楊振寧,祖籍安徽鳳陽縣,1922年生于安徽合肥,1942年畢業(yè)于國立西南聯(lián)合大學(xué)。1945年,楊振寧得到庚子賠款獎學(xué)金,遠赴美國留學(xué),就讀于芝加哥大學(xué)。 1949年,楊振寧進入普林斯頓高等研究院進行博士后研究工作。從這時起,他便開始與李政道進行學(xué)術(shù)研究合作。 1957年,兩個名不見經(jīng)傳的年輕人石破驚天,一舉獲得當年諾貝爾物理學(xué)獎,震動了整個物理學(xué)界。這一年,楊振寧年僅35歲,李政道年僅31歲。 楊振寧和李政道獲獎的理由是:“他們對所謂的宇稱不守恒定律的敏銳地研究,該定律導(dǎo)致了有關(guān)基本粒子的許多重大發(fā)現(xiàn)?!?/p> 那么,這個所謂的“宇稱不守恒定律”到底是什么?它憑什么能夠一舉摘得物理學(xué)界的最高殊榮呢? 要理解這個定理的含義,我們不妨從日常生活中最常見的鏡子說起。鏡子是一種表面光滑并且具有反射光線能力的物品,它主要被人們用來整理儀表儀容。在很多人的印象中,鏡子中的自己和現(xiàn)實中的自己是一模一樣的,不管是處于靜止狀態(tài)還是處于活動狀態(tài),兩者所表現(xiàn)出來的特征完全一致。 鏡子的這種性質(zhì),在物理學(xué)中叫做“宇稱”。 宇稱就是一種空間的左右對稱,我們可以把宇稱看作是粒子在照鏡子,鏡子里就會呈現(xiàn)出來粒子的影像。 宇稱的這種“對稱性”,是指物理規(guī)律在某種變化下的不變性。比如說,物理學(xué)家在實驗室做某個實驗,他不管是今天做還是明天做, 宇稱守恒是指在任何情況下,任何粒子的鏡象與該粒子除自旋方向外,具有完全相同的性質(zhì)。 1926年,物理學(xué)家提出了宇稱守恒定律,并且把對稱和守恒定律的關(guān)系由經(jīng)典力學(xué)進一步推廣到微觀世界。此后,宇稱守恒定律在強力、電磁力和萬有引力中相繼得到證明。 宇稱守恒定律的內(nèi)容可以概括為:微觀粒子體系在發(fā)生某種變化過程前的總宇稱必須等于變化過程后的總宇稱。它的物理意義是,粒子體系和它的“鏡像粒子”體系都遵從同樣的運動變化規(guī)律。 我們再回到鏡子上來。一個人在照鏡子時,當他舉起左手,鏡子里的他舉起的卻是右手。也就是說,鏡子里的世界是相反的,這已經(jīng)成為了大家的共識。 但是你有沒有想過,鏡子里的世界為什么是相反的,尤其是考慮到它僅僅是左右相反,而上下不相反。 1956年,楊振寧和李政道就揭開了物理學(xué)中的鏡子謎題。 那一年,物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)θ和τ兩種介子的自旋、質(zhì)量、壽命、電荷等完全相同,所以大多數(shù)人就認為它們是同一種粒子。然而,他們在實驗中卻觀察到θ介子衰變時產(chǎn)生了兩個π介子,τ介子衰變時產(chǎn)生3個介子,這又說明它們是兩種不同的粒子。 對于這種現(xiàn)象,很多物理學(xué)家都束手無策。然而,楊振寧和李政道在經(jīng)過仔細研究和分析后,卻大膽斷言:τ和θ實際上是完全相同的一種粒子,但在弱相互作用的環(huán)境中,它們的運動規(guī)律卻不一定完全相同。 換句話說,如果讓完全相同的τ和θ互相照鏡子,那么它們的衰變方式在鏡子里和鏡子外竟然不一樣。 為此,楊振寧和李政道針鋒相對似的提出了“宇稱不守恒定律”:在弱相互作用中,互為鏡像的物質(zhì)的運動不對稱。 通常來說,一種全新的物理學(xué)理論要想獲得諾貝爾獎,就必須經(jīng)過實驗的驗證才行。 恰巧,在這個時候,華裔實驗物理學(xué)家吳健雄用一個巧妙的實驗驗證了“宇稱不守恒定律”。正是因為如此,楊振寧和李政道才能在如此短暫的時間內(nèi)獲得諾貝爾物理學(xué)獎(理論提出的第二年)。 |
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