李政道和楊振寧提出宇稱不守恒,，吳健雄證明宇稱不守恒

      宇宙萬物從何而來？

      目前,，大多數(shù)科學(xué)家比較認(rèn)同,，宇宙誕生于一次量子真空漲落引起的大爆炸,。星系紅移現(xiàn)象和宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)，驗證了“大爆炸”假說的合理性,。

      “大爆炸”假說也面臨著很多難題,。例如，宇宙在誕生之初,，應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生了數(shù)量相同的物質(zhì)和反物質(zhì),。正物質(zhì)與反物質(zhì)相遇，瞬間就會湮滅,，成為純粹的能量形態(tài)。如果是這樣,，宇宙誕生之后,，在很短的時間內(nèi)，物質(zhì)就會消失殆盡,，就不可能存在氫元素,、氦元素之類基本物質(zhì)。沒有氫元素,、氦元素之類基本物質(zhì),，就不會有星系，也不會有地球,，更不會有人類了,。

      事實上，我們就在這里,，就在地球上生生不息,。

      科學(xué)家說：萬物來源于宇宙自身的不完美。

      宇宙自身的不完美,，叫做宇稱不守恒,。

      什么叫做宇稱？

      宇,，就是四方上下所有的空間,。

      宇稱，就是給微觀粒子照鏡子,，看看鏡里和鏡外的粒子是否對稱,。如果對稱，就叫宇稱守恒,；如果不對稱,，就叫做宇稱不守恒。

      給微觀粒子照鏡子,，用科學(xué)術(shù)語表達(dá),，叫做空間反演,，也叫空間反射，就是空間同時進(jìn)行上下,、左右,、前后的反轉(zhuǎn)，即將3個坐標(biāo)軸的方向反轉(zhuǎn),，坐標(biāo)（x,y,z）變?yōu)樽鴺?biāo)（-x,-y,-z）,。在量子力學(xué)中，原子中電子的運(yùn)動狀態(tài)用在空間某一位置,、某一時刻的波函數(shù)描寫,，常用希臘字母ψ表示，并寫為ψ(x,y,z,t),，它的絕對值的平方

|ψ(x,y,z,t)|2就是在t時間,、空間坐標(biāo)（x,y,z）處電子出現(xiàn)的概率?？梢钥闯?，電子的波函數(shù)是對稱的。

      在一些人看來,，對稱就是美,。

      對稱給人類一種平穩(wěn)安定的感覺。

      對稱性產(chǎn)生不變性,，不變性導(dǎo)致守恒定律,。例如，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),。遵循守恒定律，自然界的變化就呈現(xiàn)出一種簡單,、和諧,、對稱的關(guān)系。一個沒有對稱性的世界,，物理定律變動不定,，世界將混亂不堪。

      對稱的現(xiàn)象,，普遍存在于自然界的事物中,。人們普遍認(rèn)為，宏觀物體的運(yùn)動和微觀物體的運(yùn)動,，都遵循守恒定律,。1926年，有人提出了宇稱守恒定律,，把對稱和守恒定律的關(guān)系進(jìn)一步推廣到微觀世界,。

      “宇稱守恒”看起來似乎并沒有什么特別之處,。但是，科學(xué)層層分解的定量分析,，總會在看似平常的現(xiàn)象之中發(fā)現(xiàn)奇特之處,。

      科學(xué)家通過實驗計算，粒子在強(qiáng)力,、電磁力和引力作用的環(huán)境中,，都表現(xiàn)出了絕對的、無條件的對稱,，宇稱守恒定律都得到了完美的驗證,。但是，在弱力環(huán)境中,，粒子是否遵循宇稱守恒規(guī)律,，還未得到驗證。

      20世紀(jì)50年代初,，科學(xué)家們從宇宙射線里發(fā)現(xiàn)了θ介子和τ介子。由于θ介子和τ介子的自旋,、質(zhì)量,、壽命電荷等完全相同，很多科學(xué)家認(rèn)為它們就是同一種粒子,。通過仔細(xì)的實驗觀察,，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：θ衰變時會產(chǎn)生兩個π介子；τ衰變會產(chǎn)生三個π介子,。

