1932年查德威克发现了中子，加上之前发现的质子和电子，似乎世界的实质已经很清楚了，堂堂元素周期表中100多种元素，都是由这三种基本粒子组成的。世界的物理图景竟然如此简洁，理论物理学家们似乎可以去阿尔卑斯山度假了。

　　没想到从1937年开始，μ子、中微子、π介子各种奇异粒子接连在回旋加速器中被捕捉到。到了1950年代，发现基本粒子的种类竟然比化学元素的种类还多，物理学界从起初的兴奋逐渐转为迷茫，看起来，这些基本粒子仍然不是世界的本源，理论物理学家们终于又可以撸起袖子加油干了。

　　【美国的费米粒子加速器。】

　　和门捷列夫整理元素周期表类似，理论物理学家们首先观察各种基本粒子的性质，希望从中找出规律性的东西。1956年，物理学家首先发现θ子和τ子的自旋、质量、寿命、电荷等性质完全相同，让人不得不怀疑这俩货实际上是同一种粒子。但另一方面，θ子会衰变成两个π介子，而τ子会衰变成三个π介子，这又如何解释。

　　这种情况下，两个在美国的中国小伙子杨振宁和李政道对此开展研究，他们提出：这两种粒子实际就是一种，之所以衰变方式不一样，是因为衰变的时候发生了弱相互作用，在微观世界，弱相互作用的宇称不守恒。

　　【年轻的杨振宁（右）和李政道（左）。】

　　宇称？这是个什么东东？

　　物理学家魏格纳在1927年最早提出这个概念，英文叫做“Parity”，有对等之意，魏格纳希望这个物理量表示空间反演的运算。翻译到中文里，因为“宇”本身就有空间的意思，宇称就是空间对称。

　　在描述物体的数学公式里，如果一个点的坐标为r，则经过空间反演变换之后，它的坐标变成-r。你可以这样想象，宇称这种空间反演变换就好像一面镜子，变换之后得到的是自己的镜像。稍有常识的人都知道，镜子里的人跟自己不是完全一样的，左右互换了。但镜子里的人也必须遵守同样的物理定律，我跳他也跳，我蹲他也蹲，不可能看到我在刷牙，而他却在洗脸。这就是宇称守恒！

　　【宇称就是照镜子。】

　　在杨振宁和李政道之前，包括魏格纳在内，都认为宇称守恒是不言自明的。是啊，谁也没有一块爱丽丝的镜子，会在里面看到一个完全不一样的世界。大嘴巴泡利听到杨和李的“宇称不守恒”之后嗤之以鼻：“我就不相信上帝竟然会是一个左撇子。”

　　但杨和李要问：“你凭什么认为这是对的？”这就是伟大的科学精神，质疑一切。

　　再完美的理论，最终都需要实验来检验，何况杨和李提出的是“不完美”的理论？有能力检验这种超越时代命题的，唯有我“中国的居里夫人”：吴健雄！

　　【年轻的吴健雄。】

　　吴健雄，出生于江苏太仓，父亲非常开明，希望她巾帼不让须眉，积健为雄，因而给她取了这个非常男性化的名字。她从小资慧聪颖，学习游刃有余，进入中央大学攻读数学专业没多久，被爱因斯坦、居里夫人等物理大牛所折服，改学物理。1936年，她来到美国伯克利大学，前后师从劳伦斯、奥本海默，并在二战时期参与了曼哈顿计划，铀离心浓缩的方法就是她的团队搞出来的。

　　在杨和李找到她的时候，吴健雄已经是研究弱相互作用β衰变的权威，她立马意识到这是一个非常有价值的问题，值得研究。思来想去，她的目光落到了当时已经用于治疗肿瘤的钴60。

