弱作用宇称不守恒 弱相互作用中的宇称不守恒1956年10月，〈对弱相互作用中宇称守恒的质疑〉——一篇石破天惊的论文，一声响彻云霄震惊世界的华夏春雷！1957年10月，举世瞩目的诺贝尔物理奖揭晓，两位年青的中国留美物理学家：年仅35岁的杨振宁教授和年仅31岁的李政道教授，以他们刚发表一年的那篇…宇宙学是当代发展最神速的尖端科学前沿之一，它历来是孕育新观念和新思想的摇篮，它的每一个新成果都会对人类的传统观念产生震撼。作为当代宇宙学不可争议的权威，被全世界广泛尊为继爱因斯坦之后最伟大的理论物理学家——史蒂芬·霍金，其研究成果和生平一直备受世界人…激烈争夺，力求领先“纳米技术”，也称“毫微技术”、“超微技术”。1纳米只有1米的10亿分之1，只有一个中等大小的原子直径的十几倍，大约等于1根青春期女性头发直径的10万分之1。“超微技术”如同“超导技术”、“生物基因技术”、“受控热核技术”等当代最尖…作者：李林忠科学中国人 2001年04期 1956年10月，〈对弱相互作用中宇称守恒的质疑〉——一篇石破天惊的论文，一声响彻云霄震惊世界的华夏春雷！ 1957年10月，举世瞩目的诺贝尔物理奖揭晓，两位年青的中国留美物理学家：年仅35岁的杨振宁教授和年仅31岁的李政道教授，以他们刚发表一年的那篇弱相互作用中宇称不守恒的理论，独占鳖头，荣获此世界科学界的科学巨奖！ 世界科学界为之震动，世界物理学界为之喝彩！全球炎黄子孙扬眉吐气，全球华夏儿女同声欢呼：科学中国人，一定会为人类的科学事业作出更大的贡献！ 在此新世纪曙光初绽之时，让我们重温一下杨振宁和李政道两位教授取得此一卓越成就的伟大科学历程，以激励我们为实现科教兴国，为实现科学技术现代化而奋斗的志气、士气与勇气。 一、对称性概念和它的科学分类 人们非常熟悉自然界与生活中的对称性。六角形的雪花，翩翩飞舞的蝴蝶，巴黎的埃菲尔铁塔，北京的故宫布局，都有各自的对称形态。在自然界千变万化的运动演化过程中，显示出各式各样的对称性。对称性是自然界普遍属性之一，对称性是人类生活中喜爱的原则之一。 自然界在演化过程中，不断有对称性发生破缺（遭受破坏），同时又显示出某些新的对称性。研究对称性是认识自然规律的一个重要方面。对称性的严格定义是由德国数学家魏尔（Hermann Weyl ）提出的：对一个事物进行一次变换后，该事物完全复原，则称该事物对所经历的变换是对称的。而该变换就叫对称变换。这里所谓的变换，是指一个物理系统（对象）从一个状态变到另一个状态的过程。 科学上根据变换的性质和所涉及的对象，将对称性进行分类。最基本最常见的两类对称性是空间对称性和时间对称性。空间对称性有空间平移和空间转动等对称性；时间对称性中以时间平移对称性最重要。这三种是连续变换的对称性，还有分立变换的对称性。常见的分立变换的对称性有时间反演对称性，空间反演对称性和电荷共轭对称性。物理学中，还把与时间和空间相独立的其它性质的变换所体现的对称性，称为内部对称性。随着对微观世界探索的日益深入，发现其内部对称性越来越多。如同位旋，奇异数，轻子数，重子数等。 二、物理定律的对称性与守恒定律 自然界中的对称性反映到物理学中成为物理定律的对称性。它是指经过一定变换后，物理定律的形式保持不变的特性（也叫不变性）。例如时间平移不变性，它是指400年前比萨斜塔上的自由落体实验， 在今天作也一样。这就是人们常说的：“科学真理是永恒的”。又如空间平移不变性，是指比萨斜塔自由落体实验，在苏州虎丘塔上作也一样。这就是所谓“真理放之四海而皆准”（也叫空间均匀性）。而空间转动不变性则是指在空间某地作实验后，将整套实验仪器（连同影响实验的外部因素）转一任意角度，在相同的起始条件下，实验将以完全相同的方式进行。