這個(gè)世界上有一些似乎是司空見(jiàn)慣或者天經(jīng)地義的事情都會(huì)在科學(xué)家們的拷問(wèn)下變得極為有意思，人類(lèi)的樸素自然觀(guān)總是伴隨著一個(gè)又一個(gè)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)而不得不重塑。
這個(gè)世界上有一些似乎是司空見(jiàn)慣或者天經(jīng)地義的事情都會(huì)在科學(xué)家們的拷問(wèn)下變得極為有意思，人類(lèi)的樸素自然觀(guān)總是伴隨著一個(gè)又一個(gè)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)而不得不重塑。
今天，我要帶大家來(lái)一次驚奇之旅。
我們先從一個(gè)假想的科幻故事開(kāi)始。
假如有一天，我們與距離地球極為遙遠(yuǎn)的某個(gè)外星文明取得了聯(lián)系。我們又假定，由于某些奇怪的原因，我們只能給這個(gè)外星文明傳送滴答滴答的長(zhǎng)短脈沖信號(hào)，我們無(wú)法給它傳送其他東西供他們觀(guān)察。
現(xiàn)在，我們想要告訴這個(gè)外星文明有關(guān)我們?nèi)祟?lèi)的一切事情。大家想一想該怎么辦？
在真實(shí)的歷史上，尋找外星人的先驅(qū)德雷克先生和卡爾薩根先生，在 1974 年給 25000 光年外的武仙座球狀星團(tuán)發(fā)送過(guò)被稱(chēng)為“阿雷西博信息”的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，他們就面臨著這樣的問(wèn)題。
稍微動(dòng)一動(dòng)腦筋，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)問(wèn)題似乎并不難解決。
第一步，我們需要先定義數(shù)字，數(shù)學(xué)是全宇宙通行的語(yǔ)言。
我們用脈沖信號(hào)的長(zhǎng)短來(lái)定義 0 和 1 兩個(gè)數(shù)字，這就足夠了，因?yàn)閿?shù)學(xué)規(guī)律與多少進(jìn)制沒(méi)有關(guān)系，不論是幾進(jìn)制，得出的數(shù)學(xué)規(guī)律都是一樣的。
有了數(shù)字，我們就可以告訴外星人更多的信息，例如，我們可以用數(shù)字 3.1415926 來(lái)指代一個(gè)圓。
再比如，我們?nèi)绻胍嬖V外星人我們的身高，我們就可以用 170 億個(gè)元素序號(hào)為 1 的原子，也就是氫原子的直徑之和，因?yàn)槲覀儓?jiān)信外星世界的氫原子與地球世界的氫原子是一樣大的。
我想，用這種方法最終能夠成功地把我們的外形描述出來(lái)。
但是很快，我們就會(huì)面臨一個(gè)難題，如何讓外星人把我們的心臟放在正確的位置。你可能會(huì)說(shuō)，放在左邊啊。可是，哪邊是左邊？這個(gè)問(wèn)題如果是問(wèn)地球人，他會(huì)回答你左邊就是左邊。
但是，現(xiàn)在與我們交流的是外星人。你細(xì)想一下就不難發(fā)現(xiàn)，我們無(wú)法用自然語(yǔ)言準(zhǔn)確地告訴外星人地球人對(duì)左和右的定義。這是一個(gè)不折不扣的難題。
如果這個(gè)問(wèn)題放在 1956 年之前，那么所有的科學(xué)家都會(huì)撓頭。
因?yàn)榫科涓驹?，那時(shí)的科學(xué)家們都有一個(gè)共同的信念，他們認(rèn)為上帝不偏愛(ài)任何方向——在宇宙中，所有的物理現(xiàn)象都是鏡面對(duì)稱(chēng)的，你不可能找到一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對(duì)左右方向有偏好。
這句話(huà)也可以反過(guò)來(lái)這么說(shuō)，如果我們觀(guān)察一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)，不論是直接觀(guān)察，還是通過(guò)一面鏡子來(lái)觀(guān)察，最終得出的物理規(guī)律都是相同的。
這個(gè)共同的信念在物理學(xué)上有一個(gè)名詞，叫做“宇稱(chēng)守恒”。
正是這樣的一個(gè)共同信念讓當(dāng)時(shí)的科學(xué)家們覺(jué)得：想要通過(guò)自然語(yǔ)言讓外星人與地球人在左右的定義上達(dá)成一致是不可能的。
剛才我們說(shuō)了，所有的物理現(xiàn)象都是鏡面對(duì)稱(chēng)，這是物理學(xué)家們的一個(gè)信念，類(lèi)似的信念還有三個(gè)最為通俗易懂。
