宇称守恒定律有如能量、动量等守恒定律一样，是一条普适的规律。从宏观现象得到的左右对称的规律，看来也完全适用于微观世界。

　　在1956年以前，宇称守恒定律与能量守恒定律一样，已被认为是物理学中的“原理”，谁也没有想到或者有胆量去怀疑它。后来，由于出现了“θ~τ之谜”，杨振宁和李政道两人为了解决这个让整个物理学界为之迷惘的谜，才开始怀疑宇称守恒的普适性。

　　很多人都发现了问题，也有过疑惑和一闪念的想法，但大家都没有再想下去，因为大家觉得“原理”是不容置疑的。其实大家都忽视了一点：这个“原理”并没有经过足够的实验验证。这样的事，不仅科学上有，其他领域同样存在。但是，年轻的杨振宁（34岁）、李政道（30岁）提出了怀疑，并且假定：宇称仅在强相互作用中是守恒的，而在弱相互作用中不守恒。

　 论文

　　据杨振宁先生回忆，他在和李政道先生讨论中提出这个假定的时间，大约是1956年4月底或5月初，之后他们多次讨论，逐步达成一致，并在两周内完成相关的计算。这年5月的一天，杨先生在布鲁克海文加速器部的一次讨论会上介绍了他们的研究成果，有人提出疑问，杨先生在与李先生讨论后，完成了一个“重要的澄清”，十分高兴。

　　1956年5月底，杨先生腰疼得厉害（几年后诊断为腰椎间盘突出），不得不在床上躺了几天。也就是在那几天里，由杨先生口述，夫人杜致礼记录，完成了一篇论文。因为杜致礼没有受过文秘方面的训练，只能一字一句地照记下来，论文的题目是：“弱相互作用中宇称守恒吗？”杨先生把手稿拿给李先生看，李先生对几处小错误作了一些修改，然后杨先生按字母顺序写上了他和李先生的名字。

　　1956年6月22日，打印稿完成，稿纸上注明布鲁克海文国家实验室排号BNL-2819。

　　杨先生他们把论文投给《物理评论》，同时分发了一些预印本。当文章正式发表时，题目被改成“弱相互作用中宇称守恒的问题”，因为据说这本杂志的编辑规定文章的题目不能是个问句，但杨先生认为原来的题目更有意义。

　实验

　　杨振宁和李政道对他们的这一研究成果十分满意，“觉得对宇称守恒做了个漂亮的物理分析，也讨论了所有当时看来可行的测试方式。我们觉得这项研究的风格符合好的物理学传统，因为与此前的信念相反，宇称守恒一直没有在弱相互作用实验中检验过，因此用实验检验是非常重要的。”

　　为了证实自己的想法，杨、李二位先生还在文章里设计了几种实验方法，供实验物理学家参考。在哥伦比亚大学任职的吴健雄“独具慧眼”，用其中的一种方法“钴60的衰变”展开实验。

　　杨、李二位先生虽然发表了论文，也知道吴健雄正带领团队做相关的实验，但他们“并不觉得吴健雄正在做的实验会震惊世界”，杨先生说，他们那时“在统计力学上的兴致正高涨，我有了新的想法，需要整天计算。”

　　与此同时，很多物理学家，包括费曼、维格纳、朗道、泡利这样的著名物理学家，都认为违反宇称守恒是不可能的事情，都持坚决反对的态度。当时被人们认为是最伟大的理论物理学家的泡利说：“我不相信上帝是一个没用的左撇子，我愿意打一个大赌，实验将证明电子的角分布是对称的。”

　　美国物理学家菲利克斯·布洛赫在看了李、杨的文章以后更是决绝地说：“如果宇称真的不守恒了，我把我的帽子吃掉！”

　　1956年底，吴健雄团队的实验已经基本上证明了杨、李的判断，但她还是感觉难以相信，唯恐他们的实验中有什么没有注意到的错误，因此，当她把实验结果告诉杨、李二位先生时，特别要求他们暂时保密，她觉得自己还要再对实验检查一遍。

　　1957年1月初，实验结果正式公布，震惊了世界物理学界。当年10月31日，杨振宁、李政道因此共同获得当年的诺贝尔物理学奖。

　 阐释

　　1984年11月，著名作家徐迟到纽约大学石溪分校采访了杨振宁先生，他开诚布公地对杨先生说：“你得诺贝尔物理学奖的那个科研成果是怎么回事？大家都想知道，大家都不很明白。你能不能一句一句地，用几句话，五句、十句或十来句话，用比较容易理解的话给我、给大家说得简单明了呢？”

　　“可以的，”杨振宁回答，“我尽可能用最简单、普通的语言讲讲看吧。”他沉思了一下，然后慢慢地一句一句说起来了（为便于阅读，这里分条列出）：

　　一、在自然界里面有四种基本力量：强力量（使中子和质子在原子核中结合的力量）、电磁力量、弱力量（控制中微子相互作用的力量）以及万有引力——自然界里所有的一切都是由这四种力量组织起来的。

　　二、1956年以前，如所周知，所有的实验也都表明，这四种力量的每一种都左右对称，正像每一事物都和它镜中对影是一模一样的，专门的术语称之为宇称守恒。

　　三、如果你说，人并不对称，人的心脏在左边，这并不违反物理学，因为如果你给一个人制造一个相反的人，他的心脏在右边，只要这两人吃一样的东西，吃的东西的分子螺旋式向反方向旋转，则两人一定是一模一样的，也就是说宇称守恒的。

　　四、可是在1956年前后却发现了一些新粒子，它们有着令人非常迷惑的现象无法解释，当时就成为物理学家们最关切的热门问题了。

　　五、那一年夏天，李政道和杨振宁两人在离这儿不远的布鲁克海文实验室里研究这个问题时，曾大胆设想，左右对称，即宇称守恒这件事差不多完全对，却不是完全都对，不是绝对的对；在弱力量里不对，在弱力量里宇称不守恒。

　　六、但是，以前做过了很多弱力量实验，为什么没有发现过不对称不守恒的现象呢？

　　七、以前做过的弱力量实验，因未涉及对称、守恒问题，所以没有发现不对称、不守恒的现象，而现在已发现了这么一些不能解释的现象了，因而应当专门为此做一个实验来证明在弱力量那里是左右不对称，宇称不守恒，那时这些不能解释的新粒子现象就可以得到解释了。

　　八、李政道和杨振宁提出，要用这样一组设备，还用另一组如同前者的镜中映像，反过来的设备，两者同时来做一个以弱力量为主要环节的实验，看做出来的结果，结果确证左右竟不对称，弱力量里宇称竟不守恒，就可以解释为什么弱力量里出现了那些令人迷惑的新粒子了。

　　九、由吴健雄和美国度量局的4位科学家一共5人，按照我们两人提出的设计和设备做了半年时间的实验，果然证明了我们两人的猜想，弱力量宇称不守恒，立即震动了世界物理学界，从而半年多后，我们两人得到了诺贝尔物理学奖。

　　十、现已证明，所有弱力量的宇称都不守恒。它已成了弱力量的理论基石。

　　徐迟听后，对杨先生说：“你说清楚了，谢谢你。”