一直有同學(xué)問我，楊振寧先生在物理學(xué)界什么地位？他有什么理論發(fā)表，他的研究有什么實(shí)際應(yīng)用？

一言難盡啊，同學(xué)！物理學(xué)界相傳有一牛二愛三麥之說，楊振寧先生大概是坐五望四的存在，如果只算活著的，則是當(dāng)之無愧的第一人。單憑一個(gè)宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)，就創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)拿諾貝爾獎(jiǎng)的最快紀(jì)錄，比愛因斯坦還快16年。

通過這篇小文章，我拋個(gè)磚，希望能引出大家的玉來。

物理學(xué)家最喜歡的第二句話

物理學(xué)大師費(fèi)曼曾經(jīng)說過，如果只用一句話來概括現(xiàn)代科學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)，他會(huì)選“世界是原子組成的”。果然是高手！但如果還可以再添一句補(bǔ)充的話，本貓認(rèn)為 “對(duì)稱性是宇宙規(guī)律的基礎(chǔ)”將是絕大部分物理學(xué)家的心聲。

此話怎講？大至美國的白宮，小到紙上的一個(gè)圓形，甚至鏡子中咱們的左手和右手，它們首先是原子構(gòu)成的；但同時(shí)，它們也都是對(duì)稱的。

白宮建筑物是以中軸對(duì)稱，圓形圖案是以中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，至于咱們鏡中的雙手則是鏡像對(duì)稱。這些就是在日常生活中，最常見的幾何對(duì)稱，小學(xué)數(shù)學(xué)老師表示很贊同。

搞物理起碼得大學(xué)本科起步，幾何對(duì)稱還是留給小學(xué)回憶吧；物理學(xué)家給各位圈重點(diǎn)的是——物理定律的對(duì)稱性。

來點(diǎn)干貨讓你們看看我的手段。我們把幾何圖形換成物理定律，看看用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，來操作一下牛頓運(yùn)動(dòng)定律會(huì)如何？

答案顯而易見，正如繞著圓心任意一個(gè)點(diǎn)，圓形必然對(duì)稱一樣，無論你如何調(diào)整變換觀測角度，牛頓表示情緒穩(wěn)定，物體的運(yùn)動(dòng)仍將嚴(yán)格遵守牛頓運(yùn)動(dòng)定律。

其實(shí)不僅牛頓定律，同學(xué)們手中的麥克斯韋的電磁學(xué)、愛因斯坦的相對(duì)論，都擁有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。旋轉(zhuǎn)不變性本質(zhì)上就是空間的各向同性。試想，我們?nèi)籼幵诓煌钪婵臻g，將面對(duì)迥異的麥克斯韋方程組、相對(duì)論質(zhì)能方程，那還用個(gè)錘子電磁理論和相對(duì)論？

科學(xué)的最初，上帝偏愛對(duì)稱性

物理學(xué)家堅(jiān)定的信仰著對(duì)稱性，正是發(fā)現(xiàn)了在對(duì)稱性里面隱藏的巨大力量。諾特定理告訴我們——物理學(xué)里的連續(xù)對(duì)稱性和守恒定律一一對(duì)應(yīng)。諾特定理，就是物理定律普適性的堅(jiān)實(shí)保障。

簡單的說，對(duì)稱性和守恒定律一一對(duì)應(yīng)，就是每一個(gè)對(duì)稱性都有一個(gè)守恒定律跟它對(duì)應(yīng)。

繼續(xù)舉個(gè)例子，在牛頓經(jīng)典力學(xué)里，最常見的能量守恒，與之對(duì)應(yīng)的對(duì)稱性是——時(shí)間平移不變性。

對(duì)術(shù)語感到絕望的同學(xué)莫慌，舉個(gè)保證你能秒懂的例子——1969年美國登月，預(yù)計(jì)2024年美國將再次登月，在此時(shí)間段內(nèi)，應(yīng)用其中的物理定律不變——這就是時(shí)間平移不變性。否則，物理定律隨著時(shí)間而改變，美國靠什么錘子理論來登月球。

物理學(xué)家再努努力，又研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)量守恒對(duì)應(yīng)的是——空間平移不變性，角動(dòng)量守恒對(duì)應(yīng)的是——旋轉(zhuǎn)不變性。這樣不同的對(duì)稱性構(gòu)建起整個(gè)物理學(xué)的框架，使得物理定律可以在宇宙中普適使用，并且在自身體系中自洽。

