謝謹輝

題主你好，宇稱也叫空間反射。這是幾何學裡面的一個很重要的參數。它並不是物理量，也不是物理學獨有的東西。在數學裡，宇稱是很常見的。初中我們就學過作一個圖形關於某一條直線對稱的像，這就是空間反射。

所謂宇稱守恆，其實是一個不太嚴謹的說法，應該叫空間反射不變性。在這裡，我先介紹一條重要的數學-物理定理：諾特定理。該定理說，具有連續對稱性的物理系統一定具有某種守恆律。注意，我把“連續”二字加黑以示強調。一個系統如果擁有轉動對稱性，也就是將體系繞著某個軸轉動而不改變體系，那麼該體系存在角動量守恆。類似地，平移不變的體系存在動量守恆。但是，宇稱並非是連續對稱性，換句話說，一個體系即便空間反射不變，也不代表就存在守恆律！可是如果體系具有某種和宇稱相關的守恆律，那麼該體系空間反射一定是不變的。

現在的問題是，什麼樣的體系具有空間反射不變性？引力是物理學家最早發現的相互作用，它是具有空間反射不變性的。原因很簡單，寫出牛頓引力場的基本公式，將其做空間反射，會發現該方程所描述的引力場沒有改變！其次是電磁場，考察麥克斯韋方程即可發現，在空間反射下，梯度算符出一個負號，電場強度矢量出一個負號，磁感應強度矢量不變，電流密度矢量出一個負號，電位移矢量出一個負號，磁場強度矢量不變，所以麥克斯韋方程是空間反射不變的。

彷彿我們可以歸納一條定律：對於所有相互作用，空間反射不變性都是嚴格成立的，也就是宇稱守恆定律。但是這條定律在弱相互作用上卻被嚴格否定了！！所謂弱相互作用不滿足空間反射不變性，最簡單的例子就是吳健雄等當年提出的實驗，對稱而放的兩臺性能完全一致的β粒子衰變儀器，發射的β粒子的自旋卻並不是左右對稱的。這就說明弱相互作用不是空間反射不變性，而是空間反射改變的。這就是弱相互作用的宇稱不守恆。

弱相互作用的宇稱不守恆說明，不存在空間反射的普遍守恆律！我們必須要從更加本質的物理學理論出發去研究相互作用，而不是唯象地尋找幾個守恆律就可以理解相互作用的。

科學聯盟

施鬱

（復旦大學物理學系教授）

在物理學中，有一個守恆的量，就代表有一個相應的對稱性。 這叫做諾特定理。比如，如果一個系統的能量守恆，就代表它具有時間平移對稱性。就是說，時間改變任意長的間隔，能量函數（專業術語叫哈密頓量）保持不變。如果一個系統的動量守恆，就代表它具有空間平移對稱性，就是說，將每個空間位置移動任意長的距離，哈密頓量保持不變。如果一個系統的角動量守恆，就代表它具有空間旋轉對稱性，就是說，將系統旋轉任意角度，哈密頓量保持不變。

宇稱守恆就代表系統具有空間反演不變性，就是說將每個位置改為相對某個原點距離相等，方向相反的位置，系統的哈密頓量保持不變。

現在我們來看看基本相互作用的對稱性。世界上的基本相互作用有引力、電磁、弱相互作用和強相互作用。 除了弱相互作用，其他相互作用都是宇稱守恆的，也就是空間反演不變的。

1956年的時候，物理學家對於弱相互作用主宰的某種過程感到困惑。有兩種粒子，除了宇稱，各種性質完全一樣。 為什麼宇稱不一樣呢，因為一種粒子在弱相互作用下，衰變為3個派介子；而另一個在弱相互作用下，衰變為3個派介子。每個派介子的宇稱為-1，所以原來的這兩種粒子的宇稱相反。

李政道和楊振寧發現，根本沒有理由說弱相互作用下，宇稱是守恆的。他們建議了一些實驗，直接驗證弱相互作用下，宇稱否是守恆的。吳健雄等人的實驗表明，弱相互作用下，宇稱不守恆。

物理文化與施鬱世界線

導讀：本章摘自獨立學者靈遁者量子力學科普書籍《見微知著》。此文旨在幫助大家認識我們身處的世界。世界是確定的，但世界的確定性不是我們能把我的。楊振寧，李政道，吳健雄三個人打破人們對“宇宙守恆”固執印象！這是中國人的驕傲！

物理定律的守恆性具有極其重要的意義，有了這些守恆定律，自然界的變化就呈現出一種簡單、和諧、對稱的關係，也就變得易於理解了。所以，科學家在科學研究中，對守恆定律有一種特殊的熱情和敏感，一旦某一個守恆定律被公認以後，人們是極不情願把它推翻的。

因此，當我們明白了各種對稱性與物理量守恆定律的對應關係後，也就明白了對稱性原理的重要意義，我們無法設想：一個沒有對稱性的世界，物理定律也變動不定，那該是一個多麼混亂、令人手足無措的世界！

