送別楊振寧先生，重溫“宇稱不守恒”

2025年10月18日，楊振寧先生因病逝世。他的一生，見證并推動了20世紀科學史上的諸多重大突破。而在眾多成就之中，“宇稱不守恒”的提出與證實，無疑是具有劃時代意義的里程碑事件。

20世紀50年代，在傳統物理觀念根深蒂固、宇稱守恒定律被普遍奉為鐵律的年代，楊振寧與李政道以卓越的洞察力和科學膽識，對這一基本定律提出質疑，并與實驗物理學家吳健雄等共同推動了相關實驗的完成。

1957年，宇稱不守恒被實驗證實，震動了全球科學界，開辟了現代粒子物理學的新紀元。今日追憶這段歷史，不僅是對楊振寧先生學術生涯的致敬，更是對科學精神與創新勇氣的深刻緬懷。

1922年，楊振寧出生于中國合肥，23歲時到美國，欲拜費米為師。當他抵達紐約的哥倫比亞大學時卻發現費米已經去了芝加哥大學。于是他不慌不忙追到芝加哥，在這里，他跟隨費米學習，1948年取得博士學位。也就是在這里，

楊振寧與李政道

他遇到了李政道，其實，他們在中國時早就認識。楊振寧在1954年和米爾斯（Robert Mills，1927—1999）提出了當時叫做楊?米爾斯規范不變場的理論，為量子場論奠定了基礎。

李政道1926年出生于上海，1946年赴美國念研究生課程——他當時甚至還沒有讀完大學本科。芝加哥大學是唯一一所允許他入學的大學： 這對李政道來說實在是幸運，因為這里有一些當時最杰出的物理學大師。他抓住有利的條件努力深造，1950年獲得了博士學位。

李政道、楊振寧后來又在新澤西的普林斯頓高等研究所共事過一段時間，然后楊振寧留下在1955年成為物理學教授，而李政道在1953年接受了哥倫比亞大學的職務。紐約離新澤西不遠，所以他們兩人往往是每個星期聚會一次，交換意見。

那個特殊的下午在白玫瑰餐館談話的主題是所謂K介子的“奇異粒子”，它似乎有兩種不同的衰變方式——一種是右手方式，另一種是左手方式。一般來說，這種情況不應該發生——其他各種粒子并不發生這種情況。K介子衰變的方式似乎違反了重要的物理學原理： 宇稱守恒定律。宇稱守恒定律和能量守恒定律、物質守恒定律一樣，在預言自然界行為時似乎向來正確。

設想你站在鏡子前面。你的右邊在鏡像里成了左邊。如果你的頭發往右邊分，在鏡子里看上去卻是往左邊分，現在想象把像的其余部分倒過來，頭部變底部，前面變后面。宇稱守恒定律說的是，如果你采用一個系統，使其中的每件東西都以這種方式發生轉換，這一系統將展現完全相同的行為。

宇稱有兩種可能值： 奇和偶。宇稱守恒定律說的是，如果你在反應或變化之前是奇宇稱，則在結束時也應該是奇宇稱。也就是說，當粒子之間相互作用形成新粒子時，在方程式兩側應該宇稱相同。

K介子的問題在于： 當它們衰變時，有時衰變成兩個π介子，兩個都是奇宇稱（加在一起就成了偶宇稱）。有時它們又會衰變成三個π介子（加在一起又成了奇宇稱）。就好像你照鏡子，你的右手的像反射回來有時在右邊，有時在左邊。方程式的兩側本來應該完全互為鏡像，但是它們卻并不總是這樣。物理學家試圖解釋這一現象，于是提出會不會是有兩種不同類型的K介子，一種是奇宇稱，一種是偶宇稱。但是楊振寧和李政道認為這也許不是正確的解答。這些介子在其他每個方面都完全相同，也許有某些原因在起作用。

李政道和楊振寧互相問道，有沒有可能宇稱守恒不適用于這些“奇異粒子”？也許它們實際上就是一種K介子，而不是兩種。也許宇稱守恒似乎不被遵守的原因是，這一原理不適用于弱相互作用。他們知道，從來沒有人檢驗過這一可能性，于是他們開始思考哪些情況可以測試這一前提。這就是所謂的“宇稱的失效”，不是整體廢黜，只是在一個領域里的失效，這個領域就是弱相互作用。

兩人隨即起草一篇論文，題為《弱力中宇稱守恒的問題》，不久后發表。在這篇論文里，他們回溯了一系列反應并且考察有哪些實驗暗示在弱力中不遵守宇稱（即鏡像對稱）的可能性。怎樣才能檢驗這一思想？他們認為，如果你能考察β衰變（弱相互作用的一個領域）中的自旋核所發射的電子的方向，例如，可以看到電子偏愛哪一個方向，就能給出答案。

這一理論，是李、楊的頭腦里通過合作而產生的。但是在科學中一個理論是否有價值，全在于它是否經得起實驗的檢驗。如果經得起，它就開拓成為一個大的研究領域，產生富有挑戰性的新問題，并且讓舊思想壽終正寢。

李、楊的實驗搭檔吳健雄（Chien?Shiung Wu，1912—1997）立即付諸行動。吳健雄是哥倫比亞大學的物理學教授，李政道的同事。她是一位杰出的、意志堅強的實驗物理學家，專業正是放射性衰變。她以對學生嚴格和苛刻而出名，對自己的工作更是苛刻，精力充沛。

這一次吳健雄做的實驗非常及時復雜且干凈利落。她決定用鈷60，這種放射性物質會衰變成鎳核、中微子和正電子。吳健雄需要用儀器“監視”的是正電子從核中逸出時的自旋。但是她必須確保鈷60樣品的核都是沿同一方向旋轉，這樣核的旋轉才不會影響被輻射粒子的自旋。為了做到這一點，吳健雄設計了一個非常復雜的實驗，要用到華盛頓特區美國標準局的低溫設備，把鈷的溫度降至非常低，只高于絕對零度一點點。

吳健雄，她的實驗證明李、楊有關宇稱守恒的思想是正確的。

到了1957年初，吳健雄開始獲得驚人的結果。在新年過后第一個星期的工作午餐中，李政道對他的同事說： “吳健雄來了電話，說她的原始數據表明有重大效應！”不久吳健雄的結果出來了——宇稱不適用于弱力。這年年底，李政道和楊振寧由于他們的遠見卓識贏得了諾貝爾獎。

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觀點資料來源：《科學的旅程》

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