第563章 空间镜像对称！宇称不守恒！华夏的绝世天骄们！
    当李奇维提出“宇宙来源于不对称”时，所有人都觉得不可思议。
    这个世界上确实有很多不对称的现象。
    比如人的外形虽然对称，但内脏是不对称的，人只有一个心脏，还存在于左半部分身体。
    星球也不是标准的圆球，而是有一点“椭圆形”。
    但是在物理学领域，对称的概念，不仅仅只是“对折”那么简单。
    物理学家们在乎的是更本质更底层的对称。
    时间对称、空间对称等。
    对称是框架，不对称是细节！
    只要框架对了，细节怎么样都无所谓。
    所以，虽然诺特的论文在物理大佬们看来，没啥值得讨论的，但是它的正确性是毋庸置疑的。
    而且诺特还把守恒跟对称联系在一起，也算是开拓创新了。
    但也仅仅如此了。
    可是，如果你非要震惊学界，震惊大佬，该怎么做呢？
    物以稀为贵，这句话放在物理研究领域同样适用。
    对称、守恒，物理学家觉得是理所应当的，自然界就是这样的。
    但若是你提出“不对称、不守恒”，那绝对能惊爆眼球！
    当所有人高呼宇宙对称的时候，李奇维突然说“不对称”。
    造成的轰动可想而知！
    此刻，会场沸腾了！
    所有人震撼不已，激烈地讨论着。
    “我觉得布鲁斯教授的这个猜想太大胆了！”
    “如果没有对称性，世界早就乱套了。”
    “相比第二种猜想，我还是觉得第一种猜想更合理。”
    “.”
    普朗克、爱因斯坦等大佬们，也在兴奋地交流着。
    不过，他们倒是没有第一时间反对，而是保持着谨慎的态度。
    毕竟量子力学发展到现在，已经颠覆了太多所谓的常识和直觉了。
    这个世界的本质到底是什么，没人敢拍着胸脯保证。
    “也许宇宙在某个东西上就是不对称的。”
    李奇维看着众人各种各样的表情，心中感慨。
    由诺特定理发展而出的，有一个大名鼎鼎的概念：宇称不守恒！
    在后世，很多人都听过这个名词，但是100人里面恐怕都没有一个人能清楚知道它到底是什么。
    因为绝大多数关于它的科普内容都是错的。
    提到宇称不守恒，就不得不提华夏的两大绝世天骄：杨振宁和李政道。
    真实历史上，诺特在发表诺特定理，提出守恒量和对称性的关系后，在物理学界的影响不是很大。
    因为当时连量子力学都没有发展起来呢，物理学家们找不到该定律的作用。
    但是，依然有一小部分物理学家愿意研究这个小众的领域。
    维格纳就是其中之一。
    在见识到妹婿狄拉克的绝世天资后，维格纳意识到，量子力学的主流内容已经被那些变态们给霸占完了。
    普通物理学家只能蹲在下面可怜兮兮地喝汤。
    因此，他决定另辟蹊径。
    诺特定理已经证明，守恒必然来源于对称。
    而且诺特还给出了三个例子。
    时间平移对称→能量守恒；
    空间平移对称→动量守恒；
    空间旋转对称→角动量守恒。
    所以，维格纳就想，如果自己能发现一个全新的对称，那岂不是就能提出一个全新的守恒定律？
    这绝对是能震惊物理学界的成果！
    说干就干！
    他还要震惊冯·诺依曼呢！
    但是，对称这玩意可不是那么好发现的。
    诺特定理中，已经把时间、空间都涉及了，还有什么其它对称吗？
    维格纳确实有物理天赋，而且他的运气还很好。
    有一天，他在照镜子的时候，看到自己的帅脸，突发奇想：
    “咦，镜子中的我和镜子外的我，不也是一种对称吗？”
    “镜像对称！”
    哗！
    犹如醍醐灌顶一般，维格纳激动地手舞足蹈。
    他发现了一种新的空间对称！
    不，应该说不是他发现，而是他想到了。
    毕竟，镜像对称这玩意不是啥新东西，在化学分子领域太常见了。
    即便如此，至少目前还没有人研究过这种对称性在物理学中的意义。
    维格纳仿佛已经看见诺奖在招手，各个大学争相邀请他担任教授的美好未来了。
    镜像对称怎么理解呢？
    如果有一面镜子，一个物理过程发生在镜子外，那么镜子内的过程应该也是同样的结果。
    比如你在镜子外抛出一个苹果，然后落地，那么镜子内的苹果同样会落地，而不是飞上天。
    后世，很多科普号就是用类似以上的例子来解释“宇称不守恒”的。
    听起来特别形象易懂。
    比如你和镜子里的自己猜拳，你出拳，镜子里的你却出了布。