　　钴60在自然界不存在，却非常容易制取，用中子照射常见的钴，就可以将钴59变成钴60。钴60的半衰期是5年多，不长也不短，容易在实验室里计量。

　　【在实验室的吴健雄。】

　　钴60的衰变有一些特别，它会衰变成镍60，同时释放出电子、反中微子和光子，当时还没有探测中微子的手段，只能观测另两种粒子。释放电子的过程是弱相互作用，而释放光子的过程是电磁力作用，当时已知电磁力是遵守宇称守恒的，所以释放出来的光子可以作为很好的参照物。通过实验去对比不同自旋的电子和光子的分布，如果在同样自旋方向上的比例都一样，则可得到结论，弱相互作用宇称是守恒的，但如果有反例出现，杨振宁和李政道的假设就是对的。

　　【钴60实验的原理。】

　　想法是美好的，但是做起来又是多么的艰难，好在吴健雄以细致精密而著称，她经常开发出别人意想不到而又聪明绝顶的实验方法。

　　原子核的磁矩只有电子的几千分之一，将不同自旋的钴60原子核极化需要非常强的磁场，因此吴健雄团队先用液氦将体系温度冷却到1.2K以下，将钴60沉积在一块顺磁性的硝酸镁铈晶体上，再用泵将液氦抽低压，这样，体系温度进一步冷却到0.003K。钴60在低压下受到磁场的作用，被向上或向下引导出来。这时候再分别用计数器去检测上下两部分光子和电子，统计下来就可以得出想要的结果。

　　【吴健雄实验的具体方法。】

　　结果很快出来了，吴健雄发现绝大多数电子的出射方向都和钴-60原子核的自旋方向相反，在弱相互作用中，宇称是不守恒的，上帝果然是一个“左撇子”。

　　当吴健雄的论文发表之后，第二天，《纽约时报》就以头版报道了吴健雄实验的结果。杨振宁李政道吴健雄这三个美籍华人的发现超越了整个物理学界，全人类对于宇宙的认识上升了一个新台阶。

　　无数的吃瓜群众表示懵逼：真的有这么牛吗？请看下集！

　　【左右手竟然不是对称的。】

　　无数物理学家穷极一生所追求的，莫过于那几个守恒律。守恒的物理量代表的是物理学的最高境界：简单就是美，用中国古话说，叫大道至简。物理学家们相信，我们的造物主在设计宇宙时，就按照这个理念。物理学家的工作，无非是去理解和发现我们造物主的思想。

　　1918年，德国女物理学家诺特发表了一篇论文，提到每一条守恒律都可以和一种对称性对应起来的，比如：

　　动量守恒代表的是空间平移的对称性，空间的性质在哪里都是一样的，并不因为你在南京而不在上海，你就会胖一点或者跑得快一点。

　　角动量守恒代表的是空间的各项同性，不管转多大角度，物理定律都是一样的，如果你要说你转多了头晕，不是由于空间出错了，而是你的生理特征，这也由更深层次的物理学定律所支配。

　　能量守恒代表的是时间平移的对称性，时间总是均匀的流逝着，时钟不可能一会快一会慢。

　　这就是伟大的“诺特定理”，它体现了守恒律的美。

　　【德国女物理学家诺特，她提出的“诺特定理”影响深远。】

　　而现在吴健雄的实验告诉大家，原来我们的宇宙竟然有一个不守恒的地方，而且是我们之前最意想不到的地方：镜像不对称，大多数人都首先表示不能接受，泡利“左撇子”的论调正是代表了大家的心声。但随即，智慧者也开始思索，实验是不会说谎的，必须相信实验，那是不是代表这背后还有更深层次的奥秘呢？

　　一直以来，电荷对称性也被视为宇宙真理，每一种粒子都有其对应的一种反粒子，除了电荷以外，其他性质几乎完全一样。但奇怪的是，为什么我们身处一个正物质的世界，这个宇宙中的反物质竟然如此之少？只能假设在宇宙创世之初，由于某种原因，多产生了一点正物质，但这样的话，电荷对称性就受到挑战了。

　　1957年吴健雄的钴60实验之后，苏联物理学家郎道提出，电荷可能不对称，宇称也被证明不守恒，但可能电荷（C）和宇称（P）合在一起就守恒了。他称之为CP对称性，也就是说电子和镜子里面的正电子遵循同样的物理定律。

