萬維宇宙

第12部分 (第1/4頁)

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假如一個粒子順時針旋轉，它的映象粒子從鏡中看起來就是逆時針旋轉，但是這個旋轉的所有定律都是相同的，因此，鏡內鏡外的粒子是宇稱守恆的。按照諾特定理，與空間反射不變性對應的就是宇稱守恆。

在某種意義上，我們可以把同一種粒子下的個體粒子理解成彼此互為映象的。假設一個電子順時針方向自旋，另一個電子逆時針方向自旋，一個電子就可以把另一個電子當成映象中的自己，就像人透過鏡子看自己一樣。由此推斷，根據宇稱守恆理論，所有電子自身環境和映象環境中都應該遵循同樣的物理定律，其他粒子的情況也是如此。

很早就有人提出了牛頓定律具有映象對稱性。不過，以前科學家們提出的那些具有映象對稱的物理定律大多是宏觀的，而宇稱守恆則是針對組成宇宙間所有物質的最基本的粒子。如果物質最基本層面的對稱能夠成立，那麼對稱就成為宇宙物質的根本屬性。

現代物理將物質間的相互作用力分為四種：引力、電磁力、強力和弱力。在強力、電磁力和引力作用的環境中，宇稱守恆理論都得到了很好的驗證：粒子在這三種環境下表現出了絕對的、無條件的對稱。

在普通人眼中，對稱是完美世界的保證；在物理學家眼中，宇稱守恆如此合乎科學理想。於是，弱力環境中的宇稱守恆雖然未經驗證，也理所當然地被認為遵循宇稱守恆規律。

20世紀50年代初，科學家們從宇宙射線裡觀察到兩種新的介子：θ和τ。這兩種介子的自旋、質量、壽命電荷等完全相同，很多人都認為它們是同一種粒子。但是，它們卻具有不同的衰變模式，θ衰變時會產生兩個π介子，τ則衰變成三個π介子，這說明它們遵循著不同的運動規律。

假使τ和θ是不同的粒子，它們怎麼會具有一模一樣的質量和壽命呢？而如果承認它們是同一種粒子，又怎麼會具有完全不一樣的運動規律呢？

為了解決這一問題，物理學界曾提出過各種不同的想法，但都沒有成功。物理學家們都小心翼翼地繞開了“宇稱不守恆”這個可能。當時的物理學家們不能想象：一個電子和另一個電子的運動規律不一樣嗎？或者一個介子和另一個介子的運動規律不一樣嗎？

1956年，李政道和楊振寧兩位物理學家在深入細緻地研究了各種因素之後，大膽地斷言：θ和τ是完全相同的同一種粒子（後來被稱為K介子），但在弱相互作用的環境中，它們的運動規律卻不一定完全相同。通俗地說，這兩個相同的粒子如果互相照鏡子的話，它們的衰變方式在鏡子裡和鏡子外居然不一樣！即“θ…τ”粒子在弱相互作用下是宇稱不守恆的。

類比說明：假設有兩輛互為映象的汽車，汽車A的司機坐在左前方座位上，油門踏板在他的右腳附近；汽車B的司機則坐在右前方座位上，油門踏板在他的左腳附近。

汽車A的司機順時針方向開動點火鑰匙，把汽車發動起來，並用右腳踩油門踏板，使得汽車以一定的速度向前駛去；汽車B的司機也做完全一樣的動作，只是左右交換一下，他反時針方向開動點火鑰匙，用左腳踩油門踏板，並且使踏板的傾斜程度與A保持一致。現在，汽車B將會如何運動呢？

大多數人會認為，兩輛汽車應該以完全一樣的速度向前行駛。遺憾的是，在粒子世界裡，汽車B將以完全不同的速度行駛，方向也未必一致！粒子世界就是這樣不可思議地展現了宇稱不守恆。

最初，“θ…τ”粒子只是被作為一個特殊例外，人們還是不願意放棄整體微觀粒子世界的宇稱守恆。此後不久，物理學家吳健雄用一個巧妙的實驗驗證了“宇稱不守恆”，吳健雄用兩套實驗裝置觀測鈷60的衰變，她在極低溫下用強磁場把一套裝置中的鈷60原子核自旋方向轉向左旋，把另一套裝置中的鈷60原子核自旋方向轉向右旋，這兩套裝置中的鈷60互為映象。

實驗結果表明，這兩套裝置中的鈷60放射出來的電子數有很大差異，而且電子放射的方向也不能互相對稱，證實了弱相互作用中的宇稱不守恆。

從此，“宇稱不守恆”才真正被承認為一條具有普遍意義的基礎科學原理。不過，究竟粒子為什麼在弱相互作用下會出現宇稱不守恆呢？根本原因至今仍然是個謎。

結論：宇稱不守恆說明弱相互作用的映象不對稱。

3．粒子非對

根據大爆炸宇宙創生理論，基本粒子是從能量中成對