      科學(xué)家感到困惑：如果τ和θ是兩種不同的粒子,，它們怎么會具有一模一樣的質(zhì)量和壽命呢？如果τ和θ是一種相同的粒子,，它們又怎么會具有完全不一樣的衰變規(guī)律呢,？

      科學(xué)家提出了很多不同的解釋，都沒有成功,。他們都不敢越“宇稱守恒”這個雷池一步,。在當(dāng)時，認(rèn)為一個電子和另一個電子的運(yùn)動規(guī)律不一樣,，是一件不可思議的事情,。同樣，認(rèn)為一個介子和另一個介子的運(yùn)動規(guī)律不一樣,，也是不可想象的事情,。

      1956年，李政道和楊振寧在深入細(xì)致地研究了各種因素之后,，大膽地預(yù)言：τ和θ是一種完全相同的粒子,，后來被科學(xué)家稱為“K介子”,。在弱相互作用的環(huán)境中，“K介子”的運(yùn)動規(guī)律,，不遵循宇稱守恒定律,。形象地說，如果給兩個相同“K介子”相互照鏡子的話,，它們的衰變方式,，在鏡子里和鏡子外不一樣。

      不久,，實驗物理學(xué)家吳健雄用一個巧妙的實驗驗證了“宇稱不守恒”,。吳健雄用兩套實驗裝置觀測鈷60的衰變：在極低溫（0.01K）下，用強(qiáng)磁場把一套裝置中的鈷60原子核自旋方向轉(zhuǎn)向左旋,，把另一套裝置中的鈷60原子核自旋方向轉(zhuǎn)向右旋,，這兩套裝置中的鈷60互為鏡像。實驗結(jié)果表明,，這兩套裝置中的鈷60放射出來的電子數(shù)有很大差異,，而且電子放射的方向也不能互相對稱。實驗結(jié)果證實了弱相互作用中的宇稱不守恒,。在吳健雄實驗之前,，著名的理論物理學(xué)家泡利打賭說：“我不相信上帝是一個軟弱的左撇子，我已經(jīng)準(zhǔn)備好一筆大賭注,，我敢打賭實驗將獲得對稱的結(jié)論,。”在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灻媲?，泡利承認(rèn)自己輸了,。

      緊接著，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)：粒子和反粒子的行為并不是完全一樣的,?？茖W(xué)家推測，正是由于物理定律存在輕微的不對稱,，粒子的電荷不對稱,，導(dǎo)致宇宙大爆炸之初，生成的物質(zhì)比反物質(zhì)略多了一點點,，大部分物質(zhì)與反物質(zhì)湮滅之后,，還有一點點物質(zhì)沒有湮滅。那一點點沒有湮滅的物質(zhì),，就演化成了現(xiàn)在的宇宙,。

      近代微生物學(xué)之父巴斯德曾經(jīng)說過：“生命向我們顯示的乃是宇宙不對稱的功能。宇宙是不對稱的，生命受不對稱作用支配,?！碑?dāng)大自然在構(gòu)造像DNA這樣的大分子時，總是遵循復(fù)制的原則,，將分子按照對稱的螺旋結(jié)構(gòu)聯(lián)接在一起,。但是，在復(fù)制過程中,，精確的對稱性也會發(fā)生細(xì)微的偏離,。如果宇宙萬物的運(yùn)行，時時處處都要達(dá)到絕對的平衡對稱,，那么生命就不可能產(chǎn)生,。世界上沒有兩片完全相同的樹葉，生命運(yùn)行的不對稱是絕對的,，而對稱卻是相對的,。不對稱性對生命的進(jìn)化有著重要的意義。

      粒子在弱相互作用下,，為什么會出現(xiàn)宇稱不守恒呢,？沒人知道，至今仍然是個謎,。諸多實驗證明,，世界是不完美的、有缺陷的世界,。但是，從某種意義上來說,，正是不對稱創(chuàng)造了世界,。

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