镜面反射现象使人能在镜中看见自己总的来说,在杨振宁提出自己的发现之前,物理学界一直认为任何物理定律都具备对称性,包括微观世界的基本粒子也一样。而且四大基本相互作用力当中,电磁力、引力和强力都具备“宇称不变性”,除了弱力。
大部分物理学家此前都将宇称不变性和时间平移不变、空间平移不变、旋转不变等一同视为基本规律,哪怕实验当中出现了违背这一规律的情况,大家也不会去质疑规律错了,而是怀疑是其他原因造成的。
可是,杨振宁和李政道却没有这样做,他们对物理学当中最基本的规律发起了挑战。
杨振宁(左)与李政道(右)没错,二人发现θ和τ这两个粒子虽然电荷、自选和质量都一样,但是衰变之后的结果却不同。最后不少人都认为这是因为二者的宇称数不同,所以并非是一种粒子。
可是杨振宁确认为,恐怕不是粒子除了问题,问题的本身就在“宇称守恒”身上。因此,他们交流了自己的看法,认为将原子核黏在一起的是强力作用,但是发生衰变却是弱力,如果分别而论的话就能得出这样的结论,即宇称在强相互作用中是守恒的,弱相互作用中却不是,这就是“宇称不守恒”,也被不少人比作“镜子中的你和现实不同”。
四大基本相互作用力值得一提的是,其实在那时候也有别的人对“宇称守恒”提出过质疑,但是他们并未做相关实验证明这件事,或者说也不太愿意挑战物理学的“权威定律”。
但杨振宁和李政道就在被誉为“东方居里夫人”吴健雄的帮助下得到了实验证明,测量了一束钴-60衰变放出的电子方向,证明了宇称在弱相互作用下确实不守恒。
吴健雄(左)与李政道(右)由此可见,杨振宁能够在这么年轻的时候就获得诺贝尔奖,是因为他的发现对于物理界的影响深远。因为这是基本定律,所以对物理学的各方面都有重要的作用,而“宇称不守恒”被证实,就使得各领域掀起了新的验证革命。
如果大家还是无法理解的话,不妨就想象一下,如果有一天圆周率被算尽了,数学界将会迎来怎样的波动,杨振宁的发现在物理学领域不亚于圆周率被算尽。
已被算到62.8万亿位的圆周率那么,宇称不守恒的发现在后来究竟带来了怎样的影响呢?
宇称不守恒带来的影响
从根本上来说,宇称不守恒开创了研究对称破缺的新纪元。在这之前,物理学的一切定律都是建在对称的基础上的,而宇称不守恒就为这一基础再加上了另一个条件,那就是它们偶尔也会出现残缺性。
物理的定律并不是永恒不变的其实这就相当于爱因斯坦对牛顿绝对时空论的批判,真正开创时代的科学家,从来不会因为某种东西在领域内显得十分重要,就去忽视它本身就带有的问题。事实上,宇称守恒这种“绝对性”的论述,使得人类在探索的过程中错失了许多关键信息。
因此,宇称不守恒的发现不仅开启了粒子中对称及破缺的研究,还涉及到了相互作用之间的对称性及破缺、泛理论和一般的对称性及破缺等多种研究。
宇称不守恒定律示意图实际上,当我们回顾中国古代文化的时候,就会发现,古人早就对“对称与破缺”进行论述了。
比如在易经当中,阴阳是对称的,而阴阳转化就可以被视作是对称破缺。孔子表述的“性相近”是对称,“习相远”则是对称破缺。此外,还有许多类似的例子。这都证明了世上没有绝对的对称与平均,因为人的能力天生就不一样。
就像雨果所说的,“全部社会问题可以概括为生产财富和分配财富,最起码的平等是公平合理”。完全平等的分配是对称的,但这取消竞争,扼杀生产。而创造和生产财富则是一种对称破缺。人类社会的理想就是一种对称及其破缺的平衡。”
对称性与对称性破缺都是宇宙的基本特性