也称为物理定律的转动不变性，或空间的各向同性。时间反演不变性则是将物理方程中t变为－t时，物理规律不变。（保守系的运动规律具有时间反演不变性。时间反演，恰如录像倒放：拍手，单摆等看上去与正放一样）。电荷共轭不变性是指某物理过程中的所有粒子的电荷都反号（e→-e）后，有关物理规律不变。 德国科学家诺特（A.E.Noether），在1918 年建立了一条定理（称诺特定理）：物理规律每有一种对称性，就会相应地存在一条守恒定律。如上面的时间平移、空间平移和空间转动第三种对称性，就分别对应于能量守恒、动量守恒和角动量守恒第三种守恒定律。而时间反演和电荷共轭对称性则分别对应于T守恒和C守恒定律。诺特定律首先在经典物理中得到普遍证明，后来推广到量子力学中它仍普遍成立。 三、宇称与宇称守恒 平面镜是一种日常生活用品。左手在平面镜中的像（简称镜像）是右手，这是三岁孩童也熟知的常识，而恰巧就是这简单的常识联系上了高深的科学原理：镜像与原物间存在一种重要的对称性——镜像对称（也叫左右对称）。用稍微学术一点的语言来说就是：若有两部分形体，其一部分是另一部分在平面镜内的像，则称它们为镜像对称。 按照魏尔关于对称性的定义，镜像对称可表述为：设X 轴垂直于镜面，原点就在镜面上，将一半图形的坐标X变成－X，就得到另一半图形。这X坐标变号叫镜像对称变换。 就是这种镜像对称性发展成为微观世界中的宇称（Parity）概念。我们知道，经典物理学中虽不曾用到宇称的概念，但物理学定律一直显示出左右之间的完全对称。这种对称性在量子力学中，形成一种守恒定律，称为宇称守恒（Parity Conservation）。它和左右对称原理完全相同。宇称的概念最早由维格纳（E.P.Wigner）形成。它在原子光谱中很有用，后又用于原子核物理和粒子物理，都表明宇称概念和宇称守恒原理很成功。如果我们将镜像反射的X变换，同时推广到Y和Z，即改变所有坐标的符号（X→－X，Y→－Y，Z→－Z），则称为空间反演变换。经过此变换后， 若物理规律不变，则称空间反演不变性。与空间反演不变性相联系的守恒量，就是宇称。空间反演不变性对应的守恒定律，这就是宇称守恒定律。 现在需要明确究竟什么是宇称守恒。宇称守恒原理有各种说法。一种较容易理解的表述是：“在自然界中发生的任何过程，如果我们在镜中看它，则看到的过程也能在自然界中发生。这样，自然界是镜面对称的。任何客体的镜像，也是一个可能在自然界中存在的客体。在镜中看到的任何客体的运动，也是自然规律所允许的运动。在实验室中所作的任何实验，也可以按照原来实验在镜子中的样子来作，所得的结果将是原来结果的镜像”。简言之：“自然规律在镜像反射下是不变的”。 一个系统与它的镜像之间只有两种情况：（A）完全一样，能重合，称偶宇称，宇称值＋1。（B）不能完全重合而有左右之分，称奇宇称，宇称值－1。在基本粒子中，有“内禀宇称”（P＝＋1或－1）和“轨道宇称”（π＝（－1））。对于核物理中的一个粒子系统，它的总宇称是各个粒子宇称值的总乘积，人们发现自然界的各种运动都具有空间反演对称性，也发现基本粒子反应前后系统的宇称是不变的。因而，长期以来宇称守恒被人们认定为普遍规律。 由于空间反演等价于：（镜面反射X→－X）＋（绕镜面法线旋转180度Y→－Y，Z→－Z），又由于转动不变性成立，因此，对镜面反射对称性的检验，就等价于对空间反演对称性的检验，即对宇称守恒的检验。简言之：以平面镜来反射真实实验可以检验宇称是否守恒。 四、宇称守恒的困境 现在人们知道自然界中存在四种相互作用：引力相互作用，电磁相互作用，强相互作用和弱相互作用。引