第一個(gè)叫做時(shí)間對(duì)稱(chēng)：同樣的一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)，在所有的前提條件都相同的理想情況下，在不同的時(shí)間來(lái)做，結(jié)果都是一樣的，物理規(guī)律不會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化。
第二個(gè)叫做空間對(duì)稱(chēng)：同樣的物理實(shí)驗(yàn)在宇宙中的任何地方來(lái)做都是一樣的結(jié)果。
第三個(gè)叫做方向?qū)ΨQ(chēng)：物理實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室的朝向無(wú)關(guān)，不管實(shí)驗(yàn)設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)幾度，得出的結(jié)果都是相同的。
在量子力學(xué)中，這種對(duì)稱(chēng)的信念變得更為有趣和令人興奮。在量子力學(xué)的研究中，科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)事實(shí)：每一種對(duì)稱(chēng)規(guī)律都有一條對(duì)應(yīng)的守恒規(guī)律。
時(shí)間對(duì)稱(chēng)意味著能量守恒定律，
空間對(duì)稱(chēng)意味著動(dòng)量守恒定律，
方向?qū)ΨQ(chēng)意味著角動(dòng)量守恒定律。
這些關(guān)系是非常美妙的，對(duì)于物理學(xué)家們來(lái)說(shuō)，它們是宇宙中最優(yōu)美和意義深遠(yuǎn)的東西。
在物理學(xué)上，像這些基于信念而得出的結(jié)論叫做定律，我們沒(méi)有辦法證明定律，因?yàn)樗鼈兪墙⒃谛拍钌系摹?/span>
基于定律進(jìn)一步推導(dǎo)出來(lái)的結(jié)論就叫做定理，所以，定律是皮，定理是毛，如果定律失效了，也就是意味著皮之不存，毛將焉附。這與數(shù)學(xué)中的公理和定理的含義是異曲同工的。
不過(guò)，在物理學(xué)史上，也不乏定律變?yōu)槎ɡ淼睦印?/span>
大家最熟悉的就是萬(wàn)有引力定律，牛頓提出的時(shí)候，它只是牛頓的信念，無(wú)法被證明。但是，當(dāng)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論出現(xiàn)后，萬(wàn)有引力定律就是可以在廣義相對(duì)論的方程中被自然而然推導(dǎo)出來(lái)的，因此，萬(wàn)有引力定律準(zhǔn)確地說(shuō)也就變?yōu)榱巳f(wàn)有引力定理。但是由于歷史原因，大多數(shù)時(shí)候，我們依然叫它“萬(wàn)有引力定律”。
基于物理現(xiàn)象都是鏡面對(duì)稱(chēng)的信念，物理學(xué)家們得出了宇稱(chēng)守恒定律。但是，信念只是一種定性的描述，如果只能定性，那么科學(xué)就無(wú)法從哲學(xué)中分離出來(lái)。
哲學(xué)與科學(xué)最大的不同就在于，哲學(xué)只研究定性問(wèn)題，不研究定量問(wèn)題，只有當(dāng)哲學(xué)與數(shù)學(xué)結(jié)合，定性與定量結(jié)合后，才標(biāo)志著科學(xué)誕生了。牛頓的光輝著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》就是這樣的一個(gè)標(biāo)志性著作。
下面，我們以能量守恒為例談一下什么是守恒。
有一個(gè)事實(shí)支配著至今我們所知的一切自然現(xiàn)象，自科學(xué)誕生以來(lái)，我們從來(lái)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)例外，至少在今天的我們看來(lái)，它依然是完全正確的。
那就是：在自然界所經(jīng)歷的種種變化之中，有一個(gè)稱(chēng)為能量的物理量是不變的。
而能量，完全是一個(gè)抽象的概念，或者僅僅是一種數(shù)學(xué)原理，它告訴我們?cè)谒凶匀滑F(xiàn)象發(fā)生的過(guò)程中，有某一個(gè)數(shù)量是永遠(yuǎn)不變的。它并不是對(duì)機(jī)制或者具體事物的描寫(xiě)，而只是一件奇怪的事實(shí)。
在物理現(xiàn)象發(fā)生的任何時(shí)刻，我們都可以計(jì)算某個(gè)數(shù)值，不管大自然怎么耍弄它神奇的表演，我們?cè)俅斡?jì)算這個(gè)數(shù)值，它的結(jié)果永遠(yuǎn)是相同的。
就好像你給孩子 28 塊積木，無(wú)論孩子怎么擺弄它們，永遠(yuǎn)都還是 28 塊，哪怕有一天你發(fā)現(xiàn)少了一塊，你也一定能在某個(gè)地方找到那丟失的一塊。
