宇稱是指一種對稱性，要想理解宇稱不守恒為什么這么重要，就要先理解，為什么對稱性這么重要。

對稱性到底有多重要呢？如果沒有對稱性的指導(dǎo)，愛因斯坦不可能發(fā)現(xiàn)相對論，當(dāng)代的理論物理學(xué)家會像失去了燈塔一樣集體在黑暗里抓瞎。物理學(xué)大師費曼曾經(jīng)說過，如果讓他選擇一句話來概括現(xiàn)代科學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)，他會選“世界是原子組成的”。許多當(dāng)代著名物理學(xué)家認(rèn)為，如果有機會再選一句，那么所選的將是“對稱性是宇宙規(guī)律的基礎(chǔ)”。

什么是對稱？

一提到對稱，許多人腦海里會浮現(xiàn)類似天安門這種嚴(yán)格左右對稱的建筑，或者是圓形、正方形這種幾何圖形。再仔細(xì)想一下這些對稱，會發(fā)現(xiàn)它們有的是中軸對稱（天安門），有的是圍繞一個點旋轉(zhuǎn)對稱（圓形、正方形），還有的是相對鏡子里的鏡像對稱?？梢?，對稱的標(biāo)準(zhǔn)可以是多樣的。

對稱性的精確數(shù)學(xué)定義涉及不變性的概念：如果一個幾何圖形在某些操作下保持不變，我們就說這個圖形在這些操作之下具有某種不變性。

一個圓無論旋轉(zhuǎn)多少度，看起來還是那個圓，沒有任何變化，于是我們就說圓具有旋轉(zhuǎn)不變性。同樣圓在鏡子里的圖形還是圓，我們把照鏡子的過程稱為反射，那么，圓也具有反射不變性?？梢韵胂?，任何幾何圖形在鏡子里都能保持不變，所以它們都具有反射不變性。

這是我們辨別對稱常用的思維，但物理學(xué)家更喜歡另一種思維。

以旋轉(zhuǎn)不變?yōu)槔覀兣袛嘁粋€圖形是否具有旋轉(zhuǎn)不變性，就會嘗試旋轉(zhuǎn)這個圖形，看它是否保持不變。這是觀察者不動而圖形動。但是，物理學(xué)家更喜歡使用另外一種方法——圖形不動，觀察者動。

什么意思呢？比如物理學(xué)家判斷一個圖形是否具有旋轉(zhuǎn)不變性，他不是去旋轉(zhuǎn)這個圖形，而是去旋轉(zhuǎn)觀察者，讓觀察者從不同角度看這個圖形是否保持不變。因為運動具有相對性，所以旋轉(zhuǎn)圖形和旋轉(zhuǎn)觀察者，二者本質(zhì)上并沒有區(qū)別。物理學(xué)家這種處理方法的優(yōu)勢在于，在處理復(fù)雜情況時會使問題變得簡單很多，后面你就能體會到了。

以上都只是幾何圖形的對稱，但物理學(xué)家關(guān)心的是物理定律，也就是物理定律的對稱性。

物理定律的對稱

要理解物理定律的對稱性，我們就要把腦袋里的幾何圖形對稱忘掉，回到對稱更一般的數(shù)學(xué)定義上來。前面已經(jīng)提及，對稱性的定義會涉及不變性這個概念——如果一個幾何圖形在某些操作下保持不變，就說這個圖形在這些操作下具有某種不變性。

把上面的幾何圖形換成物理定律，就可以很自然地得到判斷物理定律是否對稱的標(biāo)準(zhǔn)：如果一個物理定律在某些操作下保持不變，就說這個物理定律在這些操作下具有某種不變性。