    这就是所谓的宇称不守恒。
    这时，你肯定会觉得：
    “哇，好腻害！我竟然听懂了哎！”
    可惜，这种比喻是错的！
    其内涵也是错的！
    维格纳是个严谨且有天赋的物理学家，他立刻就意识到，镜像对称只是一种形象的比喻而已。
    因为镜子中的世界并不是真正的世界！
    不管是时间平移，还是空间平移，又或者是空间旋转，这些过程都是发生在真实世界中的。
    你第一天在三楼做实验，第二天还是在三楼做实验，两次都是在同一个世界。
    但镜子内外却截然不同！
    所以，维格纳必须想办法，把镜像对称这种形式转换成严格的【物理语言】。
    即让这个对称过程，发生在真实世界中。
    他仔细研究后发现，所谓的镜像对称可以这样理解：
    “在一个物理系统里，其中所有向量的方向，都根据镜像对称的方式，翻转过来。”
    “那么此时，整个物理系统就全部反过来了。”
    “系统的所有过程左右相反，但其它方面保持不变。”
    就好比人的左右手，就是镜像的。
    又比如一个旋转的小球，顺时针旋转和逆时针旋转，也是一种镜像。
    而且，它们都发生在真实的空间内，而不是镜子内。
    至此，维格纳终于把这种新对称用物理语言梳理清楚了。
    他定义为“空间镜像对称性”。
    但紧接着，严谨的维格纳又发现了一个致命的问题。
    空间镜像对称性不符合诺特定理的定义！
    还记得诺特定理的原话吗？
    【系统中，每个连续的对称性，都对应着一个守恒量。】
    请注意“连续”这个词。
    时间平移是连续的，空间平移是连续的，空间旋转也是连续的。
    但是空间镜像不是连续的过程！
    镜像对称是一边直接换到另一边，没有中间过程，是间断的。
    所以，它是不符合诺特定理的描述和证明的。
    维格纳顿时有点心灰意冷。
    但已经走到这个地步了，他不想中途放弃。
    于是，他干脆抱着试一试的心态。
    “或许这种不连续的对称性，也能有对应的守恒量呢？”
    “总归要试一试。”
    那么，空间镜像对称到底对应什么量的守恒呢？
    经过了深入的研究之后，维格纳提出：
    “空间镜像对称对应【宇称守恒】！”
    宇称这个词非常容易引起误解，翻译的不是很好。
    在中文里，上下四方曰宇，古往今来曰宙，所以宇表示的就是空间。
    那么宇称，顾名思义就是指空间对称。
    但这个内涵显然不符合维格纳的本意。
    宇称守恒，宇称应该是和能量、动量等类似的物理表征量。
    但“空间对称”这个词显然跟能量不太搭嘎。
    “空间对称”守恒，怎么听怎么别扭。
    这时，如果看宇称的英文名字，就非常好理解了。
    宇称守恒的英文原版名字是“parity conservation”。
    其中conservation是守恒的意思，而parity被翻译成了宇称。
    但是它的本意其实是“平等、相等”，在物理里被引申为“奇偶性”。
    所以，宇称守恒其实就是奇偶守恒。
    那么奇偶守恒又是什么意思呢？
    这就要用到数学的概念了。
    小学三年级我们就学过，函数有奇函数和偶函数的区别。
    如果f（-x）=f（x），那么函数f（x）就是偶函数。
    如果f（-x）=-f（x），那么函数f（x）就是奇函数。
    在量子力学中，波函数也是一个数学函数。
    虽然它不是常规意义上的奇函数或者偶函数，但是它有着类似的“奇偶性”。
    可以通过奇和偶来定义波函数的种类。
    前面说了，空间镜像对称是不连续的，所以它不符合诺特定理。
    但是维格纳灵机一动，既然这种对称是间断的，那么或许它适用于量子力学呢。
    毕竟量子力学就是专门研究不连续的理论。
    所以，维格纳通过严格的数学证明后，大胆提出：
    任何两个互为镜像对称的物理系统，它们里面包含的量子的波函数的奇偶性守恒。
    即，如果系统a中波函数有偶性，那么通过空间镜像对称转换成系统b后，b中的量子的波函数同样是偶性。
    这种守恒就是所谓的奇偶守恒，也就是宇称守恒。
    宇称守恒概念一经提出，立刻轰动了物理学界，维格纳名声大噪。
    物理学家们几乎不假思索地就接受了这个理论，甚至都没有经过实验验证。
    原因很简单也很朴素。
    “大自然喜欢对称！”
    “对称的就是最和谐最美的！”