能量的形式有很多種，動(dòng)能、熱能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能等等，但我們總能把它們統(tǒng)一成同一個(gè)單位，在物理學(xué)中，我們把這樣的單位稱(chēng)為“量綱”，在量綱相同時(shí)，它們的總數(shù)是恒定的。
這就是大自然的奇妙之處，我們不知道為什么會(huì)這樣，我們只知道就是這樣。除了用信念來(lái)描述外，我也找不到更好的詞匯了。
每一個(gè)守恒規(guī)律中都蘊(yùn)含著一個(gè)守恒量，比如能量，這個(gè)量是可以被數(shù)值化的，也是可以被計(jì)算的，它是實(shí)實(shí)在在地存在于大自然中的一個(gè)數(shù)量，并不是科學(xué)家們?cè)陬^腦中憑空創(chuàng)造出來(lái)的語(yǔ)言游戲。
很多時(shí)候，像費(fèi)曼這樣的物理學(xué)家看不起哲學(xué)家的原因就在于哲學(xué)家們經(jīng)常，甚至是隨口就編造出很多名詞，但這些名詞經(jīng)不起深究，無(wú)法做定量分析。
好了，現(xiàn)在回到我一開(kāi)始談到的鏡面對(duì)稱(chēng)以及它對(duì)應(yīng)的宇稱(chēng)守恒。
在這種守恒中，當(dāng)然也有一個(gè)可以被量化的守恒量，這個(gè)守恒量就被叫做“宇稱(chēng)”，它是描述基本粒子的一個(gè)實(shí)實(shí)在在的物理量，就好像質(zhì)量、能量、電荷一樣。
在 1956 年以前，宇稱(chēng)守恒定律與能量守恒定律一樣，被認(rèn)為是物理學(xué)中的基本原理，是金科玉律，是共同信念。
也正是基于這樣的共同信念，科學(xué)家們會(huì)告訴你：
對(duì)不起，我們真的沒(méi)有辦法用自然語(yǔ)言讓外星人的左右與地球保持一致，不管我們讓他們做什么樣的實(shí)驗(yàn)，左右都是完全對(duì)稱(chēng)的，沒(méi)有任何區(qū)別。
好了，既然你聽(tīng)到我說(shuō)這是 1956 年前的事情，那么劇情自然就是在 1956 年發(fā)生了反轉(zhuǎn)。來(lái)，我們接著講這個(gè)發(fā)生在物理學(xué)黃金年代的好萊塢懸疑大片。
為了讓你充分感受這個(gè)故事的曲折，咱們還得從 1947 年說(shuō)起。
那一年，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，宇宙射線(xiàn)中有一種被稱(chēng)為“ θ 粒子 ”的奇異粒子在衰變時(shí)，變成了兩個(gè) π 介子。到了 1949 年，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的奇異粒子，它衰變后變成了 3 個(gè) π 介子。人們又把這種奇異粒子叫做“ τ 粒子”。
為了后面記述方便，我就把這兩種粒子叫做“西子”（θ 粒子）和“桃子”（τ 粒子）。
西子和桃子的發(fā)現(xiàn)當(dāng)然不是什么令人矚目的大事，不同的粒子有不同的衰變方式，就好像人有不同的死法一樣，這很正常，沒(méi)什么好奇怪的。但是，接下來(lái)就是這兩個(gè)“子”出了大問(wèn)題，把物理學(xué)江湖攪了個(gè)天翻地覆，好不熱鬧。
隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展，人們發(fā)現(xiàn)西子和桃子除了它們衰變的方式不一樣以外，其他方面的性質(zhì)全都一樣。
質(zhì)量和電荷是相等的，蛻變所需的時(shí)間也是相同的，再有，無(wú)論何時(shí)生成這兩種粒子時(shí)，它們總是以同樣的比例出現(xiàn)，比如說(shuō)，14% 是桃子，86% 是西子。
這就好像有兩只鴨子，你無(wú)論用任何方式去觀(guān)察比對(duì)，它們都是完全一樣的，按理說(shuō)它們就應(yīng)該是同一種動(dòng)物。科學(xué)家們不是經(jīng)常會(huì)說(shuō)一個(gè)段子嘛，說(shuō)有一種動(dòng)物它叫起來(lái)像鴨子，走起來(lái)像鴨子，長(zhǎng)的也像鴨子，那么就它就是鴨子。
但問(wèn)題是，它們偏偏死掉以后會(huì)變得不一樣。西子和桃子唯一的不同點(diǎn)，用物理學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，就是在它們蛻變后測(cè)量到的宇稱(chēng)不同。
注意啊，我之前說(shuō)過(guò)，宇稱(chēng)是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的物理量，是可以測(cè)量的，而且當(dāng)時(shí)幾乎所有的物理學(xué)家們都秉持著一個(gè)信念，那就是宇稱(chēng)守恒。