靈遁者物理科普書籍《見微知著》在靈遁者淘寶有。

諾特定理將物理學中“對稱”的重要性推到了前所未有的高度。不過，物理學家們似乎還不滿足，1926年，有人提出了宇稱守恆定律，把對稱和守恆定律的關係進一步推廣到微觀世界。 這就是一開始為什麼說宇稱的基礎是諾特定理！

讓我們先來了解一下“宇稱守恆”的含義。“宇稱”，就是指一個基本粒子與它的“鏡像”粒子完全對稱。人在照鏡子時，鏡中的影像和真實的自己總是具有完全相同的性質——包括容貌、裝扮、表情和動作。同樣，一個基本粒子與它的“鏡像”粒子的所有性質也完全相同，它們的運動規律也完全一致，這就是“宇稱守恆”。

假如一個粒子順時針旋轉，它的鏡像粒子從鏡中看起來就是逆時針旋轉，但是這個旋轉的所有定律都是相同的，因此，鏡內境外的粒子是宇稱守恆的。按照諾特定理，與空間反射不變性（所謂空間反射，一般指的是鏡像）對應的就是宇稱守恆。

在某種意義上，我們可以把同一種粒子下的個體粒子理解成彼此互為鏡像的，例如，假設一個電子順時針方向自旋，另一個電子逆時針方向自旋，一個電子就可以把另一個電子當成鏡像中的自己，就像人通過鏡子看自己一樣。由此推斷，根據宇稱守恆理論，所有電子自身環境和鏡像環境中都應該遵循同樣的物理定律，其他粒子的情況也是如此。

聽起來，所謂的“宇稱守恆”似乎並沒有什麼特別之處，至少在1926年之前，早已有人提出了牛頓定律具有鏡像對稱性。不過，以前科學家們提出的那些具有鏡像對稱的物理定律大多是宏觀的，而宇稱守恆則是針對組成宇宙間所有物質的最基本的粒子。如果這種物質最基本層面的對稱能夠成立，那麼對稱就成為宇宙物質的根本屬性。

事實上，宇稱守恆理論的確在幾乎所有的領域都得到了驗證——只除了弱力。我們知道，現代物理將物質間的相互作用力分為四種：引力、電磁力、強力和弱力。在強力、電磁力和引力作用的環境中，宇稱守恆理論都得到了很好的驗證：正如我們通常認為的那樣，粒子在這三種環境下表現出了絕對的、無條件的對稱。

在普通人眼中，對稱是完美世界的保證；在物理學家眼中，宇稱守恆如此合乎科學理想。於是，弱力環境中的宇稱守恆雖然未經驗證，也理所當然地被認為遵循宇稱守恆規律。

然而在1956年，兩位美籍華裔物理學家——李政道和楊振寧——大膽地對“完美的對稱世界”提出了挑戰，矛頭直指宇稱守恆定律，這成為上世紀物理學界最震撼的事件之一。引發這次震撼事件的最直接原因，是已讓學者們困惑良久的“θ-τ之謎”，它是宇稱守恆定律繞不過去的坎。

20世紀50年代初，科學家們從宇宙射線裡觀察到兩種新的介子（即質量介於質子和電子之間的粒子）：θ和τ。這兩種介子的自旋、質量、壽命電荷等完全相同，很多人都認為它們是同一種粒子。但是，它們卻具有不同的衰變模式，θ衰變時會產生兩個π介子，τ則衰變成三個π介子，這說明它們遵循著不同的運動規律。

假使τ和θ是不同的粒子，它們怎麼會具有一模一樣的質量和壽命呢？而如果承認它們是同一種粒子，二者又怎麼會具有完全不一樣的運動規律呢？

為了解決這一問題，物理學界曾提出過各種不同的想法，但都沒有成功。物理學家們都小心翼翼地繞開了“宇稱不守恆”這個可能。你能想像，一個電子和另一個電子的運動規律不一樣嗎？或者一個介子和另一個介子的運動規律不一樣嗎？當時的物理學家們可沒這膽量。

1956年，李政道和楊振寧在深入細緻地研究了各種因素之後，大膽地斷言：τ和θ是完全相同的同一種粒子（後來被稱為K介子），但在弱相互作用的環境中，它們的運動規律卻不一定完全相同，通俗地說，這兩個相同的粒子如果互相照鏡子的話，它們的衰變方式在鏡子裡和鏡子外居然不一樣！用科學語言來說，“θ-τ”粒子在弱相互作用下是宇稱不守恆的。

李政道和楊振寧的觀點震動了當時的物理學界，他們在完美的物理學對稱世界撕出了一個缺口！

在最初，“θ-τ”粒子只是被作為一個特殊例外，人們還是不願意放棄整體微觀粒子世界的宇稱守恆。此後不久，同為華裔的實驗物理學家吳健雄用一個巧妙的實驗驗證了“宇稱不守恆”，從此，“宇稱不守恆”才真正被承認為一條具有普遍意義的基礎科學原理。