    后来，随着量子力学、粒子物理的发展，物理学家的实验手段越来越强。
    宇称守恒果然不出所料，确实被证明是对的。
    物理学家们在引力、电磁力、强力中，都验证了宇称守恒现象。
    这时，大家都非常兴奋。
    虽然弱力中的宇称守恒还没有验证，但不用想肯定也是对的。
    如果故事只到这里，那确实是一个皆大欢喜的结局，我们的宇宙是对称的，和谐的。
    可惜，不是。
    不久，出现了一个小问题，困扰着众人。
    那就是著名的【θ-t之谜】。
    当时，物理学家通过对撞机，发现了两种新粒子：θ粒子、t粒子。
    研究发现，这两种粒子的物理性质非常相似，几乎可以说是一样的。
    质量相同、所带的电荷相同，甚至连寿命都是差不多的。
    因此，有人认为，θ粒子和t粒子其实就是同一种粒子。
    但很快，一个奇怪的实验结果否定了这种观点。
    物理学家发现，θ粒子和t粒子的衰变产物是不一样的！
    θ粒子会衰变为2个粒子，而t粒子却衰变为3个粒子。
    很显然，这个实验充分说明θ粒子和t粒子并不是同一种粒子！
    此外，物理学家还验证了两种粒子的奇偶性不同。
    θ粒子的衰变产物的波函数是偶性，那么根据宇称守恒，θ粒子的波函数应该是偶性。
    而t粒子的衰变产物的波函数是奇性，因此，t粒子的波函数是奇性。
    现在问题来了，两种粒子不仅衰变产物不一样，奇偶性也不一样。
    按理来说，它们很明显是不同的粒子。
    但是测量结果又显示，两种粒子的性质可以说完全一致，最多有一些测量上的误差而已。
    如此匪夷所思的现象，让当时的所有物理学家都摸不着头脑，觉得不可思议。
    这就是所谓的“θ-t之谜”。
    直到两位年轻的华人物理学家对这个问题产生了兴趣。
    他们就是大名鼎鼎的杨振宁和李政道。
    二人系统地梳理了整个实验，发现了一个奇怪的点。
    那就是衰变是弱力支配的范畴。
    而根据已知的实验，宇称守恒在引力、电磁力、强力中都得到了验证，却唯独没有在弱力中得到验证。
    因为物理学家们都默认，宇称守恒在弱力中肯定也是正确的。
    年轻果然好啊！
    胆大！
    杨李二人在检索了大量资料后，提出了一个惊人的猜想：
    “如果宇称在弱力中并不守恒呢？”
    轰！
    这个惊世骇俗的猜想，把两人都吓了一跳，实在太大胆了！
    但但是如果真的承认宇称不守恒，那么就能完美解释θ-t之谜了。
    θ粒子和t粒子其实就是同一种粒子，假设叫x粒子。
    因为宇称在弱力下不守恒，所以当x粒子发生衰变时，产生了不同的镜像变化，出现了两种衰变过程。
    若x粒子衰变为2个粒子，那么它就是θ粒子，而衰变为3个粒子，它就是t粒子。
    逻辑简直完美！
    当杨李二人把论文发表后，简直掀起了物理学界的滔天巨浪！
    所有人都认为他们两个疯了。
    “不可能！绝对不可能！”
    就连当世的很多超级大佬们也不认可。
    他们觉得这简直和推翻能量守恒定律一样可笑。
    是的，在当时的物理学界，宇称守恒和能量守恒都是颠之不破的真理。
    杨振宁李政道是谁？
    哗众取宠！
    泡利甚至公开和人打赌，如果宇称不守恒，他就给对方一千美元。
    不得不说，泡利的脸皮确实够厚，不知道被打了多少次了。
    为了验证自己的猜想，杨李二人希望找到牛逼的实验物理学家来帮助他们，用实验验证。
    可惜，没有人愿意帮助两个异想天开的华夏人。
    就在这时，一个同为华裔的女性出手了！
    她就是大名鼎鼎的吴健雄！
    同为华裔，吴健雄自然对杨李二人很有好感，鼎力相助。
    凑巧的是，当时的吴健雄正好是研究β衰变的实验物理学家，她对这个实验再熟悉不过了。
    于是，三人合力，研究出一个可行的实验方案。
    科学历史的车轮终于被华夏人转动了！
    实验方案听起来非常简单：
    首先找到一种具有放射性的粒子，然后分成两个部分，让其中一部分的自旋向左，另外一部分的自旋向右。
    如此一来，这两部分粒子就满足空间镜像对称。
    这时候，观测和记录两边粒子在发生β衰变时，其产生的放射线的性质是否满足宇称守恒。
    最后，吴健雄根据自己的经验，选择了钴元素作为放射源。
    钴元素衰变后会变成镍元素，并释放电子、中微子和γ射线。
    其中电子是非常友好的粒子，很容易观测。