既然西子和桃子在死后的宇稱(chēng)不同，那當(dāng)然就不可能是同一種粒子。這就好像兩只鴨子被我們吃掉消化后，經(jīng)過(guò)精確無(wú)比的測(cè)量，證實(shí)我們得到的能量不同，那么這兩只鴨子生前也肯定是不同的，因?yàn)槟芰渴睾懵铩?/span>
于是，物理學(xué)家們都在盡力改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和方法，尋找西子和桃子的不同點(diǎn)，因?yàn)樗麄兌紙?jiān)信，既然它們是兩種不同的粒子，那就一定能找到不同點(diǎn)。
然而一切努力全都徒勞無(wú)功，除了它們蛻變后的宇稱(chēng)不同，它們實(shí)在無(wú)法區(qū)分。物理學(xué)家們陷入了迷惘和思索之中。這種困境，在當(dāng)時(shí)被物理學(xué)界稱(chēng)為“ θ-τ ”之謎。
就在此時(shí)，距離美國(guó)東海岸不遠(yuǎn)的新澤西州，有一處學(xué)術(shù)圣地，偉大的愛(ài)因斯坦不久前在那兒與世長(zhǎng)辭，這就是著名的普林斯頓高等研究院。
34 歲的楊振寧和 30 歲的李政道此時(shí)正形影不離地走在校園中，熱烈地討論著“西桃之謎”，這對(duì)來(lái)自中國(guó)的青年才俊此時(shí)根本想不到，一年之后，他們將因?yàn)榇藭r(shí)此刻討論的問(wèn)題而同時(shí)獲得諾貝爾獎(jiǎng)。這也是中國(guó)人對(duì)人類(lèi)的科學(xué)事業(yè)做出的重大貢獻(xiàn)之一。
圖：左 李政道，右 楊振寧
那時(shí)的楊振寧和李政道都是中國(guó)國(guó)籍。而且楊振寧先生雖然中途加入過(guò)美國(guó)國(guó)籍，但是現(xiàn)在又已經(jīng)是標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的中國(guó)公民。所以，我們可以毫不心虛地說(shuō)，物理黃金時(shí)代的大師有我們中國(guó)人。
那么，楊李二人又是如何解開(kāi)西桃之謎，而這又與我們和外星人交流左右有什么關(guān)系呢？
時(shí)間走到了 1956 年春暖花開(kāi)的季節(jié)。4 月，一年一度的羅徹斯特會(huì)議在位于美國(guó)紐約州的羅徹斯特大學(xué)召開(kāi)，這是當(dāng)時(shí)國(guó)際高能物理界最重要的會(huì)議。全世界最優(yōu)秀的粒子物理學(xué)家們齊聚一堂。
楊振寧和李政道受邀參加了這次會(huì)議，而本次會(huì)議最重要的議題就是西桃之謎。在會(huì)議的最后一天，楊振寧作了一小時(shí)的發(fā)言。在發(fā)言的結(jié)尾，他鼓足勇氣，再次提出：
“會(huì)不會(huì)是我們的信念出了問(wèn)題？宇稱(chēng)是不守恒的呢？”
說(shuō)實(shí)話(huà)，對(duì)于講故事來(lái)說(shuō)，我很希望此時(shí)能對(duì)你們說(shuō)，楊振寧拋出了一個(gè)離經(jīng)叛道的觀(guān)點(diǎn)，舉座皆驚。這樣的描述充滿(mǎn)了戲劇的張力，就好像邁克爾遜- 莫雷實(shí)驗(yàn)之后，愛(ài)因斯坦大聲宣布以太并不存在，光速是不變的一樣。
然而，對(duì)于西桃之謎來(lái)說(shuō)，宇稱(chēng)不守恒的觀(guān)點(diǎn)并不是什么驚世駭俗的觀(guān)點(diǎn)，很多初次接觸西桃之謎的物理學(xué)家都會(huì)想到如果宇稱(chēng)不守恒，這個(gè)西桃之謎也就不攻自破了。
但問(wèn)題是，過(guò)去已經(jīng)有太多的實(shí)驗(yàn)符合宇稱(chēng)守恒的信念。宇稱(chēng)守恒不僅僅是物理學(xué)家們的一種執(zhí)念，它確實(shí)是有大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的。科學(xué)家們都認(rèn)同實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)理論的唯一標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的理論都是空中樓閣。
所以，在羅徹斯特的會(huì)議上，楊振寧再次提出宇稱(chēng)是否守恒時(shí)，既沒(méi)有舉座皆驚，也幾乎沒(méi)有人同意，楊振寧自己也是心虛得很。
重大轉(zhuǎn)機(jī)是在羅徹斯特會(huì)議結(jié)束后沒(méi)多久到來(lái)的。在紐約的一家餐館中，楊振寧和李政道突然想到：
似乎之前所有的所謂證明宇稱(chēng)守恒的實(shí)驗(yàn)都沒(méi)有仔細(xì)地按照不同的相互作用來(lái)分類(lèi)，會(huì)不會(huì)宇稱(chēng)僅僅是在弱相互作用時(shí)不守恒，而在其他相互作用時(shí)是守恒的呢？
