李政道和杨振宁的贡献：宇称不守恒

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李政道和杨振宁的贡献：宇称不守恒

原创 刘易安/编译 物理思享者 2025 年 03 月 02 日 18:00 安徽

直到两人发表轰动性的论文之前，物理学家们一直认为粒子在镜像时会表现出相同的行为。


物理学家杨振宁（左）和李政道，他们于 1956 年因发表有关宇称不守恒的论文而获得诺贝尔奖。芝加哥大学摄影档案馆 (apf1-03706) / 汉娜·霍尔本·格雷特别收藏研究中心

65 年前，在苏黎世一个雾蒙蒙的一月天，沃尔夫冈·泡利 (Wolfgang Pauli) 正用潦草的笔迹写信给他的同事维克多·魏斯科普夫 (Victor Weisskopf)。他对几个月前李政道和杨振宁提出的一项新建议表示怀疑，即宇称（物理定律中左右对称的基本对称性）可能会被违背。泡利用一句不朽的妙语表达了他的怀疑态度：“我不相信上帝是弱小的左撇子。 ”

他并不是唯一一个持这种观点的人。当时，物理学家认为所有已知的基本力（电磁力、引力、强力和弱力）都遵循宇称对称性。为什么镜子里的宇宙看起来不一样呢？

但两天后，优雅的宇称之镜被打破了。吴健雄实验的初始数据表明李和杨的理论是正确的。泡利在第二条疯狂的笔记中写道：“ Sehr aufregend. Wie sicher ist die Nachricht? ”（非常令人兴奋。这个消息有多确定？）。

1956 年 10 月 1 日，李和杨发表了《弱相互作用中的宇称守恒问题》，轰动了物理学界。他们的想法引发了一场激烈的争论和实验，仅仅一年后，两人就获得了两枚诺贝尔奖。

当时，物理学家们被一个被称为“θ-τ 之谜”的问题所困扰。两种粒子（现称为 K 介子）似乎具有相同的质量和寿命，但不知何故，它们的衰变却不同：θ 介子衰变为两个 π 介子，τ 介子衰变为三个 π 介子。

各种假设层出不穷。一些物理学家提出，这些粒子毕竟不是完全相同的—— τ 粒子比 θ 粒子重一点点——或者高自旋数可能解释了这种奇怪的衰变。李和杨提出了一个想法：τ 粒子和 θ 粒子可能指向一种新的对称性（讽刺的是，他们后来获得诺贝尔奖的论文主张对称性破坏）。实验很快证明所有这些模型都是错误的。

在 1956 年 4 月的一次会议上，杨讨论了 θ-τ 之谜，引发了一场争论。有一次，理查德·费曼问了马丁·布洛克一个问题：“难道……宇称不守恒……大自然是否有一种独特的方式定义右手性或左手性？”杨回答说，他和李已经研究过这个问题，但尚未得出结论。

会后，李在与杰克·斯坦伯格交谈时取得了突破，他回忆起 2001 年的一次谈话：“如果奇异粒子衰变中宇称不守恒，那么事件之间就可能存在不对称性......这就是缺失的关键！ ”这次谈话促使斯坦伯格和他的同事们在超子衰变中寻找宇称不守恒，但由于数据太少（仅检测到 48 个粒子），他们的结果并不确定。

与此同时，李和杨开始仔细研究现有数据。科罗拉多大学博尔德分校的物理学历史学家 Allan Franklin（富兰克林） 说：“当时，每个人都正确地认为——至少就我们现在所知——宇称在强相互作用和电磁相互作用中是守恒的。”有人真的证实过弱相互作用中的宇称吗？李和杨意识到，答案是没有。（事实上，20 世纪 30 年代的实验已经揭示了宇称不守恒，但每个人都错过了，富兰克林说。）

许多物理学家和泡利一样，对宇称不守恒持怀疑态度。“大自然为什么要区分左和右？”。费曼以 50 比 1 的赔率打赌，而费利克斯·布洛赫告诉他的斯坦福同事，他赌的是他的帽子。“他后来对李说，他很幸运自己没有帽子，我也和李谈过这件事，”富兰克林说。

抛开疑虑，实验者们抓住了李和杨的想法。1956 年 5 月，在收到通知后，他们在哥伦比亚大学的同事吴健雄放弃了所有计划，设计了一项使用衰变的钴-60 的实验。到 12 月，她已经掌握了足够的数据来证明宇称不守恒。


吴健雄在一次具有里程碑意义的实验中证明了物理学有时会违背宇称，从而证明了李和杨的理论。尽管吴健雄发挥了重要作用，但她从未因其研究成果获得诺贝尔奖，而李和杨却获得了诺贝尔奖。史密森学会档案馆

当哥伦比亚大学的物理学家莱昂·莱德曼和理查德·加文听说吴的成果后，他们意识到可以重新配置介子束来证实她的成果。星期五晚上，莱德曼、加文和研究生马塞尔·温里希用咖啡罐、木砧板和透明胶带临时做了一个实验。

“早上六点钟，我们就打电话给人们，告诉他们宇称定律违反了镜像对称性，”莱德曼后来回忆道。宇宙确实偏向左而不是右，误差约为万分之一。

两项成果均于 1957 年 2 月 15 日发表在《物理评论》上。尽管吴发挥了领导作用并获得了 26 项诺贝尔奖提名，但她从未获奖，这让泡利等同事感到愤怒。十多年后，她首次因宇称不守恒定律而获得认可，即 1978 年的沃尔夫奖。

宇称不守恒的发现为发现电荷宇称 (CP) 不守恒以及其他对称性破坏现象奠定了基础，这些现象导致了标准模型的建立。“宇称不守恒本身就是我们思维方式的巨大变化，”富兰克林说。对于那些一直崇敬自然对称性的物理学家来说，这感觉就像是一种令人震惊的背叛。

正如杨在诺贝尔获奖感言中所说：“这种前景对我们没有吸引力。可以说，我们是被挫败感所驱使的。”

物理思享者

wangyangke

宇称不守恒揭示了运动变化的绝对性，揭示了无生命体渐变为生命体的本源，揭示了我们人类以及马牛羊。。。。。。因何而从无到有，，，，李政道教授真正是独具慧眼和独开天眼，通过微观洞看天宇！

wangyangke

望远镜的发明和运用拓展了人类的视野；然而，现代最大的望远镜或者最大的倍数的显微镜就是李政道教授发现发明者的弱相互作用下的宇称不守恒；弱相互作用下的宇称不守恒将远古的生命起源甚至其起于微小的奥妙清晰地展现在人类面前。

wangyangke

宇称不守恒是名符其实名副其实的“宏观在宇微观在握”

wangyangke

用一句网络口头禅——来时好好的，回不去了——，可以通俗简明潦草地解释宇称不守恒。