這就是為什么物理學(xué)家如此堅(jiān)信上帝喜愛對(duì)稱性的由來，因?yàn)樗鼈兪俏锢矶勺郧⒌幕　?/p>

簡單的說，現(xiàn)代科學(xué)的兩大支柱，強(qiáng)大穩(wěn)固如相對(duì)論和量子論，它們的成立都必須依賴對(duì)稱性。

宇稱登場，舊世界崩塌的序曲

我們剛剛解釋了對(duì)稱性對(duì)于物理學(xué)有多重要，物理學(xué)家對(duì)此甚至是堅(jiān)信不疑的。如果科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了有什么現(xiàn)象似乎違反了守恒定律，大家第一反應(yīng)絕對(duì)不是守恒出了問題，而是去檢驗(yàn)還有沒有其他沒有考慮進(jìn)來的因素。例如時(shí)間平移不變性對(duì)應(yīng)的能量守恒，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)某個(gè)物理過程不滿足能量守恒，以此為契機(jī)尋找新粒子或者新物理現(xiàn)象，從而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的同學(xué)，可不在少數(shù)。

人生若只如初見，何事悲風(fēng)秋畫扇！

同學(xué)們還記得自己鏡子中的左手和右手嗎？這種對(duì)稱叫做——鏡面的反射對(duì)稱，也稱左右對(duì)稱，換個(gè)熟悉點(diǎn)的說法就是——宇稱。

宇稱守恒嗎？——莫怕，當(dāng)然守恒，這是必須的！

舉個(gè)簡單的例子，你對(duì)著墻上的鏡子用左腿踢毽子，雖然我們將看到鏡子里面的你用右邊的腿把毽子朝另一個(gè)方向踢起，但是毽子的運(yùn)動(dòng)軌跡一樣嚴(yán)格遵守牛頓運(yùn)動(dòng)定律，劃出一道拋物線，而不是突然不受控制飛出天際。

這也就是說，牛頓運(yùn)動(dòng)定律同樣具有宇稱不變性，遵守宇稱守恒。按照標(biāo)準(zhǔn)粒子模型的劃分，在四大基本相互作用力里，科學(xué)家們證明了電磁力、引力、強(qiáng)力的物理規(guī)律都具有宇稱不變性，都遵守宇稱守恒。

可是，三缺一??！弱力呢？而且同學(xué)們不要忘記，宇稱的特點(diǎn)比較特別，在物理學(xué)中，它也是描述基本粒子性質(zhì)的一個(gè)物理量——微觀粒子！

微觀粒子世界中，弱力起主導(dǎo)作用時(shí)，會(huì)遵守宇稱守恒嗎？

楊振寧引發(fā)的物理學(xué)界大震撼

在宇宙中的大多數(shù)過程都是可逆的，也就是對(duì)稱的。換句話說，就是正向和反向的物理過程是相同的。量子力學(xué)打開了微觀的大門，在粒子物理學(xué)中，我們同樣希望能有總保持相同的三種主要對(duì)稱性：電荷、宇稱和時(shí)間。我們用每一種對(duì)稱的首字母C（CHARGE）電荷、P（PARITY）宇稱、T（TIME）時(shí)間來稱呼他們。

時(shí)間對(duì)稱意味著相互作用在時(shí)間上，正反方向是一樣的；電荷對(duì)稱意味著如果交換所有的正負(fù)電荷，不會(huì)影響相互作用；宇稱守恒意味著物理定律對(duì)左手或右手一視同仁，定律在鏡像世界中，應(yīng)該與普通世界中完全相同，不偏向左手性或右手性。

在20世紀(jì)50年代，科學(xué)家們認(rèn)為所有的基本粒子都遵從這些對(duì)稱性。甚至利用偶然出現(xiàn)的不對(duì)稱行為，發(fā)現(xiàn)了不少新粒子或者物理新現(xiàn)象，為此獲得諾貝爾獎(jiǎng)的同學(xué)也不在少數(shù)。

但楊振寧和李政道，在1956年，有了驚人的發(fā)現(xiàn)。簡單的講，他們對(duì)當(dāng)時(shí)的“θ-τ之謎”有了一些深刻而大膽的理解，足以引發(fā)一場物理學(xué)界的大地震。