咱們稍微解釋一下什么是弱相互作用。
牛頓把“力”定義為物質(zhì)之間的相互作用，萬(wàn)有引力是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的第一種相互作用。
電磁力是第二種。
進(jìn)入到量子時(shí)代后，人們又發(fā)現(xiàn)了弱力和強(qiáng)力。
只是在粒子物理學(xué)中，人們習(xí)慣性地使用“相互作用”，而不是“力”這個(gè)詞。而強(qiáng)相互作用是把質(zhì)子和中子結(jié)合在原子核中的一種“力”。
有一種弱相互作用叫做 β 衰變。什么是 β 衰變？
1896 年，德國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾原子的放射性現(xiàn)象，92 號(hào)元素鈾能夠自發(fā)衰變成 82 號(hào)元素鉛。
接著，盧瑟福和湯姆孫在一年后發(fā)現(xiàn)，鈾在衰變過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生三種不同的放射線(xiàn)，準(zhǔn)確地說(shuō)，大自然中沒(méi)有線(xiàn)，所有的線(xiàn)都是由粒子組成的。
你可能想問(wèn)：他們?cè)趺粗朗侨N不同的粒子呢？
這個(gè)原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是讓放射線(xiàn)通過(guò)一個(gè)磁場(chǎng)，然后他們就發(fā)現(xiàn)，在磁場(chǎng)中放射線(xiàn)的偏轉(zhuǎn)方向會(huì)不同，根據(jù)異性相吸的原理，也就知道了鈾在衰變過(guò)程中，釋放出帶正電、負(fù)電和不帶電的三種粒子。他們就把：
帶正電的叫做 α 射線(xiàn)，
帶負(fù)電的叫做 β 射線(xiàn)，
不帶電的叫 γ 射線(xiàn)，
那么發(fā)出 β 射線(xiàn)的衰變過(guò)程就叫做 β 衰變。
之后兩周，楊振寧和李政道設(shè)法找來(lái)了大量的有關(guān) β 衰變的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后開(kāi)始動(dòng)手計(jì)算，驗(yàn)證宇稱(chēng)是否守恒，這一過(guò)程涉及到極為枯燥和復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，而且當(dāng)時(shí)還沒(méi)有計(jì)算機(jī)可以作為輔助。
最后，他們算出的結(jié)果一致：數(shù)據(jù)不足，沒(méi)有結(jié)論。
換句話(huà)說(shuō)，他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，過(guò)去所有 β 衰變的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都既不能證實(shí)也不能證偽宇稱(chēng)守恒。用楊振寧自己的話(huà)來(lái)說(shuō)，就是：
長(zhǎng)久以來(lái)，在毫無(wú)實(shí)驗(yàn)證據(jù)的情況下，人們都相信，弱相互作用中宇稱(chēng)守恒，這是十分令人驚愕的。
這個(gè)突破口一旦找到，后面的事情就如同開(kāi)閘放水，一瀉千里了。僅僅過(guò)了一個(gè)月，他們倆就共同完成了那篇名垂青史的論文《弱相互作用中宇稱(chēng)守恒問(wèn)題》，投給了著名的學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論》。1956 年 10 月，文章被發(fā)表了。
這是近代物理學(xué)史上最重要的論文之一。
在這篇論文中，他們提出，在強(qiáng)相互作用和電磁相互作用中，宇稱(chēng)在很高的精度上是守恒的，但是在弱相互作用中，宇稱(chēng)守恒只是一個(gè)外推性的假設(shè)，甚至可以認(rèn)為西桃之謎恰恰是弱相互作用中宇稱(chēng)守恒的反例。
為了毫不含糊地確定在弱相互作用中宇稱(chēng)是否守恒，我們必須完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定在弱相互作用中左和右是否不相同。
我必須告訴你，這種諾獎(jiǎng)級(jí)別的理論絕不是哪天靈機(jī)一動(dòng)，突然想到一個(gè)絕妙的點(diǎn)子，拋出幾個(gè)與主流科學(xué)界完全不同的觀(guān)點(diǎn)，就可以號(hào)稱(chēng)是諾獎(jiǎng)級(jí)的理論了。
一個(gè)物理理論必須要有定量化的數(shù)學(xué)分析，并且能夠提出可供檢驗(yàn)的預(yù)言，對(duì)預(yù)言的結(jié)果也必須是量化的，而不是泛泛而談。