吳健雄用兩套實驗裝置觀測鈷60的衰變，她在極低溫（0.01K）下用強磁場把一套裝置中的鈷60原子核自旋方向轉向左旋，把另一套裝置中的鈷60原子核自旋方向轉向右旋，這兩套裝置中的鈷60互為鏡像。實驗結果表明，這兩套裝置中的鈷60放射出來的電子數有很大差異，而且電子放射的方向也不能互相對稱。實驗結果證實了弱相互作用中的宇稱不守恆。

我們可以用一個類似的例子來說明問題。假設有兩輛互為鏡像的汽車，汽車A的司機坐在左前方座位上，油門踏板在他的右腳附近；而汽車B的司機則坐在右前方座位上，油門踏板在他的左腳附近。

現在，汽車A的司機順時針方向開動點火鑰匙，把汽車發動起來，並用右腳踩油門踏板，使得汽車以一定的速度向前駛去；汽車B的司機也做完全一樣的動作，只是左右交換一下——他反時針方向開動點火鑰匙，用左腳踩油門踏板，並且使踏板的傾斜程度與A保持一致。現在，汽車B將會如何運動呢？

也許大多數人會認為，兩輛汽車應該以完全一樣的速度向前行駛。遺憾的是，他們犯了想當然的毛病。吳健雄的實驗證明了，在粒子世界裡，汽車B將以完全不同的速度行駛，方向也未必一致！——粒子世界就是這樣不可思議地展現了宇稱不守恆。

三位華裔物理學家用他們的智慧贏得了巨大的聲譽，1957年，李政道和楊振寧獲得諾貝爾物理學獎，一項科學理論，在發表的第二年就獲得諾貝爾獎是史無前例的。很遺憾的是，用精妙絕倫的實驗證實了宇稱不守恆的吳健雄一直沒能獲獎。

不過，究竟為什麼粒子在弱相互作用下會出現宇稱不守恆呢？根本原因至今仍然是個謎。

宇稱不守恆的發現並不是孤立的。在微觀世界裡，基本粒子有三個基本的對稱方式：

1、一個是粒子和反粒子互相對稱，即對於粒子和反粒子，定律是相同的，這被稱為電荷（C）對稱。

2、一個是空間反射對稱，即同一種粒子之間互為鏡像，它們的運動規律是相同的，這叫宇稱（P）。

3、一個是時間反演對稱，即如果我們顛倒粒子的運動方向，粒子的運動是相同的，這被稱為時間（T）對稱。

這就是說，如果用反粒子代替粒子、把左換成右，以及顛倒時間的流向，那麼變換後的物理過程仍遵循同樣的物理定律。

但是，自從宇稱守恆定律被李政道和楊振寧打破後，科學家很快又發現，粒子和反粒子的行為並不是完全一樣的！一些科學家進而提出，可能正是由於物理定律存在輕微的不對稱，使粒子的電荷（C）不對稱，導致宇宙大爆炸之初生成的物質比反物質略多了一點點，大部分物質與反物質湮滅了，剩餘的物質才形成了我們今天所認識的世界。

如果物理定律嚴格對稱，宇宙連同我們自身就都不會存在了——宇宙大爆炸之後應當誕生了數量相同的物質和反物質，但正反物質相遇後就會立即湮滅，那麼，星系、地球乃至人類就都沒有機會形成了。

接下來，科學家發現連時間本身也不再具有對稱性了！

可能大多數人原本就認為時光是不可倒流的。日常生活中，時間之箭永遠只有一個朝向，“逝者如斯”，老人不能變年輕，打碎的花瓶無法復原，過去與未來的界限涇渭分明。不過，在物理學家眼中，時間卻一直被視為是可逆轉的。比如說一對光子碰撞產生一個電子和一個正電子，而正負電子相遇則同樣產生一對光子，這兩個過程都符合基本物理學定律，在時間上是對稱的。如果用攝像機拍下其中一個過程然後播放，觀看者將不能判斷錄像帶是在正向還是逆向播放——從這個意義上說，時間沒有了方向。

關於時間沒有方向性的論述，我在《變化》中有過論述。大家可以去看看。

然而，1998年年末，物理學家們卻首次在微觀世界中發現了違背時間對稱性的事件。歐洲原子能研究中心的科研人員發現，正負K介子在轉換過程中存在時間上的不對稱性：反K介子轉換為K介子的速率要比其逆轉過程——即K介子轉變為反K介子來得要快。

至此，粒子世界的物理規律的對稱性全部破碎了，世界從本質上被證明了是不完美的、有缺陷的。

當“宇稱不守恆”在上世紀50年代被提出時，大多數人對“完美和諧”的宇稱守恆定律受到挑戰不以為然。在吳健雄實驗之前，當時著名的理論物理學權威泡利教授甚至說：“我不相信上帝是一個軟弱的左撇子，我已經準備好一筆大賭注，我敢打賭實驗將獲得對稱的結論。”然而，嚴謹的實驗證明，泡利教授的這一次賭打輸了。

