| 所謂“宇稱”,，粗略的說,，可理解為“左右對稱”或“左右交換”，按照這個解釋,，所謂“宇稱不變性”就是“左右交換不變”,。或者“鏡象與原物對稱”,。對稱的現(xiàn)象普遍存在于自然界的事物中,，事物運動變化的規(guī)律左右對稱也是人們的普遍認識。在物理學中,，對稱性具有更為深刻的含義,，指的是物理規(guī)律在某種變換下的不變性。在相當長的一段時間內(nèi),，物理學家們相信,，所有自然規(guī)律在這樣的鏡象反演下都保持不變。例如進行牛頓運動定律實驗時,，前面放一面鏡子,，如果我們看鏡內(nèi)的物理規(guī)律性，則同鏡外完全相同,。比如一個小球A向右運動,，我們在鏡內(nèi)看到有一個小球A′ 向左運動，雖然A′與A運動方向相反,，但它們都遵從的規(guī)律,，也就是說力學規(guī)律對于鏡象反演不變，具有空間反演不變性,。同樣對于麥克斯韋方程組和薛定諤方程都具有空間反演不變性,。 不變性原理通常與守恒定律聯(lián)系在一起，比如動量守恒定律是物理定律在空間平移下的不變性的體現(xiàn),；能量守恒定律與時間平移不變性相聯(lián)系,；角動量守恒定律是物理定律空間旋轉(zhuǎn)對稱性的體現(xiàn)等。在微觀世界中微觀粒子的狀態(tài)用波函數(shù)ψ描寫 即表示波函數(shù)的數(shù)值隨坐標而變,。為了描述這種與空間反演對稱性相聯(lián)系的物理量,，引入了“宇稱”的概念。因為連續(xù)兩空間反演（鏡象反射）就等于本身,，第一次反射,，第二次反射。因此宇稱這個量同能量,、動量等連續(xù)變化的物理量不同,，它只能取兩個分立的值（+1）或（-1）,，也就是說波函數(shù)在鏡象對稱時有兩種可能： 。 第一種情形宇稱為正（+1）,，第二種情形宇稱為負（-1）,，對于一個多粒子系統(tǒng)來說，此系統(tǒng)的總宇稱為各該系統(tǒng)粒子的宇稱之乘積,。 有了以上概念后,，根據(jù)左右對稱性就可引伸出“宇稱守恒定律”，表述如下：由許多粒子組成的體系,，不論經(jīng)過相互作用發(fā)生什么變化（包括可能會使粒子數(shù)發(fā)生變化）,，它的總宇稱保持不變，則原來為正,，相互作用后仍為正,；原來為負，相互作用后仍為負,。這一定律對于許多情況都是正確的,，象強相互作用和電磁相互作用就是如此。因而便認為對于弱相互作用也不言而喻,，同樣如此,。 弱相互作用下的宇稱守恒的這一看法一直維持了三十年。但在1954~1956年間人們在粒子物理研究中遇到了一個難題,，即所謂的“τ-θ之謎”,，就是荷電的κ介子有兩種衰變方式，一種記為τ介子,，一種記為θ介子,。這兩種粒子的質(zhì)量、電荷,、壽命、自旋等幾乎完全相同,，以致于人們不能不懷疑它們是同一粒子,。然而另一方面，它們的衰變情形卻不相同,，表現(xiàn)為宇稱不相同,，當τ粒子衰變時，產(chǎn)生三個π介子,，它們的宇稱為負（根椐已確定了的π介子的宇稱為-1和宇稱守恒定律）,，而θ粒子衰變時產(chǎn)生兩個π介子，它們的宇稱為正,，也就是說,，τ粒子與θ粒子衰變時具有完全相反的宇稱,。 如何解釋這個現(xiàn)象？可供選擇的答案只有兩種：一種承認宇稱守恒定律,，則τ粒子與θ粒子是兩種不同的粒子,，因為它們的宇稱不同，相互作用過程宇稱應不變,，但無法解釋為什么θ,、τ粒子性質(zhì)如此相同。另一種確認τ和θ是同一種粒,，則宇稱守恒定律不成立,。 1956年李政道、楊振寧在研究這個問題時,，仔細地分析了關(guān)于宇稱守恒的各種實驗資料,，發(fā)現(xiàn)至少在弱相互作用領(lǐng)域，宇稱守恒定律從未得到過實驗的驗證,，而只不過是一個理論上的推論而已,。因此根據(jù)“τ-θ之謎”的啟示，他們提出在弱相互作用過程前后,，宇稱可能不守恒,，并且還指出可以用β衰變（也是一種弱相互作用）的實驗來證實或否定他們的推測。人們對于弱作用的研究已經(jīng)有了相當長的歷史,，從發(fā)現(xiàn)β放射性算起,，已經(jīng)歷了半個多世紀;即使從費米提出β衰變理論算起，也已有二十多個年頭,。在這漫長歲月中,，人們對于弱作用，尤其對于β衰變,，已經(jīng)作過大量實驗,，然而卻沒有一個實驗曾經(jīng)證明過宇稱是否守恒。這是因為左右對稱性從未有人懷疑過,，人們一直相信它,，應用它，從未想去檢驗它,。當然,，要懷疑這樣一條基本定律，必須持非常慎重的嚴肅態(tài)度,，李政道和楊振寧正是在徹底研究了所有已經(jīng)作過的弱作用實驗,，并發(fā)現(xiàn)還沒有一個實驗曾證明過宇稱是否守恒后，才提出弱作用中宇稱可能不守恒的猜測,。 但是,，畢竟左右對稱原理太明顯,，太自然了，以致人們很難相信宇稱真的會守恒,。著名物理學家泡利就曾俏皮地說過：“我就不相信上帝竟然會是一個左撇子?”究竟宇稱是否守恒,，只有讓實驗來作出判斷，為此,，李政道和楊振寧設計了一系列可用來檢驗宇稱是否守恒的實驗方案,，設計的原則 是要安排兩套實驗裝置，它們嚴格地互為鏡象,，然后在這兩套裝置中觀測弱作用過程,，看看兩套裝置中出現(xiàn)的是不是互為鏡象的現(xiàn)象。 幾個月之后,，以上設想被另一位美籍華裔物理學家吳健雄教授與美國華盛頓國家標準局的幾位物理工作者一起用出色的實驗所證實,，這是一個關(guān)于極化60CO原子核β蛻變的實驗。在這個實驗中,，他們以確鑿無疑的證據(jù)表明,，在弱相互作用過程中宇稱守恒定律不成立，弱相互作用下宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)和實驗驗證,，可以說是第二次世界大戰(zhàn)以來最偉大的發(fā)現(xiàn),。正是由于這一震驚物理學界的杰出貢獻，李政道和楊振寧共同獲得了1957年諾貝爾物理獎,，這時距他們發(fā)表宇稱不守恒的研究成果還不到兩年,，速度之快在諾貝爾獎金史上是罕見的。 這是很了不起的貢獻,，雖然楊先生的人品一般,，但他絕對是二十世紀最好的科學家之一。 |
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