对称性与守恒定律
宇称(P,parity)
/ PAIR-ih-tee /
把一只钟举到镜子前,镜中的影像就倒着走;你的右手变成了左手。宇称,用字母 P 表示,就是这种镜像翻转的物理版本——它把左和右对调(严格说来,它把空间的三个方向全部反向,让每个位置通过原点变成它正对面的位置)。宇称要问的问题很简单:一个过程的镜像,是否遵从与原过程相同的规律?
对于自然界的大部分内容,答案一直似乎显然是肯定的。一只弹跳的球,一对在强相互作用下相撞的质子,一束穿过玻璃发生折射的光——把其中任何一个拍下来,再看它镜像翻转后的版本,你分辨不出哪个才是'真的'。引力、电磁力和强相互作用都对左右一视同仁,所以对它们而言宇称是对称性。这感觉如此自然,以至于很长一段时间里大家干脆假定它处处成立。
然后 1956 年来了一记震撼:弱相互作用并不尊重宇称。在一个著名实验里,放射性钴核被排列整齐,它们贝塔衰变放出的电子优先朝一个方向飞出——而镜像版本本应同样可能,却没有以相同方式发生。自然,通过弱相互作用,能分辨它的左手和右手。这一宇称破坏的发现推翻了一个珍视已久的假设,并重塑了物理学家思考对称性的方式:一个对称性可以对某些力严格成立,却被另一种力严重破坏。
中微子是宇称被破坏最清晰的证据:迄今观测到的每一个中微子,相对于它的运动都像一颗左旋螺丝那样自旋,而右旋中微子从未见到。一面完美的镜子会把左旋中微子变成右旋的——但那个镜像粒子根本不出现,所以弱相互作用显然不是宇称对称的。
只存在左旋中微子,所以镜像世界里少了一种粒子。
宇称不是一条普适的定律:弱相互作用最大限度地破坏它。1956 年之前物理学家假定它总是成立,这提醒我们:即便一个看似显然的对称性也必须经过检验,而不能想当然。
又称
另见