近代微生物學之父巴斯德曾經說過：“生命向我們顯示的乃是宇宙不對稱的功能。宇宙是不對稱的，生命受不對稱作用支配。”自然界或許真的不是那麼對稱和完美，大自然除了偏愛物質、嫌棄反物質之外，它對左右也有偏好。

自然界的20種氨基酸中，有19種都存在兩種構型，即左旋型和右旋型。在非生物反應產生氨基酸的實驗中，左旋和右旋兩種類型出現的幾率是均等的，但在生命體中，19種氨基酸驚人一致地全部呈現左旋型——除了極少數低級病毒含有右旋型氨基酸。無疑，生命對左旋型有著強烈的偏愛。

也有人提出，生命起源時，氨基酸呈左旋型其實是隨機的，它不過是順應了地球圍繞太陽轉的磁場方向。但大多數科學家卻認為，左旋型和右旋型的不對稱意味著這兩種能量存在著高低。通常認為，左旋型能量較低，也較穩定，穩定則容易形成生命。

更令人費解的是，雖然構成生命體的蛋白質氨基酸分子都是左旋型的，但組成核酸的核糖和脫氧核糖分子卻都是右旋型的——儘管天然的糖中左旋和右旋的幾率幾乎相同。

看來，上帝對左右真的是有所偏愛，如果事事處處都要達到絕對的平衡對稱，“萬物之靈”的生命就不會產生了。

不管是故意也好，疏忽也罷，上帝或許真的並不是一個絕對對稱的完美主義者。從某種意義上來說，正是不對稱創造了世界。

道理其實很簡單。雖然對稱性反映了不同物質形態在運動中的共性，但是，只有對稱性被破壞才能使它們顯示出各自的特性。這正如建築一樣，只有對稱而沒有對稱的破壞，建築物看上去雖然很規則，但同時卻一定會顯得非常單調和呆板。只有基本上對稱但又不完全對稱才能構成美的建築。

大自然正是這樣的建築師。當大自然構造像DNA這樣的大分子時，總是遵循複製的原則，將分子按照對稱的螺旋結構聯接在一起，構成螺旋形結構的空間排列也是基本相同的。但是在複製過程中，對精確對稱性的細微的偏離就會在大分子單位的排列次序上產生新的可能性。因此，對稱性被破壞是事物不斷髮展進化、變得豐富多彩的原因。

正如著名的德國哲學家萊布尼茨所說，世界上沒有兩片完全相同的樹葉。仔細觀察樹葉中脈（即樹葉中間的主脈）的細微結構，你會發現就連同一片葉子兩邊葉脈的數量和分佈、葉緣缺刻或鋸齒的數目和分佈也都是不同的。

絕大多數人的面部發育都不對稱，66%的人左耳稍大於右耳，56%的人左眼略大，59%的人右半側臉較大；人的軀幹、四肢也不完全對稱，左肩往往較高，75%的人右側上肢較左側長。

可以說，生物界裡的不對稱是絕對的，而對稱只是相對的。實驗研究證明，這是由於細胞內原生質的不對稱性所引起的。從生物體內蛋白質等物質分子結構可以清楚地看到，它們一般呈不對稱的結構形式。科學研究還發現，不對稱原生質的新陳代謝活動能力，比起左右對稱的化學物至少要快三倍。由此可見，不對稱性對生命的進化有著重要的意義。自然界的發展，正是一個對稱性不斷減少的過程。

其實，不僅在自然界，即使在崇尚完美的人類文明中，絕對的對稱也並不討好。一幅看來近似左右對稱的山水畫，能給人以美的享受。但是如果一幅完全左右對稱的山水畫，呆板而缺少生氣，與充滿活力的自然景觀毫無共同之處，根本無美可言。

有時，對對稱性或者平衡性的某種破壞，哪怕是微小破壞，也會帶來不可思議的美妙結果。從這種意義上來說，或許完美並不意味著絕對的對稱，恰恰是對稱的打破帶來了完美。

“宇稱不守恆原理”的影響是深遠的。許多人說：“很難想象，假若沒有楊和李等的工作，今天的理論物理會是什麼樣子？！”1998年年末，物理學家發現首例違背時間對稱性事件。歐洲原子能研究中心的科研人員發現，正負K介子在轉換過程中存在時間上的不對稱性。這一發現雖然有助於完善宇宙大爆炸理論，但卻動搖了“基本物理定律應在時間上對稱”的觀點。

物理學上這種不辨過去與未來的特性被稱為時間對稱性。經典物理學定律都假定時間無方向，而且也確實在宏觀世界中通過了檢驗。但近幾十年來，物理學家一直在研究時間對稱性在微觀世界中是否同樣適用。歐洲原子能研究中心的一個小組經過長達三年的研究最近終於獲得了突破。他們的實驗觀測首次證明，至少在中性K介子衰變過程中，時間違背了對稱性。