李和楊的論文中提出了五個(gè)明確的物理實(shí)驗(yàn)，給出了明確的需要測(cè)量的，被稱(chēng)為“贗標(biāo)量”的數(shù)據(jù)，以及預(yù)言了可能的結(jié)果。
他們的工作是極為扎實(shí)和細(xì)致的，絕對(duì)不是偶然的靈光乍現(xiàn)。只是論文發(fā)表后卻遭到了絕大多數(shù)著名科學(xué)家的反對(duì)，因?yàn)橐蚱埔粋€(gè)信念何其艱難。
美國(guó)物理學(xué)家菲利克斯·布洛赫在看了論文后，決絕地說(shuō)：
如果宇稱(chēng)真的不守恒了，我把我的帽子吃掉。
但正如我一再?gòu)?qiáng)調(diào)的，實(shí)驗(yàn)才是檢驗(yàn)物理理論的唯一標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于楊振寧和李政道而言，比科學(xué)理論更重要的是科學(xué)實(shí)驗(yàn)。
不幸的是，他們倆都不是搞實(shí)驗(yàn)的，而且據(jù)楊振寧的老師泰勒講，楊振寧的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力還不是一般的差。他們迫切地需要有一位實(shí)驗(yàn)物理的大神來(lái)幫助他們。
起初，他們找到了著名的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家萊德曼，但是遭到了拒絕。萊德曼開(kāi)玩笑地說(shuō)：
我一旦找到一位絕頂聰明的研究生供我當(dāng)奴隸使用，那我就會(huì)去做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。
這其中還有一個(gè)很重要的原因就是：
這些實(shí)驗(yàn)的難度極高，值不值得花大量的時(shí)間和精力去做一個(gè)很可能沒(méi)有任何價(jià)值、只是證實(shí)了一些人們?cè)缇拖嘈帕说氖虑榈膶?shí)驗(yàn)。
這時(shí)候，他們生命中最大的一個(gè)貴人出現(xiàn)了，這就是他們的中國(guó)同胞，足以和居里夫人相媲美的女性物理學(xué)家——吳健雄。
圖：左 泡利， 右 吳健雄
很多科學(xué)愛(ài)好者都只知道居里夫人，卻不知道吳健雄博士。她沒(méi)有獲得諾貝爾獎(jiǎng)是多種偶然的原因造成的，但我可以很負(fù)責(zé)任地告訴你，吳健雄在物理學(xué)史上的地位是極高的，她是當(dāng)時(shí)全世界最優(yōu)秀的幾位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家之一，有些書(shū)上甚至不加“之一”。
李政道找到了吳健雄，在聽(tīng)完李楊的說(shuō)明后，她毅然放棄了和丈夫一起回國(guó)探親的計(jì)劃。她已經(jīng)二十年沒(méi)有回國(guó)，本來(lái)連船票都買(mǎi)好了，但是吳健雄卻一頭扎進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室，這一年的物理學(xué)界注定要掀起軒然大波。
有一位以毒舌著稱(chēng)的著名物理學(xué)家泡利在得知吳健雄正在做實(shí)驗(yàn)的消息后對(duì)朋友說(shuō)：
“像吳健雄這么好的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，應(yīng)該找一些最重要的事去做，不應(yīng)該在這種顯而易見(jiàn)的事情上浪費(fèi)時(shí)間。誰(shuí)都知道，宇稱(chēng)一定是守恒的。”
泡利甚至在寫(xiě)給韋斯科夫的一封信中說(shuō)：
“我不相信上帝是一個(gè)沒(méi)用的左撇子，我愿意打一個(gè)大賭，實(shí)驗(yàn)一定會(huì)給出一個(gè)守恒的結(jié)果?！?/span>
而物理學(xué)家費(fèi)曼也說(shuō)：
“那是一個(gè)瘋狂的實(shí)驗(yàn)，不要在那上面浪費(fèi)時(shí)間?！?/span>
他還建議以 1000：1 來(lái)賭這個(gè)實(shí)驗(yàn)絕不會(huì)成功。
吳健雄選擇了李、楊論文中建議的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，就是把元素鈷-60 的核冷卻到接近絕對(duì)零度，這樣原子的熱震動(dòng)基本就消除了，然后再用一個(gè)磁場(chǎng)使得這束原子核按照同一個(gè)方向自旋。
如果宇稱(chēng)是守恒的，電子就會(huì)以相同的數(shù)量向兩個(gè)方向飛出；
如果宇稱(chēng)不守恒，那么一個(gè)方向上飛出的電子將會(huì)比另一個(gè)方向飛出的電子多一些。
