量子講堂第四期：楊振寧是一位偉大的物理學(xué)家，楊振寧提出的宇稱不守恒理論顛覆了傳統(tǒng)物理學(xué)乃至哲學(xué)對(duì)于這個(gè)世界的認(rèn)知，原來(lái)上帝并不喜歡簡(jiǎn)單、完美，這個(gè)世界是不對(duì)稱的。

宏觀世界的宇稱守恒是否適用于微觀世界？

在物理學(xué)中有幾個(gè)不可動(dòng)搖的真理，例如質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律、信息守恒定律，這些定律在我們的初中課本中都出現(xiàn)過(guò)，它們也很好理解，但宇稱守恒定律對(duì)于我們則是相對(duì)陌生，宇稱守恒究竟是指的什么呢？

宇稱守恒：指的是物理定律上的一種對(duì)稱關(guān)系，通俗來(lái)說(shuō)如果兩個(gè)粒子互為鏡像，舉例：一個(gè)粒子順時(shí)針自旋，另一個(gè)粒子逆時(shí)針自旋，那么兩個(gè)粒子都可以將對(duì)方視為鏡子中的自己，即這兩個(gè)粒子互為鏡像，那么這兩個(gè)粒子就會(huì)呈現(xiàn)一種對(duì)稱關(guān)系，它們除了自旋方向之外，具有完全相同的物理性質(zhì)，這就是宇稱守恒，對(duì)稱的方式有很多種，例如粒子與反粒子，互為鏡像的粒子運(yùn)動(dòng)方式相同等等，就像我們?nèi)粘Ｕ甄R子一樣，除了鏡子中的自己與自己的左右方向相反之外，鏡子中的自己與真實(shí)的自己是完全相同的。

上帝制造的世界真的是完美對(duì)稱的嗎？

對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，絕大多數(shù)的人都相信這個(gè)世界是完美對(duì)稱的，因?yàn)閺娜祟惖慕嵌葋?lái)說(shuō)，人們喜歡這個(gè)世界是規(guī)律的、是完美的，這樣人類就可以通過(guò)規(guī)律去推斷宇宙的過(guò)去與未來(lái)，如果這個(gè)世界是不對(duì)稱的、是隨機(jī)的，那么很多科學(xué)就像失去它存在的意義，這個(gè)觀點(diǎn)從伽利略—牛頓經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)建以來(lái)就被人們廣泛的所接受，不過(guò)20世紀(jì)初誕生了量子力學(xué)是對(duì)于這個(gè)觀點(diǎn)的一次嚴(yán)重挑戰(zhàn)，量子力學(xué)竟然讓上帝擲起了骰子？很多物理學(xué)家表示難以接受，這里有點(diǎn)跑偏，回到主題，宇稱守恒理論被提出后相繼被萬(wàn)有引力、電磁力、強(qiáng)力這三種力基本所驗(yàn)證，宇稱守恒成為了與質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律、信息守恒定律一樣不可被動(dòng)搖的真理。

一對(duì)奇怪粒子引發(fā)的軒然大波，楊振明：原來(lái)世界并不是對(duì)稱的

1956年，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種十分奇怪的粒子：γ和θ介子，這兩種介子的自旋、質(zhì)量、電荷等物理性質(zhì)完全相同，如果根據(jù)這些特性，我們完全可以將這兩種粒子視為同一種粒子，但有一個(gè)奇怪的現(xiàn)象則無(wú)法解釋，即θ介子發(fā)生衰變時(shí)會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)π介子，而γ介子發(fā)生衰變時(shí)卻產(chǎn)生3個(gè)π介子，衰變屬于弱相互作用力，物理學(xué)家對(duì)于這種奇怪的粒子很是費(fèi)解，為何物理性質(zhì)完全相同的粒子會(huì)發(fā)生這樣的差異呢？

當(dāng)時(shí)很多物理學(xué)家都對(duì)此進(jìn)行了深入的研究，但沒(méi)有人敢觸及宇稱守恒定律這個(gè)禁區(qū)，后來(lái)物理學(xué)家李政道和楊振寧拋去傳統(tǒng)觀念，大膽的提出一個(gè)假設(shè)：“θ-γ”粒子如果在照鏡子時(shí)發(fā)生衰變的話，那么鏡子里的“θ-γ”粒子與鏡子外的“θ-γ”粒子是不同的，也就是說(shuō)“θ-γ”在弱力作用下宇稱不守恒！

“θ-γ”粒子僅僅是一個(gè)特例嗎？不，世界的真實(shí)面貌就是不對(duì)稱的

最初人們僅僅將“θ-γ”粒子視為一個(gè)特例，除了“θ-γ”粒子之外，這個(gè)世界還是完美的、對(duì)稱的，不過(guò)后來(lái)的物理實(shí)驗(yàn)證明了不單單是“θ-γ”粒子 ，例如鈷60等粒子在弱力作用下宇稱也是不守恒的，粒子與反粒子的行為在某些方面也并非完全一致，甚至“θ-γ”在衰變過(guò)程中其時(shí)間也是不對(duì)稱的，宇稱守恒這一物理真理被李政道和楊振寧推翻。

宇稱不守恒則意味著這個(gè)世界是不對(duì)稱的，這簡(jiǎn)直太不可思議了！難道上帝不單單喜歡擲骰子，上帝制造的這個(gè)世界還是殘缺的、不完美的？可我們換一個(gè)思路想一想，難道對(duì)稱就是完美嗎？對(duì)稱或許只是看上去很規(guī)整，但又顯得很固化和呆板，世界上很多的優(yōu)美的建筑其實(shí)都是不對(duì)稱的。

宇宙的誕生或許正是因?yàn)椴粚?duì)稱

宇稱不守恒不僅僅使物理學(xué)界沸騰，天文學(xué)家將此理論運(yùn)用到宇宙形成中很好的詮釋了一個(gè)關(guān)于宇宙形成的難題，如果宇宙是對(duì)稱的，那么在宇宙大爆炸的時(shí)候產(chǎn)生的正反粒子應(yīng)該是相同數(shù)量的，正反粒子相遇會(huì)快速湮滅，那么整個(gè)宇宙就會(huì)在正反粒子的湮滅中消失，那么人類生存的宇宙又是如何誕生的呢？

宇稱不守恒意味著宇宙大爆炸中產(chǎn)生的正粒子要比反粒子多一些，大量的正粒子與反粒子湮滅，剩余的物質(zhì)才組成了我們?nèi)缃裆娴挠钪妗?/p>