楊振寧和李政道一反常規(guī)，把強(qiáng)、弱相互作用力區(qū)分開之后，再分別討論各自的宇稱性。他們發(fā)現(xiàn)一個(gè)驚人的事實(shí)，在過去科學(xué)界所有的β衰變實(shí)驗(yàn)中，都忽略了贗標(biāo)量的測量，而這個(gè)測量值，正是用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)弱相互作用中宇稱守恒的標(biāo)志。所以至今為止，所有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果跟β衰變中宇稱是否守恒，完全沒有關(guān)系。

簡單的說，宇稱守恒實(shí)際上從未在涉及弱相互作用的實(shí)驗(yàn)中，得到驗(yàn)證。即是說，宇稱不守恒是極度可能存在的。

好比愛因斯坦拋棄了絕對(duì)時(shí)空觀，從而創(chuàng)立了偉大的相對(duì)論一樣；打破宇稱守恒的物理學(xué)常識(shí)，楊振寧和李政道憑借極大的勇氣和魄力，拉開了物理新世界的一扇窗。

楊振寧和李政道一起編寫了著名的論文《在弱相互作用中，宇稱是否守恒？》，在論文中，他們提到了那個(gè)被忽略的贗標(biāo)量，創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)了幾個(gè)可以檢驗(yàn)宇稱是否守恒的實(shí)驗(yàn)。1956年，論文在《物理評(píng)論》上發(fā)表，不過名字被修改為《對(duì)于弱相互作用中宇稱守恒的質(zhì)疑》。

這是一道將劃破物理天際的閃電，物理世界將迎來天翻地覆的變革，但不是馬上。

因?yàn)楫?dāng)時(shí)這篇論文，如同一顆投入泥潭的小石子，大家被巨大的慣性拉扯住腳步，波瀾不驚面無表情。

好在還有一個(gè)吳健雄。

來自東方物理女王吳健雄的雷霆一擊

楊振寧和李政道雖然已經(jīng)燃起了烽火，但是大家卻只認(rèn)為他們?cè)趪W眾取寵。加上楊振寧和李政道提出的幾個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)現(xiàn)起來都非常困難，當(dāng)時(shí)物理學(xué)界，并沒有人愿意做這樣吃力不討好的“無謂實(shí)驗(yàn)”。

好在還有一個(gè)吳健雄。

1956年的圣誕節(jié)假期，哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)教授吳健雄女士，全力支持了楊振寧和李政道的想法。

她為此取消了去日內(nèi)瓦的高能物理會(huì)議，也取消了原本計(jì)劃和她的物理學(xué)丈夫一起的東南亞度假。她天才的觸覺意識(shí)到，弱相互作用很有可能是宇稱不守恒的，她決定成為第一個(gè)驗(yàn)證它的人。

實(shí)驗(yàn)非常復(fù)雜，我只講個(gè)近似，大家品個(gè)味道即可。為了驗(yàn)證粒子級(jí)別的宇稱不守恒，我們當(dāng)然不能在電子前面，樹面鏡子直接觀測。實(shí)驗(yàn)的精髓就在于，必須判斷出我們是否身處于鏡像世界之中。

她和幾位低溫科學(xué)家，將鈷60原子冷卻到絕對(duì)零度以上三千分之一開爾文。然后加上強(qiáng)磁場，使所有的原子核自旋方向相同。

因?yàn)殁?0具有放射性，它通過β衰變釋放出β粒子，也就是一個(gè)電子。實(shí)驗(yàn)測量的就是這些電子相對(duì)于鈷60核的自旋的發(fā)射方向。

我們僅僅憑借自己的雙眼，無法區(qū)分自己到底處于真實(shí)的世界還是鏡像世界，但這些電子，充當(dāng)了《盜夢(mèng)空間》里面道姆·柯布的陀螺。如果鈷60發(fā)射的電子朝向這個(gè)方向，那你是在鏡像世界里；如果朝向另一個(gè)方向，你就知道你處于正常世界中。

來吧，宇宙最大奧秘與我們?nèi)祟惖木嚯x，不過是一個(gè)電子發(fā)射方向的距離。

雖然看起來很瘋狂，但這確實(shí)是吳健雄教授所看到的。電子偏向一個(gè)方向發(fā)射，而且不止偏了一點(diǎn)，它們幾乎都朝背向自旋方向。道姆·柯布的陀螺最終倒下，發(fā)出清脆的聲響；弱相互作用不僅宇稱不守恒，還在最大程度上破壞了守恒。