由來自九個國家近百名研究人員組成的這一小組在實驗中研究了K介子反K介子相互轉換的過程。介子是一種質量比電子大，但比質子與中子小，自旋為整數，參與強相互作用的粒子，按內部量子數可分為π介子、ρ介子和K介子等。研究人員在實驗中發現，反K介子轉換為K介子的速率要比其時間逆轉過程、即K介子轉變為反K介子來得要快。這是物理學史上首次直接觀測到時間不對稱現象。

現代宇宙理論曾認為，宇宙大爆炸之初應該產生等量物質和反物質，但當今的宇宙卻主要為物質世界所主宰，這一現象一直讓人困惑。歐洲核子中心新實驗證明，反物質轉化為物質的速度要快於其相反過程，因此它為宇宙中物質量為何遠遠超過反物質量提供了部分答案。

另外，新成果對物理學基本對稱定律研究也有重要意義。物理學家們一直認為，除了基本物理定律不受時間方向性影響外，物體在空間物理反射的過程以及粒子與反粒子的變換過程也應遵循對稱性。時間、宇稱和電荷守恆定律被認為是支撐現代物理學的基礎之一。

本世紀50年代來，物理學家先後發現一些守恆定律有時並不完全滿足對稱性。美籍華人物理學家楊振寧和李政道曾提出弱相互作用中宇稱不守恆理論並經實驗證實，之後美國人詹姆斯·克羅寧和瓦爾·菲奇又發現K介子衰變過程違背宇稱和電荷聯合對稱法則，他們都因此而獲諾貝爾物理學獎。由於時間、宇稱和電荷作為一個整體被認為應該守恆，物理學家們曾猜想說，時間在特定情況下會違背對稱性。歐洲核子中心的成果首次證實了這一猜想。

1999年3月，科學家稱直接觀測證明電荷宇稱定律有誤。美國費米實驗室宣佈說，該實驗室以前所未有的精度，基本“確切無疑”地證明中性K介子在衰變過程中直接違背了電荷宇稱聯合對稱法則。這一結果被認為是物質和反物質研究領域的一項重要進展。

目前普遍接受的物理學理論認為，每一種基本粒子都有其對應的反粒子。譬如說與帶負電的電子相對應，就存在質量相同、攜帶電荷正好相反的正電子。在反物質理論提出後，科學家們一直認為，粒子和反粒子之間在特性上存在對稱，就象人們通過鏡子看自己一樣。這些對稱特性主要包括基本物理定律不受時間方向性影響，以及空間反射下的物理過程以及粒子與反粒子的變換過程遵循對稱，它們分別被稱為時間、宇稱和電荷守恆定律。

1964年，美國物理學家克洛寧和菲奇發現，K介子與其反物質反K介子之間違背宇稱和電荷聯合守恆定律。但兩位物理學家主要通過K介子與反K介子的量子力學波動效應而觀測到其違背電荷宇稱守恆現象，因此被認為是一種間接觀測。自60年代以來，世界各國物理學家也先後得出一些類似結果，但基本也都屬於間接觀測範疇。而要想直接證明K介子違背宇稱和電荷聯合守恆定律，其主要途徑是研究K介子衰變為其它粒子的過程。K介子可衰變為兩個介子。物理學家們曾從理論上指出，通過實驗測量出一定數量K介子中有多少衰變為介子，這一比值如果不接近零，那麼即可被視為直接證明了宇稱和電荷聯合定律不守恆。

據報道，各國科學家們近年來一直在從事K介子衰變為介子比值的測算，但所獲得結果都無法被認為是確切的證明。而費米實驗室所獲得的最新數值結果（0.00280誤差0.00041），由於其精確度比此前實驗都有所提高，從而直接證明了宇稱和電荷守恆定律確實有侷限性。

宇稱和電荷聯合定律不守恆最早發現者之一、曾獲1980年諾貝爾物理獎的克洛寧教授在評價費米實驗室新成果時稱，這是自發現違背宇稱和電荷守恆定律的現象35年來，人們首次獲得的有關該問題真正新的認識。普林斯頓大學教授瓦爾·菲奇說：“這個結果讓人極其詫異，這是完全沒有預料到的，它非常、非常有意思。”

科學家計劃繼續在費米實驗室進行實驗和計算，以驗證這些最新觀察結果是否確實。與此同時，如果你想知道世界為什麼會是現在這個樣子，答案完全就在於左右之間的差異——你只要看看鏡子就行了。

在結尾我們還要介紹兩個人，同樣也是華裔物理學家。一個叫吳健雄女士。一個女士，取了一個男人的名字。但她其實是美女。

就是她用實驗證實了楊振寧和李政道提出的宇稱不守恆理論的。從而使得楊李二人在提出理論的第二年就獲得諾貝爾獎。但吳健雄女士本人卻沒有獲獎。

下面是關於她的簡介：吳健雄（1912.5.31-1997.2.16），生於江蘇省蘇州太倉瀏河鎮，美籍華人，著名核物理學家、被譽為“東方居里夫人”，世界物理女王、原子彈之母、原子核物理的女王、最偉大的實驗物理學家，在β衰變研究領域具有世界性的貢獻。

