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1.47 宇称为什么不守恒

1.47 宇称为什么不守恒侯工1. 宇称守恒宇称守恒理论是由德国女数学家艾米·诺特（1888-1927）提出来的 。“宇称” ， 就是指一个基本粒子与它的“镜像”粒子完全对称 。 人在照镜子时 ， 镜中的影像和真实的自己总是具有完全的对应性 ， 例如容貌、装扮、表情和动作都一一对应 ， 这叫做所有性质完全相同 。 同样 ， 一个基本粒子与它的“镜像”粒子的所有性质也完全相同 ， 它们的运动规律也完全一致 ， 这就是“宇称守恒” 。例如 ， 一个粒子顺时针旋转 ， 它的镜像粒子从镜中看起来是逆时针旋转 ， 但是这个旋转的所有定律都是相同的 ， 因此 ， 镜内境外的粒子是宇称守恒的 。按照诺特定理 ， 与空间反射不变性（所谓空间反射 ， 一般指的是镜像）对应的就是宇称守恒 。现代物理将物质间的相互作用力分为四种：引力、电磁力、强力和弱力 。 宇称守恒理论除了弱力在几乎所有的领域都得到了验证 。 在强力、电磁力和引力作用的环境中 ， 宇称守恒理论都得到了很好的验证：粒子在这三种环境下表现出了完全的对称 ， 例如能量守恒 ， 速度守恒 ， 质量守恒等 。2. 宇称不守恒其实 ， 诺特的宇称守恒理论是有条件的 。 在弱力条件下就不成立 ， 因为弱力是膨胀力在微物质里的作用力 ， 是专门负责分解物质的 。在1956年 ， 两位美籍华裔物理学家李政道和杨振宁 ， 从宇宙射线里观察到两种新的介子（质量介于质子和电子之间的粒子即不完整的质子）：θ和τ 。 这两种介子的自旋、质量、电荷与寿命等完全相同 ， 很多人都认为它们是同一种粒子 。 但是 ， 它们却具有不同的衰变模式：θ衰变时会产生两个π介子 ， τ则衰变成三个π介子 ， 这说明它们遵循着不同的运动规律 。假使τ和θ是不同的粒子 ， 它们怎么会具有一模一样的质量和寿命呢？而如果承认它们是同一种粒子 ， 二者又怎么会具有完全不一样的运动规律呢？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（互为镜像）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 。李政道和杨振宁因为发现了宇称不守恒而获得诺贝尔奖 。3. 宇称为什么不守恒现在关键问题是 ， 宇称为什么不守恒？李政道、杨振宁和吴健雄都证实了宇称不守恒 ， 但是他们不知道宇称为什么不守恒 。 在不了解最小粒子之前 ， 人们不可能正确回答这个问题 。现在回到“（1）假使τ和θ是不同的粒子 ， 它们怎么会具有一模一样的质量和寿命呢？而如果承认它们是同一种粒子 ， 二者又怎么会具有完全不一样的运动规律呢？”和“（2）两套装置中的钴60互为镜像 ， 但放射出来的电子数为什么有很大差异？”这两个问题 ， 人们百思不得其解 。其实 ， 这些都是最小粒子在作怪 。最小粒子有能量和运动 ， 而没有质量 ， 没有自旋 ， 也没有电磁性 ， 因此人们不可能感知它 ， 还以为它不存在 ， 是绝对的虚无 。 但事实上它是存在的 ， 并且充满整个宇宙空间 。 它构成了宇宙球面 ， 是光和力的传播介质 ， 而且牵引着宇宙万物同步前进 。在问题（1）里 ， 虽然τ和θ是同一种粒子 ， 但是在衰变时却是随机的 。 比如在观察θ衰变时会产生两个π介子 ， τ则衰变成三个π介子 ， 那是因为θ衰变时 ， 其中有个π介子已经进一步分解了 ， 甚至有部分已经分解成为最小粒子 ， 变得无影无踪了 。 同理 ， 在问题（2）里 ， 放射出来的电子数分解速度也不一样 ， 有的分解快了 ， 快到已经分解成为最小粒子了 ， 在眼前消失了 ， 当然放射出来的电子数就有很大差异了 。这两个实验 ， 相当于你有两只耳朵 ， 但是镜子里只看到一只耳朵 ， 吓你个半死 ， 这就是宇宙玩的魔术 。 在弱力作用下 ， 宇宙可以使宇称守恒变得宇称不守恒 。 如果宇称总是守恒的 ， 物质就不能分解 ， 世界就没有变化 ， 宇宙也就不能运动了 。在宇称不守恒中 ， 虽然质量不守恒 ， 但是物质是守恒的——最小粒子的总数是守恒的 。


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