杨振宁宇称不守恒至少可以解释三件事

1956年，两位年轻的华裔物理学家杨振宁和李政道向物理学界投下了一颗震撼弹。他们提出，在弱相互作用中，宇称并不守恒。这个看似简单的理论，却动摇了物理学界对自然界对称性的基本信仰，开启了粒子物理学的新纪元。

宇称不守恒理论的提出源于一个困扰物理学家已久的谜题 - θ-τ之谜。在20世纪四五十年代，科学家们在宇宙射线中发现了两种奇异粒子：θ粒子和τ粒子。这两种粒子的电荷、自旋和质量几乎完全相同，唯一的区别在于它们衰变时产生的π介子数量不同。这一现象让物理学家们百思不得其解。

杨振宁和李政道敏锐地意识到，解开这个谜题的关键可能在于重新审视宇称守恒定律。他们大胆假设，在弱相互作用中，宇称并不守恒。这个假设意味着，θ粒子和τ粒子实际上是同一种粒子，只是在衰变过程中表现出不同的行为。

为了验证这个假设，杨振宁和李政道设计了一系列实验方案，并将他们的理论发表在1956年6月的《物理评论》上。然而，他们的论文并没有立即引起广泛关注。在当时，宇称守恒被认为是物理学中最基本、最可靠的定律之一，质疑它无异于挑战整个物理学大厦的根基。

幸运的是，实验物理学家吴健雄决定支持杨振宁和李政道的理论。她设计了一个精巧的实验，将钴60原子核冷却到接近绝对零度，并观察其衰变过程。1957年1月，吴健雄的实验结果证实了宇称在弱相互作用中确实不守恒。这个发现震惊了整个物理学界，也彻底改变了我们对自然界对称性的理解。

宇称不守恒理论的发现不仅仅是一个局部性的理论突破，它对整个物理学界产生了深远的影响。它迫使物理学家们重新思考对称性在自然界中的角色，也开启了对其他对称性破缺现象的研究。这一理论不仅解释了θ-τ之谜，还为后来的粒子物理学发展奠定了基础。

杨振宁后来回忆道：“长久以来，在毫无实验根据的情况下，人们都相信弱相互作用下宇称守恒，这是十分令人惊愕的。但是，更令人惊愕的是，物理学如此熟知的一条时空对称定律面临破产，我们不喜欢这种前景，只是因为试图理解θ-τ之谜的其他各种努力都归于失败，我们才不得不考虑这样一种情景。”

宇称不守恒理论的发现，不仅让杨振宁和李政道在1957年就获得了诺贝尔物理学奖，更重要的是，它改变了我们对自然界对称性的理解。它告诉我们，自然界并非总是完美对称的，这种不对称性反而可能是生命存在的关键。正如杨振宁所说：“对称原理之一，即左右对称，是与人类文明一样古老的观念。自然界是否具有这样一种对称性，过去的哲学家们一直争论不休。”

宇称不守恒理论的提出和证实，是20世纪物理学最伟大的成就之一。它不仅解释了θ-τ之谜，更重要的是，它改变了我们对自然界对称性的理解，开启了粒子物理学的新篇章。这个理论的深远影响，远远超出了它可以解释的三个现象，它改变了我们看待世界的方式，也为我们探索宇宙奥秘提供了新的视角。