還是以旋轉(zhuǎn)操作為例，我們來看看牛頓運動定律在旋轉(zhuǎn)這個操作下是否具有旋轉(zhuǎn)不變性。答案是很明顯的。比如一個蘋果從樹上落下，我們不管是仰視、俯視還是平視，都會看到蘋果的下落過程符合牛頓的運動定律：蘋果朝地心的方向加速飛去。不同的觀察角度并沒有總結(jié)出不同運動定律，說明牛頓定律在旋轉(zhuǎn)操作下具有對稱性，牛頓定律符合旋轉(zhuǎn)不變性。

再想想，其實不只是牛頓定律，我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的任何定律都符合旋轉(zhuǎn)不變性，也就是旋轉(zhuǎn)下具有對稱性。麥克斯韋的電磁學(xué)、愛因斯坦的相對論、量子力學(xué)等都是這樣。

再往深層想，旋轉(zhuǎn)不變性的本質(zhì)其實是空間的各向同性。也就是說，只要空間在各個方向上都是均勻的、一致的，不存在這邊密度大一點兒那邊密度小一點兒，那么觀察者從不同方向看到的物理定律就肯定是一樣的，肯定具有旋轉(zhuǎn)不變性。

在這里我們看到，物理定律的旋轉(zhuǎn)對稱性居然和空間本身的性質(zhì)聯(lián)系起來了，有沒有隱約感覺到對稱性的威力？別急，這還只是冰山一角，對稱性的威力還大著呢。

諾特定理

物理學(xué)家研究對稱性絕不是圖好玩，而是因為對稱性里蘊含了巨大的能量。要充分理解對稱性的威力，我們必須先了解一個核彈級別的定理——諾特定理。

諾特定理，是一位叫埃米·諾特的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的定理。這位科學(xué)家被愛因斯坦形容為“數(shù)學(xué)史上最重要的女人”，還被稱為“現(xiàn)代數(shù)學(xué)之母”。諾特在數(shù)學(xué)上的成就這里不多說，她在物理學(xué)上最重要的成就就是發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)代物理學(xué)的燈塔，讓現(xiàn)代物理學(xué)家不再抓瞎的諾特定理。

諾特定理的表述非常簡單，就一句話，但是內(nèi)容非常深刻，它說：物理學(xué)里的連續(xù)對稱性和守恒定律一一對應(yīng)。

這到底意味著什么？對稱性和守恒定律一一對應(yīng)，那就是說每一個對稱性都有一個守恒定律跟它對應(yīng)，每一個守恒定律也有一個對稱性跟它對應(yīng)？那豈不是說我熟悉的能量守恒定律、動量守恒定律也都對應(yīng)了某個對稱性嗎？那上面的旋轉(zhuǎn)對稱、反射對稱又對應(yīng)了什么守恒定律呢？如果它們之間真是這樣一一對應(yīng)的，那么以后我只要在實驗里發(fā)現(xiàn)了新的守恒量，就等于發(fā)現(xiàn)了一個新的對稱性嗎？這太不可思議了……

沒錯，上面想的都沒錯，諾特定理說得明明白白，沒有任何歧義，就是這樣！

另外，關(guān)于諾特定理里連續(xù)對稱性的“連續(xù)”，需要稍微說明一下——在經(jīng)典力學(xué)里，像旋轉(zhuǎn)對稱，我們可以旋轉(zhuǎn)任意的角度，這顯然是個連續(xù)的對稱，而鏡像對稱要么是鏡里要么是鏡外，只能取兩個值，是不連續(xù)的。在經(jīng)典力學(xué)里，守恒定律是跟連續(xù)對稱性一一對應(yīng)的。但是到了量子力學(xué)這里，許多東西都是量子化的，所以這種差異就沒有了。因此，在量子力學(xué)里，即便是鏡像這種不連續(xù)的對稱也有相應(yīng)的守恒定律。