實(shí)驗(yàn)的結(jié)果摧毀了理論物理學(xué)幾十年來的基本假設(shè)。在弱相互作用范疇內(nèi)，宇宙是在乎左手或者右手的。上帝并不喜歡絕對(duì)的對(duì)稱。

吳健雄自己一開始都不太相信這個(gè)結(jié)果，但楊振寧和李政道兩人，顯然對(duì)自己充滿了信心，他們馬上公布了這個(gè)消息，當(dāng)然，這一次，再?zèng)]有波瀾不驚的情況出現(xiàn)了，他們震驚了整個(gè)物理學(xué)界。著名物理學(xué)家和諾貝爾獎(jiǎng)獲得者泡利在得知實(shí)驗(yàn)結(jié)果后說“這完全是胡扯”，并堅(jiān)持認(rèn)為結(jié)果是錯(cuò)誤的。

但在強(qiáng)大的事實(shí)面前，特別是當(dāng)實(shí)驗(yàn)被獨(dú)立重復(fù)之后，物理學(xué)界不得不接受，我們生活的宇宙開始改變了。

1957年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)，也就是結(jié)果公布的同一年。與愛因斯坦在1905年提出來光量子說和狹義相對(duì)論到1921年才獲獎(jiǎng)相比，足足快了16年。

宇稱不守恒之后

大家還記得微觀粒子世界的三個(gè)主要基本對(duì)稱嗎？

它們分別是電荷、宇稱和時(shí)間。我們用每一種對(duì)稱的首字母C（CHARGE）電荷、P（PARITY）宇稱、T（TIME）時(shí)間來稱呼他們。

楊振寧終結(jié)了宇稱，那么剩下的兩個(gè)的命運(yùn)又將如何呢？

對(duì)于物理學(xué)界來說，物理學(xué)家們不愿意放棄宇稱守恒，因?yàn)檫@些大師們太清楚對(duì)稱性在物理學(xué)的重要程度了，而且基于他們的理性認(rèn)知，他們絕不愿意相信上帝會(huì)是一個(gè)左撇子！

物理學(xué)家們提出過一個(gè)折中的解釋，弱力宇稱不守恒沒有什么大不了的，它只電荷宇稱或CP對(duì)稱的一部分。

可惜該來的擋不住，1964年，就有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了一些粒子也可能違反CP對(duì)稱，物理學(xué)家曾經(jīng)認(rèn)為是自然界基本定律的兩條定律都被打破了。

物理學(xué)只好撤退到了最后一道理論防線后面——“CPT對(duì)稱”。

是的，目前只剩下“時(shí)間”在堅(jiān)守了。

結(jié)語

我們可以確定的是，如果CPT對(duì)稱最終也難逃倒下的命運(yùn)，那這一天，也將是量子場論和狹義相對(duì)論的終點(diǎn)。人類的科學(xué)認(rèn)知，將再一次面臨推到重來的命運(yùn)。

這就是由宇稱不守恒引發(fā)的物理學(xué)思維的改變。楊振寧先生開啟的這一場打破對(duì)稱性的革命，到底將給予物理學(xué)一個(gè)怎樣的未來，我們?nèi)赃h(yuǎn)遠(yuǎn)未曾看到盡頭。

楊振寧先生一生最大的成就，并未止步于宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)，而是堪比麥克斯韋方程組以及愛因斯坦相對(duì)論的楊-米爾斯理論。它是現(xiàn)代粒子標(biāo)準(zhǔn)模型的集大成者，好比相對(duì)論，雖未獲諾貝爾獎(jiǎng)，其實(shí)諾貝爾獎(jiǎng)已經(jīng)不足以說明它的偉大。

楊振寧先生早年旅居美國，就一直充當(dāng)兩國科研交流的橋梁，創(chuàng)辦國際研究所數(shù)十家；晚年歸國，仍心系祖國科研未來，為大型粒子對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目的上馬與否，頂住壓力，仗義執(zhí)言。

雖引來巨大的詆毀仍未放棄正直無私的初衷，高山仰止，令本貓拜服。

最后，謹(jǐn)以此文，祝楊振寧先生身體健康！