“鏡子中的你和現(xiàn)實(shí)不同” 《宇稱不守恒》 諾貝爾獎一直都是諸多科學(xué)家窮極一生追求的目標(biāo)，而楊振寧卻在35歲那一年就獲得了諾貝爾獎，雖然當(dāng)時(shí)的他已經(jīng)加入了美國籍，但是全球的華人聽聞此消息依舊十分的驕傲。 楊振寧與諾貝爾金質(zhì)獎?wù)?/b> 那么，楊振寧到底因?yàn)槭裁传@得了諾貝爾獎呢? 其實(shí)很簡單，只因他發(fā)現(xiàn)了“鏡子中的你和現(xiàn)實(shí)不同”。接下來，就讓我們走近楊振寧的傳奇人生，看看他開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)到底帶來了怎樣的影響。 鏡子中的自己不是本人? 楊振寧的傳奇人生 從二十世紀(jì)開始，人類歷史上出現(xiàn)了諸多大有作為的科學(xué)家，他們在探索中不斷進(jìn)取，以全新的研究成果作為“武器”，發(fā)起了新的物理學(xué)革命，從根本上動搖了前輩們建立的“經(jīng)典物理學(xué)大廈”，帶著人們走向了世界的新紀(jì)元。 在這一次革命的過程中，人類的研究聚焦到了微觀世界。而在微觀領(lǐng)域的研究當(dāng)中，有這樣一個(gè)人大放異彩，成為了近代科學(xué)產(chǎn)生以來，繼牛頓、麥克斯韋和愛因斯坦等人之后的杰出物理學(xué)家，他就是楊振寧。 中國科學(xué)院院士楊振寧楊振寧出生于1922年，自幼就十分聰慧，并且受到父親的影響，對復(fù)雜的理科十分感興趣。他的父親楊武之是著名的數(shù)學(xué)家，得意門生正是被譽(yù)為中國現(xiàn)代數(shù)學(xué)之父的華羅庚。 不過，楊振寧并未選擇師從父親，做一位數(shù)學(xué)家，而是毅然決然地走上了物理學(xué)的研究道路，并且獲得了極高的成就。  楊振寧一家的照片之所以說楊振寧的人生頗具傳奇意味，是因?yàn)樗@得諾貝爾獎的時(shí)候太年輕了。要知道，按照諾貝爾獎評獎委員會的行事作風(fēng)，一般都是要再三考察才會確定是否授予獎項(xiàng)，就連愛因斯坦的諾貝爾獎都是遲了十幾年才發(fā)到手，并且他還不是因?yàn)橄鄬φ摣@獎的。 但楊振寧自發(fā)表相關(guān)論文，到1956年時(shí)參加羅徹斯特會議，做了引導(dǎo)性的報(bào)告。再到第二年10月的時(shí)候，諾貝爾獎就已經(jīng)頒發(fā)了。這個(gè)“高速認(rèn)可”，確實(shí)讓人很震驚。  在諾貝爾頒獎典禮上的楊振寧此外從楊振寧的獲獎情況來看，在獲得諾貝爾獎之后，他的學(xué)術(shù)研究道路才算真正開始。更重要的是，作為學(xué)術(shù)界泰斗的楊振寧，身體還是非常健康的，如今已經(jīng)放棄了美國國籍成為了中國公民，歷盡千帆回到了故里。 那么，讓楊振寧在如此年輕時(shí)就能獲得諾貝爾獎的發(fā)現(xiàn)到底是什么?  回到祖國后的楊振寧“宇稱不守恒” 這一發(fā)現(xiàn)其實(shí)就是宇稱不守恒，大家可能會說，明明每個(gè)字都認(rèn)識，組合在一起反倒不知道在說什么。要說起宇稱不守恒，我們得先說說“對稱性”在物理學(xué)領(lǐng)域的重要性。 物理學(xué)大師費(fèi)曼曾經(jīng)說過，如果讓他選擇一句話來概括現(xiàn)代科學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)，他會選 “世界是原子組成的”。許多當(dāng)代著名物理學(xué)家認(rèn)為，如果有機(jī)會再選一句，那么所選的將是“對稱性是宇宙規(guī)律的基礎(chǔ)”。  宇宙的一切事物都是充滿對稱性的?宇稱本身就是一種對稱性，不過物理學(xué)家要尋找的對稱性可是與宇宙基本規(guī)律相關(guān)的，因此大家在理解物理的宇稱性時(shí)，可別就簡單將其當(dāng)對稱圖形理解了，而是要要從物理學(xué)的角度出發(fā)。 簡單來說，物理的對稱指的就是某一個(gè)定律在某些點(diǎn)操作下保持不變，具有“肯定性”，畢竟物理學(xué)當(dāng)中最討厭的就是模棱兩可。  對稱性是宇宙規(guī)律的基礎(chǔ)嗎?在這種設(shè)定之下，牛頓定律、相對論以及量子力學(xué)等等都符合物理定律的對稱性。因此，物理學(xué)領(lǐng)域許多的規(guī)律就像是人在照鏡子一樣，雖然鏡中所展現(xiàn)的自己是站在對立面的，但是本質(zhì)卻還是一樣的。就這樣，宇稱成為了描述基本粒子的一個(gè)物理量。 套入鏡中人觀點(diǎn)來理解的話，那就是物理定律在經(jīng)過鏡面反射的對稱處理之后依舊保持不變，換言之，鏡中的世界與鏡外的世界遵循著同樣的物理定律，這一點(diǎn)不少人在論述平行世界的時(shí)候也有提到。  