中華民國二十三年（1934年）畢業於國立中央大學物理系獲學士學位，1940年畢業於加州大學伯克利分校（UC Berkeley）獲物理學博士學位，1952年任哥倫比亞大學副教授，1958年升為教授，1958當選為美國科學院院士，1975年獲美國最高科學榮譽—國家科學勳章， 1990年，中國科學院紫金山天文臺將國際編號為2752號的小行星命名為“吳健雄星”，1994年當選為中國科學院首批外籍院士。

吳健雄主要學術工作是用β衰變實驗證明了在弱相互作用中的宇稱不守恆，用實驗證明了核β衰變在矢量流守恆定律，μ子、介子和反質子物理方面的實驗研究，驗證“弱相互作用下的宇稱不守恆”，奠定了吳健雄作為世界一流實驗物理學家的地位，許多著名科學家都為她沒有因該項成就同楊振寧與李政道同獲諾貝爾物理獎而疑惑不平，但已被公認為世界最傑出的物理學家之一。

李政道：李政道，1926年11月25日生於上海，江蘇蘇州人，哥倫比亞大學全校級教授，美籍華裔物理學家，諾貝爾物理學獎獲得者，因在宇稱不守恆、李模型、相對論性重離子碰撞（RHIC）物理、和非拓撲孤立子場論等領域的貢獻聞名。

1957年，與楊振寧一起，因發現弱作用中宇稱不守恆而獲得諾貝爾物理學獎。1979年到1989年的十年內，共派出了915位研究生，並得到美方資助。1985年，他又倡導成立了中國博士後流動站和中國博士後科學基金會，並擔任全國博士後管理委員會顧問和中國博士後科學基金會名譽理事長。1986年，他爭取到意大利的經費，在中國科學院的支持下，創立了中國高等科學技術中心（CCAST）並擔任主任。其後，成立了在浙江大學的浙江近代物理中心和在復旦大學的李政道實驗物理中心。

2004年任RIKEN-BNL研究中心名譽主任。2006年至今任北京大學高能物理研究中心主任。2016年獲得“2015中華文化人物”榮譽。

雖然楊振寧，李政道，吳健雄都是華裔物理學家，但終究是從中國走出去的科學家。就說明了，中國人是聰明的，中國人搞科研是很有魄力的。中國的飛速發展，也印證了這一點。

從諾特定理到宇稱守恆是進步，從宇稱守恆到宇稱不守恆，更是突破。未來我們一定會弄明白，宇稱不守恆的根本原因。

因為我們人類時時刻刻都在準備突破。但你要突破，首先要學習很多很多的知識，高等物理，高等數學，還有對物理，對哲學的感悟。我希望你成為科學家，然後我會在這本書中，很榮幸的也介紹你，讓更多人的看到你的研究成果。

摘自獨立學者靈遁者量子力學書籍《見微知著》

靈遁者國學智慧

在回答題主的問題之前，先提一個問題，中國第一個獲得諾貝爾獎的是誰呢？是莫言還是屠呦呦奶奶？

如果你的答案是以上的任何一個，那麼恭喜你，你答錯了。

第一個獲得諾貝爾獎的中國人是楊振寧和李政道，他們於1957年獲得諾貝爾物理獎，而當時他們還沒有加入美國籍。

少年楊振寧

帥哥李政道

而他們獲得諾貝爾物理獎的成果就是宇稱不守恆。

說了宇稱不守恆的提出者，下面說一下宇稱不守恆的歷史。

還是先引用一段原文吧。

這是三體中丁儀的一段話，就是說最顯而易見的道理，宇宙間有統一的物理定律，其實六分儀說的就是諾特定理。

艾米.諾特

諾特定理有傳奇的女數學家諾特提出，是物理學的中心理論，關於這位女數學家的傳奇，以後會在頭條號文章中說，現在直說諾特定理。

諾特定理就是說對於每個局部作用下的可微對稱性，存在一個對應的守恆流。由此可以得出一些很基本的推論，例如動量守恆和能量守恆，說清楚一點就是物理定律不隨著時間和空間的改變而改變，其實也就是六分儀的那句話。

諾特定理是基於對稱的，想想其實也是，例如我們有左手就有右手，照照鏡子，會發現鏡子裡的人和我們本人一模一樣，只不過是對稱的。

於是物理學家們就認為世界是對稱的，這方面尤其以天才物理學家泡利最執著，關於泡利的故事可以參見我在頭條號的文章《泡利：愛因斯坦的繼承人，縱橫物理世界的上帝之鞭》，這裡就不多說了，泡利認為：上帝不是一個弱左撇子。這句話起源於他和來自中國的年輕人楊振寧和李政道的交往。

