上周，宇宙仍像往日那樣絢麗多彩，但對尋找物質(zhì)內(nèi)部秘密的物理學(xué)家們來說，一個(gè)新的狂風(fēng)暴雨式的時(shí)代已經(jīng)開始了。他們遵循的規(guī)律中，有一個(gè)被證明根本就不是規(guī)律。從現(xiàn)在起，他們的淵博知識再也永遠(yuǎn)不會像以前那樣了。

哥倫比亞大學(xué)稱，有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)證明核物理基礎(chǔ)之一的“宇稱規(guī)律”系人為慣例，除特殊情況外，對自然沒有約束力。消息一公布，人們興奮不已。根據(jù)宇稱規(guī)律，物體及其鏡像都必須遵守相同的物理規(guī)律。該規(guī)律大約在30年前用于核物理，十分重要?？磥硐袷沁`背這一規(guī)律的理論便立即遭到排斥。現(xiàn)代核物理的基礎(chǔ)多數(shù)都建立在宇稱守恒基礎(chǔ)上。

τ-θ難題

去年夏天，哥倫比亞大學(xué)李政道教授和普林斯頓大學(xué)高等研究所楊振寧教授（兩位勇敢的理論物理學(xué)家，他們都是中國人）訪問長島布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室，向宇稱守恒發(fā)起挑戰(zhàn)。那里夏天氣候宜人，加上其大型的設(shè)備，吸引著全美國度假的物理學(xué)家們。在自由討論中（有些在戶外華盛頓海濱舉行），有一個(gè)主要題目是τ-θ難題，自1953年以來，許多主要的物理學(xué)家都大膽地試圖解釋這一難題。物理學(xué)家們把τ-θ難題歸咎于世界上兩臺最大的核粒子加速器，一臺是布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的高能同步穩(wěn)相加速器，另一臺是加里福尼亞州伯克力高能質(zhì)子同步穩(wěn)相加速器。核粒子加速器在其運(yùn)行的幾年內(nèi)，提出的問題比解決的還多。其中這些加速器最令人迷惑的東西是產(chǎn)生K介子 – 從原子核中撞擊出來的短壽命粒子。K介子在所有重要方面都一樣，但有些稱為“τK介子的衰變成3個(gè)π介子”，其他稱為“θK介子”的只衰變成2個(gè)π介子。因一些物理學(xué)家只能在數(shù)學(xué)上對其他物理學(xué)家進(jìn)行解釋的原因，這個(gè)不一致的行為似乎破壞了神圣的宇稱規(guī)律。怎麼辦呢？實(shí)驗(yàn)的證據(jù)是清楚的，但難于被人接受?？茖W(xué)似乎發(fā)現(xiàn)了一種被引力排斥而不是被吸引的物質(zhì)的證據(jù)。

多數(shù)物理學(xué)家采用使宇稱守恒的方法試圖解開這一難題，但都徒勞無功。李、楊二位博士沒有過多考慮科學(xué)的禮儀，于去年夏天在布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室提出，問題的癥結(jié)不在K介子，而是宇稱本身。如果宇稱有時(shí)被破壞，K介子的奇特行為就易于解釋了。

激冷鈷

李、楊在他們出色論證的論文中說明沒有宇稱守恒也行。他們還在實(shí)驗(yàn)上提出了檢驗(yàn)宇稱守恒是否真是一個(gè)基本自然規(guī)律的方法。這時(shí)，世界上整個(gè)理論物理界都注視著李和楊，美國最好的裝置都用來檢驗(yàn)他們的理論。哥倫比亞大學(xué)另一位中國物理學(xué)家吳健雄副教授去了華盛頓，與美國標(biāo)準(zhǔn)局的一個(gè)一流小組一道工作。她安排了一個(gè)復(fù)雜的冷凍裝置，將放射性的鈷60的溫度降到絕對零度以上（-273.1⁰ C）0.01⁰ 。已知鈷原子核是自旋轉(zhuǎn)的，在冷凍中鈷原子核繼續(xù)自旋轉(zhuǎn)，但它們無規(guī)則的熱運(yùn)動因極端寒冷幾乎降低到零。之后，吳博士和她的助手們加上一個(gè)強(qiáng)大磁場，使好像是很小的磁鐵的鈷原子核極化。

溫度對放射性沒有影響，激冷排列成行的鈷原子直接發(fā)生衰變，發(fā)射出負(fù)電子。根據(jù)宇稱守恒規(guī)律，沿排列成行的原子核自旋軸的兩個(gè)方向，負(fù)電子發(fā)射的數(shù)量應(yīng)該相同。負(fù)電子對任何一個(gè)方向的選擇都證明宇稱守恒不是一個(gè)真正的自然規(guī)律。