鏡面反射現(xiàn)象使人能在鏡中看見自己總的來說，在楊振寧提出自己的發(fā)現(xiàn)之前，物理學(xué)界一直認(rèn)為任何物理定律都具備對稱性，包括微觀世界的基本粒子也一樣。而且四大基本相互作用力當(dāng)中，電磁力、引力和強(qiáng)力都具備“宇稱不變性”，除了弱力。 大部分物理學(xué)家此前都將宇稱不變性和時(shí)間平移不變、空間平移不變、旋轉(zhuǎn)不變等一同視為基本規(guī)律，哪怕實(shí)驗(yàn)當(dāng)中出現(xiàn)了違背這一規(guī)律的情況，大家也不會去質(zhì)疑規(guī)律錯(cuò)了，而是懷疑是其他原因造成的。 可是，楊振寧和李政道卻沒有這樣做，他們對物理學(xué)當(dāng)中最基本的規(guī)律發(fā)起了挑戰(zhàn)。  楊振寧(左)與李政道(右)沒錯(cuò)，二人發(fā)現(xiàn)θ和τ這兩個(gè)粒子雖然電荷、自選和質(zhì)量都一樣，但是衰變之后的結(jié)果卻不同。最后不少人都認(rèn)為這是因?yàn)槎叩挠罘Q數(shù)不同，所以并非是一種粒子。 可是楊振寧確認(rèn)為，恐怕不是粒子除了問題，問題的本身就在“宇稱守恒”身上。因此，他們交流了自己的看法，認(rèn)為將原子核黏在一起的是強(qiáng)力作用，但是發(fā)生衰變卻是弱力，如果分別而論的話就能得出這樣的結(jié)論，即宇稱在強(qiáng)相互作用中是守恒的，弱相互作用中卻不是，這就是“宇稱不守恒”，也被不少人比作“鏡子中的你和現(xiàn)實(shí)不同”。  四大基本相互作用力值得一提的是，其實(shí)在那時(shí)候也有別的人對“宇稱守恒”提出過質(zhì)疑，但是他們并未做相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明這件事，或者說也不太愿意挑戰(zhàn)物理學(xué)的“權(quán)威定律”。 但楊振寧和李政道就在被譽(yù)為“東方居里夫人”吳健雄的幫助下得到了實(shí)驗(yàn)證明，測量了一束鈷-60衰變放出的電子方向，證明了宇稱在弱相互作用下確實(shí)不守恒。  吳健雄(左)與李政道(右)由此可見，楊振寧能夠在這么年輕的時(shí)候就獲得諾貝爾獎，是因?yàn)樗陌l(fā)現(xiàn)對于物理界的影響深遠(yuǎn)。因?yàn)檫@是基本定律，所以對物理學(xué)的各方面都有重要的作用，而“宇稱不守恒”被證實(shí)，就使得各領(lǐng)域掀起了新的驗(yàn)證革命。 如果大家還是無法理解的話，不妨就想象一下，如果有一天圓周率被算盡了，數(shù)學(xué)界將會迎來怎樣的波動，楊振寧的發(fā)現(xiàn)在物理學(xué)領(lǐng)域不亞于圓周率被算盡。 已被算到62.8萬億位的圓周率那么，宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)在后來究竟帶來了怎樣的影響呢? 宇稱不守恒帶來的影響 從根本上來說，宇稱不守恒開創(chuàng)了研究對稱破缺的新紀(jì)元。在這之前，物理學(xué)的一切定律都是建在對稱的基礎(chǔ)上的，而宇稱不守恒就為這一基礎(chǔ)再加上了另一個(gè)條件，那就是它們偶爾也會出現(xiàn)殘缺性。 物理的定律并不是永恒不變的其實(shí)這就相當(dāng)于愛因斯坦對牛頓絕對時(shí)空論的批判，真正開創(chuàng)時(shí)代的科學(xué)家，從來不會因?yàn)槟撤N東西在領(lǐng)域內(nèi)顯得十分重要，就去忽視它本身就帶有的問題。事實(shí)上，宇稱守恒這種“絕對性”的論述，使得人類在探索的過程中錯(cuò)失了許多關(guān)鍵信息。 因此，宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)不僅開啟了粒子中對稱及破缺的研究，還涉及到了相互作用之間的對稱性及破缺、泛理論和一般的對稱性及破缺等多種研究。 宇稱不守恒定律示意圖實(shí)際上，當(dāng)我們回顧中國古代文化的時(shí)候，就會發(fā)現(xiàn)，古人早就對“對稱與破缺”進(jìn)行論述了。 比如在易經(jīng)當(dāng)中，陰陽是對稱的，而陰陽轉(zhuǎn)化就可以被視作是對稱破缺?？鬃颖硎龅摹靶韵嘟笔菍ΨQ，“習(xí)相遠(yuǎn)”則是對稱破缺。此外，還有許多類似的例子。這都證明了世上沒有絕對的對稱與平均，因?yàn)槿说哪芰μ焐筒灰粯印?/b> 就像雨果所說的，“全部社會問題可以概括為生產(chǎn)財(cái)富和分配財(cái)富，最起碼的平等是公平合理”。完全平等的分配是對稱的，但這取消競爭，扼殺生產(chǎn)。而創(chuàng)造和生產(chǎn)財(cái)富則是一種對稱破缺。人類社會的理想就是一種對稱及其破缺的平衡?！?/b> 對稱性與對稱性破缺都是宇宙的基本特性
|