在上世紀五十年代，物理學家們發現了兩種介子，τ和θ，這兩種介子運動規律完全相同，基本就是雙胞胎，甚至物理學家們乾脆就認為他們就是一種介子，可問題就在於他們衰變以後，τ介子衰變成了三個π介子，θ介子衰變成了兩個π介子，按理說，雙胞胎生的孩子基因應該相同，那多出來的一個π介子哪裡來的，莫非是隔壁老王幫忙？這個比喻有點粗俗，咱們換個說法，就好像你照鏡子時，鏡子裡的你突然長出了第三隻手，是不是有點恐怖？

物理學家們對此百撕不得其姐，不對，是百思不得其解，要麼是眼花了，要麼是鏡子錯了，物理學家們做了很多實驗，證明眼睛好好的，沒有花，那麼鏡子錯了，不可能啊，鏡子證明會錯呢？

在物理學發展史中，經常會出現這種情況，對於普通人來說，都是盡力去修正理論，而對於天才來說，乾脆就顛覆理論。這方面最好的例子是愛因斯坦，當初由於邁克爾遜莫雷實驗出現的以太零結果，洛倫茲提出了洛倫茲變換來修正牛頓力學，可愛因斯坦乾脆就廢除了以太，於是相對論就誕生了。

這次的天才是來自中國的楊振寧和李政道，兩個年輕人認為乾脆是鏡子錯了不就完了，在弱相互作用下，粒子根本就不符合宇稱守恆，這就是劃時代的論文《宇稱在弱相互作用下守恆嗎?》.

他們把論文寄給了天才泡利，泡利號稱物理界的上帝之鞭，在物理界混，不被泡利抽兩鞭子出門都不好意思給人打招呼，泡利果然就抽了兩鞭子，“我不相信上帝是一個弱左撇子，我準備押很高的賭注，賭那些實驗將會顯示……對稱的角分佈……”，“對稱的角分佈”指的就是宇稱守恆，言下之意，泡利認為年輕人的想法根本就不值一提。

不過這次的鞭子抽在了泡利的臉上，也幸虧沒人和泡利打賭，否則泡利就傾家蕩產了，因為在泡利說這話的兩天前，被泡利稱為“無論作為實驗物理學家還是聰慧而美麗的年輕中國女士”吳健雄博士就發出了證明“宇稱不守恆”實驗的論文。

吳博士笑靨如花，泡利卻有些落寞

這個結論意義重大，在宇宙之初，會產生物質和反物質，正是因為這一點點不對稱性，會使得物質多一點點，其餘的物質和反物質湮滅了，這多出的一點點物質就產生了今天的美麗世界。

1957年，來自中國的楊振寧和李政道獲得了諾貝爾獎，遺憾的是聰慧而美麗的年輕中國女士吳健雄博士，吳博士的經歷更加傳奇，她就是《第二次握手》中丁潔瓊女士的原型。

最後再說一下楊振寧先生，最近霍金先生去世，人們紛紛冠以“當世最偉大的物理學家”的稱號，這有些過譽了，只要楊振寧先生在世，任何人不能以此代稱，楊振寧先生是和牛頓、愛因斯坦、麥克斯韋並稱的偉大物理學家。

閒時亂翻書

什麼叫做宇稱呢？非常抽象，一兩句話解釋不了。其源自於英文parity，這個單詞有“對等”“奇偶性”的意思，所以們暫且就這樣理解就好。我來舉個簡單點的例子，雖然不嚴謹，但是能幫助理解。

有一個陀螺，我們朝一個方向轉旋轉它，他就立在桌面上。如果我們朝相反的方向旋轉它，它還會立在桌面上嗎？之前我們認為是的，不管他怎麼轉，還是這個陀螺嘛，旋轉方向改變對他的性質可能沒影響，跟鏡子裡對稱成像是一樣的。這個，就叫做宇稱守恆。

但是實際上，人們發現如果換個方向旋轉陀螺，這個陀螺轉的沒以前那麼好，很快就東倒西歪停下來了。這個例子中，想象這個陀螺是完全對稱的。也就是說，任何條件沒改變，鏡像換個方向旋轉，這個陀螺和之前不同了。這就叫做宇稱不守恆。

最早是李政道和楊振寧提出來的。他們發現θ粒子和γ粒子的自旋壽命質量電荷完全相同，但是衰變產物不同。這時科學界認為這是不同的粒子，但是李政道和楊振寧就大膽提出，這是相同的粒子。這種後來被叫做K介子的粒子，就是發現在弱相互作用下宇稱不守恆的的開端。（在強互作用和電磁作用過程中宇稱守恆，在弱作用過程中宇稱不守恆。）

當然了，當時大家不喜歡不對稱，認為這不科學，應該是個個例，對稱才完美。但是很快吳健雄在實驗室證明了鏡像的鈷60，僅僅是自旋方向改變，衰變放射出的原子就有非常大的差異，證明了宇稱不守恆是正確的。