為了讓大家對諾特定理有更深刻的理解，我們先來看看幾個常見的例子。

能量守恒定律的對稱性

諾特定理說對稱性和守恒定律一一對應(yīng)，那么就從我們最熟悉的能量守恒定律開始。既然能量守恒，那么就有一種對稱性與之對應(yīng)，是什么對稱性呢？

直接告訴大家，這種對稱性叫“時間平移不變性”?！捌揭啤本褪菚r間流逝移動的意思，說得再通俗一點就是：我今天做的實驗跟明天做的實驗遵循同樣的物理定律。

有人說這不是很明顯嗎，一個物理定律如果今天成立明天不成立，那還怎么稱為定律？沒錯，物理學(xué)家千辛萬苦尋找各種物理定律，為的就是利用這些定律預(yù)測物體未來的運動情況，如果沒有時間平移不變性，那還怎么預(yù)測呢？

所以，顯而易見，我們目前所有的物理定律都是符合時間平移不變性的，明白了這一點，就知道為什么能量守恒定律的適用范圍這么廣了。

此外，還有動量守恒對應(yīng)空間平移不變性（即物理定律在不同的空間保持不變），角動量守恒對應(yīng)上文提到的旋轉(zhuǎn)不變性。有了這種概念以后，就知道了能量、動量、角動量守恒定律不過是一種對稱性的體現(xiàn)，可見對稱性在物理學(xué)的重要性了。

那么，鏡面的反射對稱呢？物理定律是否遵循反射對稱呢？如果遵循，那么它對應(yīng)的守恒定律又叫什么呢？

宇稱不變性

做了這么多鋪墊，我們文章的主角——宇稱——也該出場了。沒錯，跟鏡像反射對稱（就是左右對稱）相對應(yīng)的守恒量，就是宇稱。宇稱也跟物體的質(zhì)量、電荷一樣，是描述基本粒子性質(zhì)的一個物理量。

所以，我們說物理定律的宇稱不變性，其實就是說物理定律在經(jīng)過鏡面反射對稱處理之后依然保持不變，即鏡子里的世界跟外面的世界遵循同樣的物理定律。

怎么通俗地理解這個事？舉個例子，如果鏡子外面的人用左腳踢了一下足球，足球按牛頓運動定律被踢開，鏡子里面的人會用右腳把這個足球朝另一個方向踢開。現(xiàn)在問題的關(guān)鍵是：鏡子里的人踢足球的過程是否滿足牛頓運動定律？如果滿足，那我們按照定義就可以說牛頓運動定律在鏡面反射對稱下具有不變性，也就是具有宇稱不變性，那這個過程就宇稱守恒。

也就是說，牛頓運動定律具有嚴(yán)格的宇稱不變性，按照牛頓運動定律發(fā)生的過程嚴(yán)格宇稱守恒。其實，不只是牛頓運動定律，在四大基本相互作用力里，電磁力、引力、強力的物理規(guī)律都具有宇稱不變性，由它們支配的過程都宇稱守恒。

但是，剩下的那個弱力呢？

從宇稱守恒到宇稱不守恒

宇稱，也就是鏡面反射對稱，在我們的日常生活中實在太常見、太熟悉了。鏡子里的世界跟鏡子外的世界，也就是左右、順逆互換了而已。直覺告訴我們，并沒有什么定律是偏愛左邊或者右邊的，相對論的成功更是極大地加深了這種思想。

所以，宇稱不變性，也就和其他幾個最基本的不變性（時間平移不變、空間平移不變、旋轉(zhuǎn)不變等）一樣，被物理學(xué)家視為最基本的規(guī)律。

視為最基本的規(guī)律，意思就是說，如果科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了有什么現(xiàn)象似乎違反了這個規(guī)律時，大家首先的反應(yīng)不是這個規(guī)律有問題，而是還有其他沒有考慮進(jìn)來的因素。這里最明顯的就是時間平移不變性對應(yīng)的能量守恒了。有很多次，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)某個物理過程不滿足能量守恒，他們不會懷疑能量守恒出了問題，而是去找有什么新粒子或新現(xiàn)象沒有被發(fā)現(xiàn)，然后就真的找到了這樣的新粒子、新現(xiàn)象。

