宇称守恒定律

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简单说，宇称就是一种空间的左右对称。在物理学中，这种“对称性”就是指物理规律在某种变化下的不变性。例如，在实验室做某一实验，你无论是今天做还是明天做，无论是今年做，还是10年以后做，只要实验条件没有改变，所得的实验结果都应是一样的。同样，同一个物理实验，你无论放到哪一个实验室去做，都应该得出一样的实验结果。总之，时间和空间的变化，不会改变物理规律的形式和结果。

以上的这种在牛顿力学中一直成立的物理定律，到讨论“量子力学”后，便引入了“宇称守恒”的观念。宇称守恒定律是说，物理定律在最深的层次上，不分左右，即左边和右边是守恒的。宇称守恒定律原本是物理学界一致相信的原理之一，这已是历史的定论。

尽管由于θ与τ粒子在实验中所显现出的矛盾现象，引起了人们对宇称守恒定律的怀疑，但要推倒这棵大树简直太难了，大多数人都望而却步。

美籍华裔物理学家杨振宁和李政道发现。宇称守恒定律是拉柏铁1924年提出，维拉格用实验加以证明的。宇称是表征微观粒子运动特性的一个物理量。拉柏铁认为，微观粒子体系的运动或布化规律具有左右对称性。 1956年夏天，杨振宁和李政道一起查阅了大量的资料，发现在弱相互作用下，并没有实验说明宇称守恒，从而大胆地提出了在弱相互作用下宇称不守恒，并提出可用β衰变的实验来证明。几个月后，即1957年1月，美籍华裔物理学家吴健雄与他的合作者在低温下用钴60的衰变证明了杨振宁、李政道提出的宇称在弱相互作用下不守恒。杨、李提出的宇称不守恒在物理学上具有划时代的意义，因而他们二人一起获取了1957年诺贝尔物理学奖和爱因斯但坦科学奖。杨振宁1922年9月22日出生在安徽省合肥市，父亲杨武之是著名数学家。1944年，杨振宁大学毕业后，在老师吴大猷教授的推荐下赴美留学，经著名物理学家费米介绍，受业于“氢弹之父”爱德华.泰勒，开始了对高能物理的研究。李政道1926年12月25日出生在上海，在西南联大学习期间，就跟随我国著名物理学家吴大猷研究近代物理，1946年获取去美国公费留学的机会。1954年，在哥伦比亚大学任物理助教时，李政道就提出了“李氏模型”，其后对“夸克模型”、真空等课题都有己的独到见解。

科学界在1956年前一直认为宇称守恒,也就是说一个粒子的镜像与其本身性质完全相同.1956年,科学家发现θ和γ两种介子的自旋,质量,寿命,电荷等完全相同,多数人认为它们是同一种粒子,但θ衰变时产生两个π介子,γ衰变时产生3个,这又说明它们是不同种粒子.

1956年，李政道和杨振宁在深入细致地研究了各种因素之后，大胆地断言：τ和θ是完全相同的同一种粒子(后来被称为K介子)，但在弱相互作用的环境中，它们的运动规律却不一定完全相同，通俗地说，这两个相同的粒子如果互相照镜子的话，它们的衰变方式在镜子里和镜子外居然不一样！用科学语言来说，“θ-τ”粒子在弱相互作用下是宇称不守恒的.

在最初，“θ-τ”粒子只是被作为一个特殊例外，人们还是不愿意放弃整体微观粒子世界的宇称守恒。此后不久，同为华裔的实验物理学家吴健雄用一个巧妙的实验验证了“宇称不守恒”，从此，“宇称不守恒”才真正被承认为一条具有普遍意义的基础科学原理。

吴健雄用两套实验装置观测钴60的衰变，她在极低温(0.01K)下用强磁场把一套装置中的钴60原子核自旋方向转向左旋，把另一套装置中的钴60原子核自旋方向转向右旋，这两套装置中的钴60互为镜像。实验结果表明，这两套装置中的钴60放射出来的电子数有很大差异，而且电子放射的方向也不能互相对称。实验结果证实了弱相互作用中的宇称不守恒。

我们可以用一个类似的例子来说明问题。假设有两辆互为镜像的汽车，汽车A的司机坐在左前方座位上，油门踏板在他的右脚附近；而汽车B的司机则坐在右前方座位上，油门踏板在他的左脚附近。现在，汽车A的司机顺时针方向开动点火钥匙，把汽车发动起来，并用右脚踩油门踏板，使得汽车以一定的速度向前驶去；汽车B的司机也做完全一样的动作，只是左右交换一下——他反时针方向开动点火钥匙，用左脚踩油门踏板，并且使踏板的倾斜程度与A保持一致。现在，汽车B将会如何运动呢？

也许大多数人会认为，两辆汽车应该以完全一样的速度向前行驶。遗憾的是，他们犯了想当然的毛病。吴健雄的实验证明了，在粒子世界里，汽车B将以完全不同的速度行驶，方向也未必一致！——粒子世界就是这样不可思议地展现了宇称不守恒。

宇宙源于不守恒

宇称不守恒的发现并不是孤立的。

在微观世界里，基本粒子有三个基本的对称方式：一个是粒子和反粒子互相对称，即对于粒子和反粒子，定律是相同的，这被称为电荷(C)对称；一个是空间反射对称，即同一种粒子之间互为镜像，它们的运动规律是相同的，这叫宇称(P)；一个是时间反演对称，即如果我们颠倒粒子的运动方向，粒子的运动是相同的，这被称为时间(T)对称。

这就是说，如果用反粒子代替粒子、把左换成右，以及颠倒时间的流向，那么变换后的物理过程仍遵循同样的物理定律。

但是，自从宇称守恒定律被李政道和杨振宁打破后，科学家很快又发现，粒子和反粒子的行为并不是完全一样的！一些科学家进而提出，可能正是由于物理定律存在轻微的不对称，使粒子的电荷(C)不对称，导致宇宙大爆炸之初生成的物质比反物质略多了一点点，大部分物质与反物质湮灭了，剩余的物质才形成了我们今天所认识的世界。如果物理定律严格对称，宇宙连同我们自身就都不会存在了——宇宙大爆炸之后应当诞生了数量相同的物质和反物质，但正反物质相遇后就会立即湮灭，那么，星系、地球乃至人类就都没有机会形成了。

接下来，科学家发现连时间本身也不再具有对称性了！

可能大多数人原本就认为时光是不可倒流的。日常生活中，时间之箭永远只有一个朝向，“逝者如斯”，老人不能变年轻，打碎的花瓶无法复原，过去与未来的界限泾渭分明。不过，在物理学家眼中，时间却一直被视为是可逆转的。比如说一对光子碰撞产生一个电子和一个正电子，而正负电子相遇则同样产生一对光子，这两个过程都符合基本物理学定律，在时间上是对称的。如果用摄像机拍下其中一个过程然后播放，观看者将不能判断录像带是在正向还是逆向播放——从这个意义上说，时间没有了方向。

然而，1998年年末，物理学家们却首次在微观世界中发现了违背时间对称性的事件。欧洲原子能研究中心的科研人员发现，正负K介子在转换过程中存在时间上的不对称性：反K介子转换为K介子的速率要比其逆转过程——即K介子转变为反K介子来得要快。

至此，粒子世界的物理规律的对称性全部破碎了，世界从本质上被证明了是不完美的、有缺陷的。

只有在大学才能学到的

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