如果沒有楊振寧和李政道,人類還要多久才能發現“宇稱不守恆”?

我們可以先給出答案:如果沒有楊振寧和李政道,“宇稱不守恆”也一定會很快被發現。(這裡補充一句,對於楊振寧而言,宇稱不守恆並不是他最重要的學術成果,可能連躋身前3都很困難,他的最大成就是楊米爾斯理論和楊巴斯特方程。)

如果沒有楊振寧和李政道,人類還要多久才能發現“宇稱不守恆”?

不僅如此,實際上有人比楊振寧和李政道更早提出“宇稱不守恆”,這個人就是當時蘇聯的科學家沙皮羅,如果我們從時間線上看,他比楊振寧和李政道正式提出“宇稱不守恆”還要早幾個月的時間,不過他當時是提交給蘇聯的物理學大佬朗道進行審核,希望朗道可以幫他發表。(朗道是蘇聯上世紀最傑出的物理學家,一個讓諾獎委員會親自到本國給他頒獎的存在,他的頒獎裡有被稱為:朗道十誡。)

不過,朗道看到論文之後,他覺得這個理論就是瞎胡扯,就放一邊了,並沒有幫沙皮羅發表。(這是因為在當時宇稱守恆就如同1+1=2一樣,因此沒有人懷疑。)

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後來,楊振寧和李政道獲得了諾獎時,朗道悔的腸子都青了,蘇聯也因此錯過了發現“宇稱不守恆”和“諾貝爾獎”。

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不過從這個角度來看,沒有李政道和楊振寧,其實也一定有人可以提出這個理論,而且就在短時間內。為什麼這麼說呢?這是因為,“宇稱不守恆”是那個時代理論發展的迫在眉睫的需求

四大作用

上世紀50年代,科學家發現,在宇宙中存在著4中基本作用力,分別是:強力,弱力,電磁力和引力。

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科學家一直在試圖去統一這四種作用力,而與此同時,科學家還利用實驗儀器找到了上百種的基本粒子,這就使得他們十分困惑,這些粒子和作用力有什麼關係?

而楊振寧和他當時帶著的學生米爾斯,受到數學家外爾的啟發,想要從麥克斯韋電磁學理論尋找突破口,於是基於麥克斯韋方程,他們得到了一組楊米爾斯方程。

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楊振寧是想要通過將“場”、“粒子”和“作用”串起來,這套方法也被稱為規範場理論。

強力的機制被五位科學家利用楊米爾斯理論進行解釋了,這五位科學家也因此獲得了諾貝爾物理學獎。

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這裡補充一句強力的知識,強力其實是把夸克束縛在質子或者中子等粒子當中的力,也就是說,它是在原子核內的作用力,所以,我們平時是接觸不到它的。如果我們把鏡頭拉向質子內部,一個質子是由三個夸克構成的,而它們就好像被三條彈簧繩拉住一樣,而這個“繩子”就是膠子。也就是說,傳遞強力的是膠子。(當然,強力還有其他的傳遞粒子,這裡就不贅述了。)通過這樣的辦法,就構建了“粒子”、“作用”、“場”之間的關係了。

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但是弱力就一直沒有辦法得到解決,那什麼是弱力呢?

最常見到的弱力的相關現象就是β衰變,中子衰變成一個質子、電子和中微子

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也就是說,弱力是和牛頓力學中的力完全不同的力,它不只是改變物體的運動狀態,它是直接改變了粒子的種類。

那科學家就尋找傳遞弱力的粒子了,他們發現主要是W玻色子和Z玻色子在傳遞。這聽起來其實好像沒有什麼,但是卻讓科學家很無奈。這是因為“質量”問題。

上文我們說到的傳遞強力的粒子是膠子,膠子是沒有靜止質量,而傳遞電磁力的是光子,光子也是沒有靜止質量。問題是W玻色子和Z玻色子是奇葩,它不僅有質量,而且這質量還不小。這就和現行的理論發生了矛盾,這是因為在楊米爾斯理論當中,W玻色子和Z玻色子不應該具備質量,這就和實驗觀測是不相符的。

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後來,許多科學家都投身到研究“粒子”質量來源的問題當中,“希格斯機制”也就被提了出來,在這套理論中,空間中存在著廣泛的希格斯場,粒子可以在希格斯場中獲得質量,但前提是“希格斯場”要出現不對稱性。光子和膠子就沒有辦法引發這個問題,而W玻色子和Z玻色子則可以,因此,它們獲得了質量。而2012年,歐洲LHC的發現了“希格斯玻色子”,也就證明了這個理論是正確的,因此,提出這個理論的科學還獲得了2013年的諾貝爾物理學獎。

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“宇稱不守恆”的提出給了研究“弱力”的科學家很多啟發,溫伯格、格拉肖等人,就在基於楊米爾斯理論、希格斯機制以及宇稱不守恆,提出了弱電統一理論,把弱力和電磁力進行了統一。雖然“對稱性”如同真理一樣,但是科學家為了解決“弱力”遲早還是會打“對稱性”的主意,因此,“宇稱不守恆”被提出是當時迫在眉睫的需求,即使沒有楊振寧和李政道,也一定會有人提出來。

所以,時勢造英雄,在牛頓時期,其實胡可等人也很接近“萬有引力定律”了(只是因為數學不好);

而麥克斯韋時代,他的前輩法拉第也已經非常接近於統一“電”和“磁”(同樣是因為數學不好);

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即使到了愛因斯坦時代,洛倫茲和龐加萊也十分接近於提出狹義相對論了(這是因為物理直覺不太行)。

如果沒有楊振寧和李政道,人類還要多久才能發現“宇稱不守恆”?

並沒有哪個理論是一個科學家不存在就提不出來的,只是有些科學家特別出色,讓這些理論提前一些時間被提出而已。

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