宇稱不變性也一樣，一路幫助物理學(xué)家過關(guān)斬將，所向披靡，沒有人懷疑宇稱守恒的正確性。直到有一天，從戰(zhàn)火中的中國走出來兩位天才物理學(xué)家：楊振寧和李政道。

首先我們要清楚，向物理世界中這些最基本、最“顯而易見”的理論提出質(zhì)疑，是需要極大勇氣和極高洞察力的，因為一旦這種最底層的理論被動搖，物理學(xué)的世界肯定就要經(jīng)歷地動山搖、天翻地覆。粗算一下，上一次質(zhì)疑如此基礎(chǔ)的概念，還是愛因斯坦對牛頓的絕對時間和絕對空間理論的抨擊，以及量子力學(xué)的革命。

那么，楊振寧和李政道為什么要這么做呢？這個原因還得從弱相互作用，也就是常說的弱力說起。

弱相互作用

我們在自然界發(fā)現(xiàn)的所有作用力最終都可以歸結(jié)為這4種：引力、電磁力、強力、弱力。引力和電磁力我們很熟悉，強力和弱力都發(fā)生在原子核里面，我們平常接觸不到。強力簡單地說就是粘著質(zhì)子、中子、夸克不讓原子核分崩離析的力（否則質(zhì)子都帶正電，它們之間同性電荷產(chǎn)生的排斥力早就把原子核拆散架了），弱力是造成放射性原子核衰變的力，就是中子變成質(zhì)子，質(zhì)子變成中子過程中的力。

弱力出現(xiàn)最典型的一個場景就是β衰變。

原子核由質(zhì)子和中子組成，元素周期表里元素的排序（即原子序數(shù)）就是按質(zhì)子數(shù)排列的。然而，原子核內(nèi)的質(zhì)子和中子并不是固定不變的，在一定條件下，質(zhì)子可以變成中子，中子也可以變成質(zhì)子，這個相互變化的過程就是β 衰變，在這個過程中發(fā)揮作用的就是弱相互作用，即弱力。

最早描述弱力的是費米的理論，而費米，正是楊振寧和李政道的導(dǎo)師。

θ-τ之謎

在20世紀(jì)四五十年代，科學(xué)家在宇宙射線里探測到了許多新粒子，這些粒子并沒有在理論中被預(yù)言，因此被稱為“奇異粒子”。由于宇宙射線有許多人為不可控的因素，為了更好地研究，人們開始自己制造粒子加速器：就是把一些粒子加到很高的速度（因此具有很高的能量），然后讓這些高能粒子去撞各種東西，看看能不能撞出一些新東西來。

不過，雖然手法簡單，效果卻非常顯著：科學(xué)家撞出了一堆稀奇古怪的粒子，其中，物理學(xué)家最感興趣的就是θ和τ粒子。它們有一些奇特難解的特性，被當(dāng)時的物理學(xué)家稱為“θ-τ之謎”。

θ和τ這兩種粒子的生命非常短，很快會衰變成其他的粒子，物理學(xué)家也是通過觀察衰變之后的東西才推測出它們的存在。奇怪的地方在于：θ粒子在衰變的時候會產(chǎn)生兩個π介子，而τ粒子在衰變的時候會產(chǎn)生3個π介子。

有人會說這有什么奇怪的？沒錯，單純看，確實沒什么奇怪的。但是，隨后人們就發(fā)現(xiàn)，θ和τ這兩種粒子無論是電荷、自旋還是質(zhì)量都一模一樣，無論怎么看都像是同樣一個粒子，但是它們的衰變結(jié)果卻不一樣。

澳大利亞的物理學(xué)家達(dá)利茲仔細(xì)研究了這兩個粒子，利用當(dāng)時普遍被接受的物理定律做了一個計算分析，結(jié)果表明θ和τ的宇稱數(shù)不一樣，因此不可能是同一種粒子。