    因此，只要检测放射出的电子的情况，就能完成实验。
    方案搞定，接着就开始实验！
    实验最难的一步就是制作出自旋不同的两种钴原子。
    为此，吴建雄动用了自己的一切人脉关系，借到了当时美国最先进的低温装置。
    它能把钴原子冷冻到无限接近绝对零度。
    这时候的钴原子非常稳定。
    然后，吴建雄再利用强磁场，把其中一部分钴原子的自旋方向极化，使其自旋相反，从而满足镜像对称关系。
    实验正式开始！
    此时，结果有两种可能的情况。
    第一种，向左自旋的钴原子，其放射出的电子向右自旋；向右自旋的钴原子，其放射出的电子向左自旋。
    这说明二者的衰变行为是一样的，宇称守恒。
    第二种，向左自旋的钴原子，其放射出的电子向右自旋；但向右自旋的钴原子，其放射出的电子也向右自旋。
    这说明二者的衰变行为是不同的，宇称不守恒。
    （奇偶和自旋的关系，大家不用了解）
    可想而知，当时杨振宁、李政道、吴健雄三人在等待实验结果时的心情是什么样的。
    实验结果出来了！
    是第二种！
    皇天不负有心人！
    他们证明了宇称不守恒！
    那一刻，三人喜极而泣！
    当论文发表的时候，造成了物理学界的超级大地震。
    很快，不断有其他团队重复了吴健雄的实验。
    实验结果全部证明，宇称在弱力下不守恒！
    物理学界沸腾了！
    仅仅第二年，1957年，杨振宁和李政道就因此获得了物理诺奖。
    这放在整个诺奖的颁奖史上，都是极其罕见的速度，可见其震撼性！
    当初被所有人看不起的两个年轻人，一跃成为当世最顶级的物理大佬，傲视群雄！
    泡利的脸顺便也被打肿了。
    当时杨李二人还是华夏籍，因此这是华夏在物理学界的突破！
    但可惜的是，女中豪杰，号称“东方居里夫人”的吴健雄却无缘诺奖。
    不久，整个物理学界都慢慢接受了宇称不守恒的事实。
    而宇称不守恒其实就意味着空间镜像并不对称。
    至少在物理学领域的弱力下，空间镜像并不对称。
    这种不对称破坏了大自然的美感。
    就好像上帝是个拙劣的画家，又或者宇宙的创造者是个蹩脚的程序员。
    为什么要在那么和谐完美的宇宙系统中，塞了这样一个“bug”进来。
    于是，有部分大佬依然不甘心，想给这个bug打上一个补丁。
    朗道就是其中之一，他提出了一个极其巧妙的观点。
    不过，那就是另外一段故事了。
    现在，让我们再回过头看，那个镜子的描述。
    此时，大家应该知道，宇称不守恒和镜子其实没有任何关系。
    用猜拳行为来解释也是不对的。
    如果你非要用镜子和猜拳来比喻，讲给小学生听，可以这样说：
    “宇称不守恒是指粒子在镜子内外的运动特性不一样！”
    “比如你出拳，镜子里的你也出拳，但是它的拳头比你的小。”
    “而不是你出拳，镜子里出布。”
    是【同一个运动的特性】不对称，而不是【不同的运动方式】不对称。
    此外，还有个常见的故事是，如何向外星人解释什么是“左”和“右”。
    你用左手和右手肯定是不行的。
    有人说，宇称不守恒证明了人类可以精确地定义左和右。
    额，这其实也是个误解，纯粹是文字游戏而已。
    宇称不守恒确实打破了对称性，但是和左右没什么关系，你想怎么定义都成。
    你当面给外星人做个钴元素的衰变放射实验，选择其中的一半自旋方向，命名为左或者右都行。
    后来，物理学家将宇称不守恒应用在大爆炸理论中，从而提出正物质比反物质多的猜想。
    而这就是现在李奇维提出的“宇宙来自于不对称”的背后原理。
    可以说，这个猜想领先了时代几十年。
    若干年后，众人才会明白，这是一个多么惊世的预言！
    它超越了时代的眼光！
    此刻，李奇维显然不可能直接提出宇称不守恒，那步子扯得有点太大了。
    他暂时只要提出一个猜想，开辟一个领域即可。
    最后，他大力赞扬诺特的理论，认为其代表了物理学未来发展的一个新方向。
    “从更宏观的角度，从对称和守恒的角度，来重新梳理物理学和这个世界。”
    “对称很美，不对称更美！”
    众人无不感慨：
    “布鲁斯教授太尊重女性了。”
    我担心这本书不一定能写到杨振宁的时代，所以把宇称不守恒提前概述一下。毕竟它太有名了，也是杨的成名之作。
    (本章完)