這樣，對(duì)稱(chēng)性就破壞了。這個(gè)實(shí)驗(yàn)由于要用到極低溫設(shè)備，哥倫比亞大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室條件不夠，吳健雄就與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局合作，利用他們的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
1957 年 1 月 9 日凌晨 2 點(diǎn)，吳健雄小組最后一次反復(fù)查證實(shí)驗(yàn)終于結(jié)束，盡管結(jié)果好多天前就已經(jīng)知道，這次實(shí)驗(yàn)只是出于重大成果的極度謹(jǐn)慎需要。
實(shí)驗(yàn)小組一共 5 個(gè)人，他們打開(kāi)了事先準(zhǔn)備好的法國(guó)葡萄酒，慶祝一項(xiàng)偉大的物理成就誕生了：弱相互作用下，宇稱(chēng)是不守恒的。
6 天后，哥倫比亞大學(xué)做了一件從無(wú)先例的事：為這件事情舉行了一次新聞發(fā)布會(huì)。
拉比教授在在發(fā)布會(huì)上說(shuō)：
在某種意義上，一個(gè)相當(dāng)完整的理論結(jié)構(gòu)已從根本上被打碎，我們不知道這些碎片將來(lái)如何能再聚在一起。
沒(méi)過(guò)多久，包括之前拒絕做實(shí)驗(yàn)、腸子都悔青的萊德曼和其他幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也都相繼出爐，以更加完美的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了吳健雄的結(jié)果。
整個(gè)物理學(xué)界轟動(dòng)了，西桃之謎終于被解開(kāi)了，這是一個(gè)無(wú)可比擬的、重大的革命性的進(jìn)展。這個(gè)實(shí)驗(yàn)也被認(rèn)為是繼邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)以后最重要的物理實(shí)驗(yàn)。
當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)也以火箭般的速度頒給了楊振寧和李政道，創(chuàng)下了諾獎(jiǎng)歷史上絕無(wú)僅有的當(dāng)年出成果當(dāng)年頒獎(jiǎng)的傳奇，即便是 2017 年的引力波獲獎(jiǎng)，那也是隔了一年。
按理說(shuō)，吳健雄也完全有資格獲此殊榮，許多大科學(xué)家都公開(kāi)表示了他們的失望和不以為然。例如 1988 年的諾獎(jiǎng)得主物理學(xué)家史坦伯格就認(rèn)為，那年諾貝爾獎(jiǎng)沒(méi)有同時(shí)頒給吳健雄，是諾貝爾委員會(huì)最大的失誤。
由于諾獎(jiǎng)的頒獎(jiǎng)?wù)邕x資料的保密期是 50 年，因此在 2006 年之前，這一直是個(gè)謎。
后來(lái)文件都解密了，大家才知道真實(shí)的原因。
因?yàn)閰墙⌒鄣膶?shí)驗(yàn)也有美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的另一位低溫實(shí)驗(yàn)科學(xué)家安伯勒的功勞。但是諾獎(jiǎng)的規(guī)則卻是最多只能同時(shí)頒給三位科學(xué)家，這樣一來(lái)，諾獎(jiǎng)委員會(huì)就犯難了，如果只頒給吳健雄而不給安伯勒，也有失偏頗。最后權(quán)衡再三，只好將吳健雄的名字劃去了。
到這里，本章一開(kāi)始提出的那個(gè)問(wèn)題就有了答案。
現(xiàn)在我們可以對(duì)外星人說(shuō)：
聽(tīng)著，你們先制造一塊磁鐵，然后把線(xiàn)圈繞上去，讓電流通過(guò)，隨后取一些 27 號(hào)元素鈷，把溫度降低到盡可能接近絕對(duì)零度……（此處略去幾百字專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)描述），好了，現(xiàn)在你們看到的電流流出的方向就是我們地球人所謂的左邊。
上帝他老人家居然真的是一個(gè)左撇子，他偏愛(ài)左方。
科學(xué)再次向我們展現(xiàn)了它強(qiáng)大的自我糾錯(cuò)能力。
那么，既然在弱相互作用下，宇稱(chēng)可以是不守恒的，有沒(méi)有可能在電磁相互作用或者強(qiáng)相互作用下，宇稱(chēng)也不守恒呢？
這是物理學(xué)家們自然而然冒出來(lái)的想法。一切只能以實(shí)驗(yàn)為最終判斷依據(jù)。
每一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)都有精度的概念，這就好像我們平常說(shuō)自己的身高是 170 厘米，那就表明這是在厘米級(jí)別的精度上，如果把精度再往前推一位，到了毫米級(jí)別，你就可能是 1703 毫米了。