當(dāng)時的局面是，有人認(rèn)為θ和τ是不同的粒子，有人認(rèn)為是相同的粒子，但是認(rèn)為它們相同的人也無法解釋為什么它們的衰變結(jié)果和宇稱數(shù)不一樣（也就是宇稱不守恒）。其實，當(dāng)時一些科學(xué)家已經(jīng)注意到宇稱守恒的成立與否是一個重要的方向，但由于對稱性在理論物理里實在太重要了，要去質(zhì)疑它需要極大勇氣。另外，關(guān)于宇稱的定律在之前的粒子物理里一直都用得很好，因此只要提出宇稱不守恒的想法，很快就會碰到互相抵觸的地方。

如果楊振寧和李政道認(rèn)為宇稱不守恒是解開θ-τ之謎的關(guān)鍵點，那就得先把那些相互抵觸的問題都解決掉，并且還要解釋為什么之前的各種相關(guān)現(xiàn)象并不違反宇稱守恒。

當(dāng)然，他們做到了！

弱相互作用下的宇稱不守恒

前面我們提到，基本相互作用力里的強力和弱力都是在原子核發(fā)生的，因此，這兩種力很容易攪和在一起。有些物理學(xué)家即便感覺宇稱可能不守恒，但是一旦他們認(rèn)為宇稱在強力和弱力下都不守恒，接下來肯定會碰到滿頭包。

楊振寧和李政道敏銳地發(fā)現(xiàn)了這一點：把原子核黏在一起的是強力，原子核發(fā)生衰變是弱力，如果把這兩個過程的對稱性分開來看，也就是說，假如我只認(rèn)定宇稱在強相互用力中守恒，而在弱相互作用中不守恒，那θ-τ之謎看起來就容易多了。

把強、弱相互作用區(qū)分討論宇稱性，這是一個很美妙的想法。如果弱相互作用下宇稱不守恒，那么θ和τ粒子就可以看作同一個粒子不同衰變方式，于是楊振寧和李政道就把目光鎖定到弱相互作用去了。因此，雖然θ和τ粒子的衰變過程也是弱相互作用，但是我們對它了解有限，既然要研究，那當(dāng)然是研究我們最熟悉的弱相互作用——β衰變。

所以，楊、李二人立馬就對過去已有的各種β衰變進(jìn)行計算考查，結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)：在過去所有的β衰變實驗里，實驗結(jié)果都跟β衰變中宇稱是否守恒完全沒有關(guān)系。這是一個令人震驚的結(jié)果，也就是說，在過去那些有弱相互作用參與的β 衰變實驗里，宇稱守恒與否并不會影響他們的實驗結(jié)果，所以楊振寧和李政道的想法并沒有被過去的實驗證偽。

當(dāng)然，也沒有被證實。

后來，楊振寧這樣描述他們對這個結(jié)果的反應(yīng)：長久以來，在毫無實驗根據(jù)的情況下，人們都相信弱相互作用下宇稱守恒，這是十分令人驚愕的。但是，更令人驚愕的是，物理學(xué)如此熟知的一條時空對稱定律面臨破產(chǎn)，我們不喜歡這種前景，只是因為試圖理解θ-τ之謎的其他各種努力都?xì)w于失敗，我們才不得不考慮這樣一種情景。

現(xiàn)在新的問題來了：既然β衰變是典型的弱相互作用，那么為什么我們之前做的那么多β衰變的實驗都剛好跟宇稱守恒無關(guān)呢？經(jīng)過一番苦思冥想之后，楊、李發(fā)現(xiàn)了問題的關(guān)鍵：要用實驗檢驗弱相互作用中宇稱是否守恒，就必須測量贗標(biāo)量（一個跟核的自旋和電子的動量相關(guān)的物理量），而之前的β衰變實驗都沒有測量這個量，所以實驗結(jié)果就跟宇稱是否守恒完全無關(guān)。