中式午餐

激冷鈷實(shí)驗(yàn)證明是極端困難的，但到上兩個(gè)星期后，吳博士報(bào)告了她的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：電子在兩個(gè)方向發(fā)射的數(shù)量不等。這對宇稱守恒來說非常糟糕，但反宇稱守恒陣營卻興高采烈。

對哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)家來說，星期五為“中式午餐日”。那個(gè)星期五，既是美食家又是物理學(xué)家的李政道，帶著一個(gè)杰出的小組來到附近一家中餐館，點(diǎn)了特殊的菜肴。午餐吃的時(shí)間很長。席間，人們激動地討論了吳博士在華盛頓所取得的進(jìn)展。李博士轉(zhuǎn)向利用安裝在紐約州Irvington 385 MeV的回旋加速器開展實(shí)驗(yàn)的利昂 M. 萊德曼（Lederman）副教授，問道：“為什麼不試試μ介子呢？”

哥倫比亞大學(xué)的回旋加速器（昵稱“pie工廠”）用來產(chǎn)生π介子束，π介子很快變成μ介子。人們經(jīng)常討論利用μ介子檢驗(yàn)宇稱，但看來太難了。這次，萊德曼博士和他的同事里查德 L. 加文（Garwin）有了一個(gè)新的想法。他們與作研究助手的研究生一道拼命工作，搞了一個(gè)極其簡單的實(shí)驗(yàn)。他們在發(fā)射出μ介子的通道里，放置了一塊6英寸見方1英寸厚的碳塊，周圍纏上一個(gè)線圈。

μ介子在百萬分之二秒的時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變，每個(gè)μ介子形成一個(gè)負(fù)電子和兩個(gè)中微子，其壽命極短，碳塊中的熱運(yùn)動對它們的干擾不明顯。它們在碳內(nèi)時(shí)，均向同一方向自旋轉(zhuǎn)，在這些情況下，宇稱守恒規(guī)律要求它們衰變時(shí)，必須沿著共同的自旋軸在每一個(gè)方向發(fā)射出相同數(shù)量的負(fù)電子。

“成功了！”

μ介子沒有這樣做，它們在一個(gè)方向發(fā)射出兩倍的負(fù)電子。當(dāng)一個(gè)小的電流通過線圈時(shí)，介子轉(zhuǎn)向，并在另一個(gè)方向發(fā)射出負(fù)電子。這證明介子可為兩個(gè)鏡像，各向仍不同性。關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)束后，萊德曼博士說：“我給李打了個(gè)電話，告訴他‘成功了！’”宇稱守恒完蛋了。

因?yàn)橐粋€(gè)非常簡單的實(shí)驗(yàn)在其他地方可以模仿，所以哥倫比亞大學(xué)不失時(shí)機(jī)地盡快宣布了自己的成果及同時(shí)進(jìn)行的鈷60實(shí)驗(yàn)所獲得的成果。消息一傳開，全世界激動的科學(xué)家們的問題和祝賀開始像雪片一樣飛來。

許多科學(xué)家現(xiàn)在感到一個(gè)新的時(shí)代已經(jīng)開始。這種情況可與Michelson-Morley實(shí)驗(yàn)破壞了“傳光乙太理論”后的混亂時(shí)期相比。那時(shí)的物理依賴乙太在真空中傳導(dǎo)光波，物理學(xué)家們一度為失去這一理論而遺憾。然后，新的更好的理論（相對論和量子理論）說明了光是如何不用任何傳送它的介質(zhì)輕便進(jìn)行傳播的。根本錯(cuò)誤的傳光乙太理論，事實(shí)上是探測物質(zhì)世界的一個(gè)障礙。該理論廢除后，物理頓時(shí)飛速發(fā)展。

廢除宇稱守恒理論，可給受其影響的那部分物理以同樣的推動力。幾乎所有的物理學(xué)家都一致認(rèn)為，二次大戰(zhàn)后，他們的科學(xué)深陷于一片混亂之中。像高能同步穩(wěn)相加速器這樣的大加速器正產(chǎn)生各種奇異的亞原子粒子，許多像K介子那樣的粒子根本就沒有任何意義。老的問題還沒解決，新的問題又出現(xiàn)了。許多科學(xué)家感到必須采取根本性的措施，以便從失去控制的混亂中恢復(fù)任何一種秩序。廢除宇稱守恒需要激烈的變革。如果李、楊及其支持者頂住對他們的攻擊，那麼許多沒有宇稱守恒規(guī)律的理論就必須重建。新的更好的理論可創(chuàng)建有關(guān)宇宙的新概念。像科學(xué)現(xiàn)在已知的那樣，物質(zhì)和空間可能有右手旋，就像一顆螺釘帶有右手羅紋那樣。其他星系的物質(zhì)也許是左手旋，或者在地球上可創(chuàng)造或組合成左手物質(zhì)，并證明具有令人吃驚的不同的特性。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  （翻譯：侯儒成）