所以，當(dāng)科學(xué)家們做了某個(gè)驗(yàn)證強(qiáng)相互作用下宇稱(chēng)守恒的實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確地說(shuō)，是宇稱(chēng)守恒在某個(gè)精度下得到了驗(yàn)證，如果精度繼續(xù)往前推進(jìn)，那么實(shí)驗(yàn)就必須重新做。
因此，我們可以宣布在弱相互作用下，宇稱(chēng)是百分之百不守恒的，但是我們卻不能宣布，在強(qiáng)相互作用下，宇稱(chēng)是百分之一百守恒的，而且從邏輯上來(lái)說(shuō)，永遠(yuǎn)不能這樣宣布，原因就在于對(duì)精度的追求沒(méi)有止境，至少?gòu)默F(xiàn)在來(lái)看，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有止境。
這就是所有的科學(xué)理論一個(gè)非常重要的特征，它是有適用范圍的，任何一個(gè)科學(xué)理論只能說(shuō)在某個(gè)適用范圍內(nèi)是正確的。但是這句話(huà)可能反過(guò)來(lái)理解會(huì)更加重要和有意義：
當(dāng)我們說(shuō)推翻了一個(gè)現(xiàn)有的理論時(shí)，其實(shí)并不是說(shuō)現(xiàn)有的理論錯(cuò)了，而只是將現(xiàn)有理論的適用范圍框定在了某個(gè)精度之下。
如果未來(lái)有一天，科學(xué)家告訴我們現(xiàn)在的量子理論是錯(cuò)誤的，能量守恒也是錯(cuò)誤的，但是，那絕對(duì)不會(huì)導(dǎo)致我們今天在這些理論指導(dǎo)下發(fā)明的手機(jī)、電腦突然就不工作了。
我想跟某些人說(shuō)：
對(duì)不起，在我們當(dāng)前的適用范圍中，這些理論會(huì)一直、永遠(yuǎn)正確下去。在相對(duì)論推翻牛頓力學(xué)的 100 年后，我們所有的航天發(fā)射依然只需要用到牛頓力學(xué)，科學(xué)精神讓我們正確認(rèn)識(shí)科學(xué)理論的錯(cuò)誤。
幾十年以來(lái)，一些物理學(xué)家認(rèn)為在夸克和膠子構(gòu)成的等離子體中，可能存在強(qiáng)相互作用下宇稱(chēng)不守恒的區(qū)域。為了驗(yàn)證這種猜想，過(guò)去十年，美國(guó)的相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)的 STAR 合作組與歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的 ALICE 合作組一直在做實(shí)驗(yàn)。
結(jié)論是他們?cè)跇O高的精度下未能觀(guān)測(cè)到宇稱(chēng)不守恒，這條上世紀(jì)就建立起來(lái)的物理學(xué)家們的共同信念到今天依然是堅(jiān)挺的。這個(gè)成果將有助于我們研究規(guī)范理論在相對(duì)論環(huán)境中的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
新研究雖然向前推進(jìn)了一步，但對(duì)強(qiáng)相互作用中宇稱(chēng)不守恒的搜尋仍將繼續(xù)，而物理學(xué)的新發(fā)現(xiàn)也許就在眼前。
最后我還想說(shuō)兩句，我們這個(gè)社會(huì)上對(duì)于楊振寧先生的誤解實(shí)在是太多了，那些對(duì)楊振寧先生亂噴口水的人根本不知道他對(duì)人類(lèi)的科學(xué)事業(yè)做出了多么巨大的貢獻(xiàn)。泰勒把楊振寧譽(yù)為是繼愛(ài)因斯坦和狄拉克之后建立一代風(fēng)格的物理大師。
今天介紹的只是楊振寧一生中眾多成就中的一項(xiàng)，他還有很多了不起的成就。僅就物理學(xué)成就而言，他絕對(duì)是所有華人科學(xué)家中排名第一的。很多人可能以為霍金非常厲害，但在科學(xué)成就上，他與楊振寧先生是不在一個(gè)檔次上的，我這么說(shuō)，絕對(duì)不是出于民族感情。
我自己常說(shuō)，在談?wù)摽茖W(xué)和科學(xué)家的時(shí)候，最好先把民族感情放在一邊。楊先生今年已經(jīng) 95 歲了，我前不久還在湖南衛(wèi)視上看到他露面，精神矍鑠，口齒清晰，他說(shuō)對(duì)自己活到 100 歲非常有信心。
我由衷地為楊先生祝福，希望您能一直活到人類(lèi)攻克死亡的那一天。
End
真的看完了？點(diǎn)了才算數(shù)
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