認(rèn)識到這一點后，楊振寧和李政道就重新設(shè)計了幾個實驗，并把具體的實驗方法和之前的分析都寫進(jìn)那篇非常著名的論文《在弱相互作用中，宇稱是否守恒？》，然后投給了《物理評論》。但是，等論文發(fā)表時，論文題目卻被雜志的編輯改成了《對于弱相互作用中宇稱守恒的質(zhì)疑》，原因是編輯認(rèn)為一篇論文的標(biāo)題不應(yīng)該是一個問句，雖然楊振寧認(rèn)為前者要好得多。

論文發(fā)表后，雖然他們在文章里對“弱相互作用下宇稱不守恒”的問題做了詳盡的討論，還提出了一些可以檢驗的實驗辦法。但是，由于宇稱守恒過去在各個方面表現(xiàn)得實在太好了，而且這些實驗也都不是那么簡單的，所以他們的論文一開始并沒有引起什么熱烈的反應(yīng)。

實驗女王吳健雄

當(dāng)時，想請一位實驗物理學(xué)家來做驗證宇稱是否守恒的實驗，可不是那么簡單的事。實驗物理學(xué)家考慮的是，是否值得去做這個實驗。楊振寧和李政道雖然提出了幾個具體的實驗方案，但是這些實驗都非常困難。并且，在當(dāng)時的物理學(xué)家眼里，宇稱守恒是絕對可靠的，做這樣的實驗幾乎等于白費精力。這種想法在當(dāng)時非常主流。

有一個叫拉姆齊的實驗物理學(xué)家后來也想做驗證宇稱是否守恒的實驗，費曼告訴他“那是一個瘋狂的實驗，不要在上面浪費時間”，并打賭他的實驗一定會失敗。當(dāng)然，由于橡樹嶺實驗室不支持，拉姆齊最終沒能實施驗證。

眼光毒辣、被稱為“物理學(xué)的良心”的泡利聽說吳健雄在做這個實驗后，他說他愿意下任何賭注來賭宇稱一定是守恒的。后來他自己也開玩笑說，幸好沒有人跟他賭，不然他就得破產(chǎn)了。

而朗道不僅自己公開批評那些質(zhì)疑宇稱守恒的想法，而且直接無視了學(xué)生沙皮羅提請審閱的認(rèn)為宇稱應(yīng)該不守恒的論文。幾個月后，楊振寧和李政道發(fā)表了證明宇稱不守恒的論文，接著吳健雄用實驗做了證明，第二年還去斯德哥爾摩捧回了諾獎，朗道這才追悔莫及。

當(dāng)然，我們也不能說如果朗道沒有無視沙皮羅的論文，蘇聯(lián)就會先發(fā)現(xiàn)宇稱不守恒，然后先得到一個諾貝爾獎。因為，當(dāng)時質(zhì)疑宇稱守恒的人很多，但只是質(zhì)疑沒用。

楊振寧和李政道是極為敏銳地意識到在宇稱守恒這個問題上，要把強、弱相互作用分開，找到了β衰變作為實驗對象，并且設(shè)計包含測量贗標(biāo)量的實驗，得到了吳健雄的鼎力支持（想想拉姆齊的實驗，橡樹嶺實驗中心都不支持，就知道吳健雄的支持有多寶貴了）才得以完成。這所有的環(huán)節(jié)缺一不可，并不是簡單質(zhì)疑宇稱不守恒就能拿諾獎的。

吳健雄的天才在這里不是表現(xiàn)在設(shè)計了多么巧妙的實驗，而是表現(xiàn)在大環(huán)境如此不利的情況下（想想費曼、泡利、朗道都是什么級別的人物），依然全力支持楊振寧和李政道的想法，并且趕在其他實驗物理學(xué)家意識到這個實驗的重要性之前，迅速做出實驗。為此，她拒絕了日內(nèi)瓦的高能物理會議，取消了東南亞的演講旅行，放棄了和丈夫已經(jīng)預(yù)訂的“伊麗莎白王后”號的船票，只為了盡快做出實驗。

