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        泡利的失敗

        2009-01-01 00:00:00張森鳳
        閩南風 2009年3期

        1956年,美國56歲的著名科學家泡利已經是科學界的精英,在物理學領域有很高的威信,人們尊稱他為“物理學的良心”、“上帝的鞭子”。但是就在這一年,泡利犯了一個很大的錯誤,使他非常震驚,開始對自己深刻的判斷力有了懷疑。

        這一年,物理學的研究中出現了一件非常奇怪的事情。美國的物理學家發(fā)現一種很奇怪的粒子,人們把它叫K介子。K介子會發(fā)生兩種變化,第一種變化是K介子變成兩個π(希臘字母,讀“派”)介子,第二種變化是變成三個π介子。第一種變化說明K介子具有“偶宇稱”的性質,第二種變化說明K介子有“奇宇稱”性。因為這一原因,物理學家認為K介子有兩種:把發(fā)生第一種變化的K介子叫做“e介子”(e是希臘文字母,讀“斯衣達”);把發(fā)生第二種變化的K介子叫做“T介子”(T也是希臘字母,讀\"套\")。物理學家們發(fā)現,T介子和e介子性質很相似。對這一點,他們心中雖然有點疑問,但沒有太為這件事操心。

        那么,什么是被物理學家稱為的“宇稱”呢?原來,“宇稱”是一種描述物體性質的一個物理量,就像其他物理量如質量、重量、電量一樣。宇稱有個特點,可以分成“奇”、“偶”兩種,因此有“奇宇稱”和“偶宇稱”之分,就像算術中的數分為“奇數”和“偶數”一樣。

        在微觀世界里的任何變化中,有一條被物理學家們都承認了的定律,即“宇稱守恒定律”。這條定律告訴我們,在任何一種變化的開始和終了,宇稱的奇和偶是不會改變的。變化前是偶宇稱,變化后一定仍然是偶宇稱;變化前是奇宇稱的,變化終了也只能是奇宇稱。這種不變的性質叫做“宇稱守恒定律”。這條定律在1957年以前,被物理學家們一致認為在任何情形下都永遠正確,是一條\"放之四海而皆準\"的永恒真理。

        正因為有不能懷疑的宇稱守恒定律,所以人們才肯定地認為,e介子和T介子是不同的粒子,否則,K介子在某種情形下變成了偶宇稱,在另一種情形下又變成了奇宇稱,那宇稱守恒定律豈不就被推翻了?那還了得!

        就這樣,10多年過去了。但隨著測量技術越來越精細、準確,物理學家們開始有些著急和不安了。物理學家們發(fā)現,e介子和T介子不僅有完全相同的質量,而且它們的電量和壽命等等物理性質,都完全相同。這就奇怪了,為什么這兩個介子除了宇稱以外,其他性質都完全相同呢?難道它們有可能是同一種粒子?

        不能,萬萬不能!如果真是同一種粒子,那就違背了宇稱守恒定律。宇稱守恒定律是萬萬不能違背的,e介子和T介子“命里注定”只能夠是兩種不同粒子。這在當時幾乎是所有物理學家的意見。

        但是,兩種不同的粒子有這樣完全相同的性質,也是前所未有的。以前的經驗證實,凡不同的粒子,總有許許多多不同的地方,而e介子和T介子除了宇稱以外,其他性質一模一樣。這真是奇怪呀:物理學家們都不懂這是什么原因。于是,人們把這個疑問稱為“e-T之謎”。

        物理學家們?yōu)榱诉@個謎而大傷腦筋,百思不得其解。一位物理學家形容當時的困境說:“物理學家們那時的處境,很像有人在漆黑的屋子里摸索出口;這個人知道在某個地方應當有一個門,但卻不知道門在哪個方向?!?/p>

        正在這個關鍵時刻,由中國來到美國不久的楊振寧和李政道,經過仔細研究,共同提出了一個石破天驚的新猜想:在K介子衰變的過程中,“宇稱”是不守恒的。楊振寧和李政道的猜想一提出來,在物理學界就激起了軒然大波,幾乎沒有一個物理學家相信他們是正確的。

        楊振寧和李政道知道,要想讓大家信服,只有用實驗證明??上麄儍晌皇菍8憷碚摰模粫鰧嶒?。他們決定請中國來美國時間比較久的吳健雄來做這個實驗。

        這時,全世界物理學家都翹首以待,等待吳健雄的實驗結果。泡利也很關心吳健雄的實驗,但泡利非常肯定地認為:楊振寧和李政道一定錯了,宇稱守恒絕對不可能有任何違反。他對人說:“我不相信左右會不對稱。我敢打賭,吳健雄的實驗結果,一定會得出宇稱守恒的結果。我已經準備好了一筆大賭注?!苯^大部分物理學家都相信泡利的話是對的。

        但是,半年過后,到1957年初,實驗結果出來了:楊振寧和李政道他們猜對了!在弱相互作用的情形下,宇稱果然不守恒!

        這一下可讓許多物理學家感到極度的震驚和迷惘。1957年1月27日,泡利給一位朋友的信中寫道:“現在,在最初的震驚過去以后,我開始鎮(zhèn)定下來了。事情的發(fā)展的確很有戲劇性……幸虧沒有人跟我打賭,否則我要輸掉一大筆錢?,F在只損失了一點名譽,好在我的名譽不小,損失一點還沒什么關系?!?/p>

        為什么這么多優(yōu)秀的物理學家在宇稱守恒面前都犯了錯誤,連泡利這樣聰明過人的大師,都顯得毫無作為,而三位年輕的華裔學者,卻能比較順利地解決了難題呢?這恐怕很有探究的價值。

        在中國古老的文化背景中,素來就強調“理無常是,事無常非”,強調相互辯證的轉化。例如中國的太極圖就明顯地顯示出對稱中有不對稱,不對稱中有對稱:丑中有美,美中有丑;陰中有陽,陽中有陰;悲中有歡,歡中有悲;對中有錯,錯中有對等等。而西方文化背景,尤其是近代的西方文化背景中,比較強調

        “絕對”,容易走極端。這種文化背景,可能影響了泡利等西方的物理學家們,使他們犯了一次大錯;而中國學者卻因此受益匪淺。

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