　　【CP对称性：将电子变成正电子，自旋方向改变。】

　　这种新的理论假设仅仅过了7年就被打破了，1964年，美国物理学家克洛宁和费奇研究了一种K介子，在它衰变成两个π介子的过程中，CP不守恒。这一发现使得两位科学家获得了1980年诺贝尔物理学奖。

　　【1980年诺贝尔物理学奖获得者：克洛宁和费奇。】

　　物理学家们没有放弃最后的努力，他们相信我们宇宙的造物主一定会用最精巧的定律去设计我们的世界，他们还有最后一根救命稻草——泡利1954年和吕德斯一起提出的CPT守恒，T是时间反演。当电荷、宇称、时间同时反演的时候，物理定律又一样了，举个例子，电子和镜子里时光倒流的正电子遵循同样的物理定律。

　　问题是，现在已经证明了CP不守恒，如果CPT守恒，那就意味着T不守恒，可是谁看到录影带倒放的时候出现过什么“幺蛾子”呢？

　　其实，从著名的热力学第二定律开始，物理学家早就认识到，时间和其他的物理量严重不一样，我们从来看不到时间反转，却总是看到系统变得更加混乱，代表混乱度的“熵”总是越来越大。

　　所以看起来，时间反演的对称性也不可靠，近年来，实验物理学家也在积极寻找微观世界里某些粒子作用中T不守恒的证据，但还没有完全被证实。

　　【根据CPT守恒，氢原子和镜子里时光倒流的反氢原子遵守同样的物理定律。】

　　在杨振宁、李政道和吴健雄之后的物理世界看起来似乎更加混乱了，原本被认为合乎规矩的守恒定律一一被打破，难道我们的世界真的是没有规律、残破不全的吗？

　　2008年11月7日，瑞典皇家科学院宣布，美籍科学家南部阳一郎和日本科学家小林诚、益川敏英获得当年诺贝尔物理学奖，以表彰他们提出“自发对称性破缺机制”并揭示其起源。

　　“对称破缺”？这又是一个什么东东？

　　原来，早在1960年，南部阳一郎将铁磁系统和超导体中对称破缺的概念引入到微观粒子系统，给出了第三种夸克的预言并被证实。当时他的思想过于超前，其他物理学家只能慢慢理解消化，所以一直到40多年之后才获得诺贝尔奖的认可。

　　原来，我们的宇宙真的不是严格对称的，因为如果它严格对称，就没我们什么事了，比如电荷严格对称，正物质和反物质一样多，那么它们都将湮灭在射线的海洋里，根本不能产生我们现在以正物质为主要存在的宇宙。所以，我们的宇宙之所以如此精彩，乃是因为它就不是严格对称的。

　　【对称破缺的一种比喻，小球只有在中央的顶点才是稳定的、对称的，当受到微扰，它就会落下来，产生运动，并发出各种叮呤咣啷。稳定的、对称的、孤芳自赏的小球甚是无趣，叮呤咣啷才是我们宇宙的精彩。】

　　现在我们可以理解，杨振宁、李政道和吴健雄关于宇称不守恒的发现意义有多么的深远，他们和钴60一起给我们揭开了通往宇宙奥秘的一扇门。

　　1957年，在钴60实验之后不到一年，当年的诺贝尔物理学奖就颁发给了杨振宁和李政道，吴健雄名落孙山。吴健雄后来在给朋友的信件中写道：“尽管我从来没有为了得奖而去做研究工作，但是，当我的工作因为某种原因而被人忽视，依然是深深地伤害了我。”这也算是人之常情吧，我想大家都可以理解。

　　不管怎样，吴健雄已经被冠上了“世界物理女王”、 “核物理女王”、“物理第一夫人”等称号，她是女性的骄傲，甚至是全人类的骄傲，让我们永远记住这位伟大的“中国居里夫人”吧！

　　【在实验室的“中国居里夫人”。】

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