吳健雄于1912年在江蘇蘇州出生，被稱為“實驗核物理的執(zhí)政女王”“東方的居里夫人”。她參與了曼哈頓計劃，是美國物理學(xué)會第一個婦女主席，是世界上最杰出的實驗物理學(xué)家之一。有如此優(yōu)秀的吳健雄的鼎力支持，實驗當(dāng)然就沒什么好擔(dān)心的了。

這里并不打算給大家講吳健雄的實驗，你可以想象一個旋轉(zhuǎn)的原子核衰變的時候放出一個電子，中間是一面鏡子，我們從上往下看的時候，鏡子外的原子核是順時針方向旋轉(zhuǎn)，而鏡子里面的原子核是逆時針旋轉(zhuǎn)。物理學(xué)家約定，左手順著旋轉(zhuǎn)的方向，大拇指的方向就是原子核旋轉(zhuǎn)的方向，所以，靜止外面的原子核旋轉(zhuǎn)方向向上，而鏡子里面的向下。

我們很容易想象，鏡子里外的原子核旋轉(zhuǎn)方向雖然相反，但是如果外面的電子往上飛，鏡子里面的電子也往上飛，這很符合常識，沒什么奇怪的，這就是宇稱守恒時的樣子。但是，如果哪天你看到鏡子里的電子居然是朝下發(fā)射的，你會不會覺得驚訝？

當(dāng)然，物理學(xué)家說的鏡像并不是真的去看鏡子，鏡子無論怎么照肯定都是這樣。他們的意思是：如果我再找來一個原子核，讓這個原子核跟鏡子里的原子核一模一樣（即大小、質(zhì)量都相等，但是旋轉(zhuǎn)方向不一樣），我們就說這兩個原子核互為鏡像。

然后再去觀察這個鏡像原子核，如果它跟鏡子里一樣也是向上發(fā)射電子，那就不奇怪，是宇稱守恒;如果它跟鏡子里發(fā)射電子的方向相反，也就是向下發(fā)射電子，那么宇稱就不守恒了。

當(dāng)然，上面只是理論分析，真正要做實驗的話，有兩個難點：

第一，分子、原子、原子核都在雜亂無章地做熱運動，怎么讓它們安靜下來旋轉(zhuǎn)呢？答案是給它們降溫。溫度就是微觀粒子熱運動的一個表現(xiàn)，溫度降下來了它們自然就不鬧騰了。所以，吳健雄做實驗的時候把溫度降到了只比絕對零度（即-273.15℃，粒子不動時的溫度，無法達(dá)到）高0.01K（即約-270.43℃）。

第二，因為微觀粒子具有不確定性，我們不可能去觀察一個原子核發(fā)射電子的方向，只能觀察一堆原子核衰變?nèi)缓蠼y(tǒng)計其發(fā)射電子方向的概率。于是，就得讓原子核都按照一定的方向旋轉(zhuǎn)，這個技術(shù)叫原子核的極化，這在當(dāng)時是絕對的高科技。

這下知道為什么說實驗的難度巨大了吧。不過不管怎樣，吳健雄完成了實驗，她測量了一束鈷-60衰變放出電子的方向，證明宇稱在弱相互作用下是不守恒的。

實驗結(jié)果出來的時候，吳健雄自己都不敢相信這個結(jié)果，她生怕這是哪里的實驗誤差導(dǎo)致的，于是小心謹(jǐn)慎地再回去檢驗。她也只把初步的實驗結(jié)果跟楊振寧和李政道說了，并且讓他們暫時不要對外公布。但是，顯然楊、李二人對這個實驗結(jié)果并沒有那么吃驚，于是迫不及待地告訴了別人。

消息一出，整個物理學(xué)界都震驚了！他們立刻去做其他驗證宇稱守恒的實驗，結(jié)果實驗準(zhǔn)確無誤地顯示：在弱相互作用下，宇稱原來真的不守恒！

宇稱不守恒的影響

諾貝爾獎只是宇稱不守恒一個很小的注腳。楊振寧和李政道在1956年10月發(fā)表了論文《對于弱相互作用中宇稱守恒的質(zhì)疑》，吳健雄隨后給了實驗驗證，諾獎組委會立馬把1957年的諾貝爾物理學(xué)獎頒給了當(dāng)時35歲的楊振寧和31歲的李政道。要知道，愛因斯坦在1905年提出光量子說和狹義相對論，1915年完成廣義相對論，但直到1921年，也就是愛因斯坦42歲的時候，他才獲得諾獎。

因為宇稱不守恒（即便只是在弱相互作用下）并不是一個局部性的理論發(fā)展，它影響了整個物理學(xué)界的方方面面，是囊括了分子、原子和基本粒子物理的一個基本革命。對稱性在20世紀(jì)物理學(xué)里這么重要（對稱性對應(yīng)守恒律），使得那時候人們對對稱性的信仰和依賴就像是20世紀(jì)之前人們對牛頓絕對時空觀的依賴。

20世紀(jì)初，洛倫茲、彭加萊這些人都已經(jīng)走到狹義相對論的門口了，但是就是不愿意放棄牛頓絕對時空的概念，因此被年輕的愛因斯坦后來居上。20世紀(jì)50年代的時候，全世界都在為θ-τ之謎絞盡腦汁，但是費曼、泡利、朗道這樣的物理學(xué)大師都不愿意假設(shè)宇稱不守恒，從而讓年輕的楊振寧和李政道后來居上。他們不愿意放棄宇稱守恒，因為這些大師太清楚對稱性在物理學(xué)的重要程度了。

宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)震碎了人們對絕對對稱的信念，迫使人們重新思考對稱的問題，這一轉(zhuǎn)向帶來了后來許多深刻的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。人們慢慢意識到，絕對對稱必然導(dǎo)致大家都一樣，從而缺乏生機。假設(shè)宇宙在初期都是絕對對稱的，那么所有的粒子和相互作用都一樣，那么怎么會有后來引力、電磁力、強力、弱力的區(qū)分呢？所以，最開始的對稱在一定條件下是會慢慢變成不對稱的，這樣對稱就破缺了，對稱破缺之后就出現(xiàn)了不同的東西。

比如現(xiàn)在已經(jīng)知道了的：電磁力和弱力在早期就是完全同一種力，叫電弱力，后來隨著宇宙的環(huán)境溫度慢慢變化，發(fā)生了對稱性破缺，電弱力就分成了現(xiàn)在的電磁力和弱力兩種。

電磁力和弱力的統(tǒng)一是二戰(zhàn)后物理學(xué)的一個巨大成就，楊- 米爾斯理論統(tǒng)一了他們，而這個楊-米爾斯里的楊，正是楊振寧。其實，除了已經(jīng)完全統(tǒng)一了的電弱相互作用，現(xiàn)在用來描述強相互作用的量子色動力學(xué)也是一種楊-米爾斯理論。正因如此，楊-米爾斯方程在現(xiàn)代物理學(xué)里才那么重要，是繼麥克斯韋方程組和愛因斯坦引力場方程之后，最為重要的一組方程。相比給楊振寧先生帶來諾貝爾獎的宇稱不守恒，楊-米爾斯方程才是楊振寧先生的最高成就，也是迄今東方人在物理學(xué)上的最高成就。

結(jié)語

經(jīng)過后來幾十年的研究，人們對弱相互作用下宇稱如何不守恒已經(jīng)基本弄清楚了，但是對宇稱為什么會不守恒仍然是一頭霧水，特別是為什么宇稱在其他3種相互作用下守恒，偏偏在弱相互作用下不守恒？這個接力棒，就交給你了！