從此“宇稱不守恆”被承認為一條具有普遍意義的基礎科學原理。

蛋科夫斯基

宇稱守恆與宇稱不守恆是一對互補表達對稱與對稱破裂的宇宙現象，大唐楊公在天玉經描述現象的宏觀層次並用玄空飛星來系統展示二十四山陰陽與建築座山與朝向在時空框架上的關係。六十多年前楊振寧萊在微觀粒子領域的宇稱守恆與不守恆的條件用強弱互作(實為陰陽之別名〉表敘。道人將這二個事巧軍千多年的為世人不理解的智慧奇芭，用其內在聯繫在一起放在本欄目，實乃宏揚國粹，以免丟失，因二者跨界實太大，理論物理與玄學，只有易經分形邏輯可將其粘合，楊振寧本人不一定懂得，但他可以從拙文中所用的一點一滴邏輯關係都緣於他六十一年前他的諾貝爾獎講座。

楊振寧心法將對稱幾何引入理論物理，用茼單幾何推證微觀粒子複雜結構是一創舉，遺憾的是他的創意方法論並末帶動國內同業的騰飛，本道人計劃八論系統探索楊振寧方法論

楊振寧獲宇稱守恆諾貝爾獎的方法論探索

這個問題糾結貧道有些時間了，聯繫幾個相關問題，1，當年那麼多理論揚理學家研究對稱現象只有'楊李奪冠？2，課題設計如此天衣無縫他是如何做到的？且，3，他的設計構思並不是走標準的Fisher統計設計套路而是帶有東方思維方式的頂層設計和全局整體特色。4，清華不缺精英為什麼楊向來十四年沒有一帶出一個諾貝爾獎？然楊振寧接弱相互作從立題到拿獎只有五年不到2年，楊振寧的絕招是他沒有拿出來或是太難了以至於難於學到手？權且以楊振寧心法為題以啟動年輕學子效法其四海皆准的方法，而不是課題本身。

量子力學問世後，對稱問題升級為一種微妙的觀念，量子的瞬間變化在空間完成，二十多年學界一直認為是對稱守恆的，直到B塔衰敗才發現有不守恆，這就是楊振寧要用中國人的智慧挑戰理論物理尖端經典課題。著他們如何下手

楊沒有按照統計設計套路設計課題，而是類同於東方傳統的頂層設計，擺正思路和正本清源

在提出假設前用他的觀念清理設計思想，在57年的諾貝爾獎講座中他首先交待他的心法。為此他疏理了數學，邏輯和理論三者關係，他說數學只是建立邏輯支柱，有了好的數學邏輯並不等於一定能出好理論，關健是有一個好的假設和正確的結論。

然後他正本清源，把四種力歸於強相互作如使彎曲的互作，和弱相互作如B衰敗和引力作用。把二十多年的關於宇稱守恆的結論及其證據逐一清理，問題出來了，楊振寧歸納為二個，即

1，所有前面的試驗無一涉及弱相力，2，強相作用的宇稱守恆掩蓋了弱相不守恆，這正是其他課題研究沒有注意到…

實驗設計:

他們(是否吳健雄參加？？)設計左右二列`表讀記錄器記錄了數據，這樣的設計如醫學研究的配對試驗。即在其他條件完全等同的安排下，只觀察聚焦於不同輸出端的粒子數，吳健雄的結果出來了，各名大學重複驗證，弱相作用下宇稱不守恆。我都有點為吳女士設有分一份諾貝爾獎而不平，你呢？

一個讓我驚訝的事是用楊振寧論述從左右對稱到奇偶宇稱的過程追敘到1924年 Laporte 的發現光子的噴射與否是依次替換以，他將這種理交替類同對稱定義為+1和一1，聯繫著一種宇稱守恆。這是苐一次左右對稱現象升級為物理學宇稱守恆定律。並有定義說，宇稱的初始數和終極狀態數(？必須)相等。1953年 Dalitz在3*3方上提出智力遊戲而成拉斯維斯賭城大亨。

一個極其類似的玄空飛星遊戲理論(見本道士在本欄目相關文章)絕對不會低於西方的此類遊戲，二十年前發表的這個框架如今發展成西方風水的領航者，圖片示一到九坐子向午樓盤的玄空宇稱圖
此模型如建築設計師要用於樓盤參考請逐一審核其正確性，因這作者是年青人，輩分該是學生的學生新一代

從宇稱數到玄空奇偶對稱看楊振寧治學不徹底

楊振寧的教育從小學到本科是中式，研究生在美國，故中國傳統文化的潛質資源是溶乎血浸入骨，故引幾何於理論物理成就了宇稱弱相不守恆諾貝爾獎。是傳統思維智慧通過他仨人在學界展示。然04年他鼓譟一場向易經大刀闊斧的興師問罪，暴露的是對五千年文化與現代科學的內在聯繫理解不深，缺泛自信心的表現。

儘管宇稱問題繼承從三分損益律古代分形邏輯開始了現代分形分法論的新範式，但這一思維的光環楊振寧沒有再接再厲，把已經到手的現代分形幾何學的成果留給七十年代的蒙德布羅，其影響力遠超宇稱守恆，因對稱僅是分形的一特例.，而分形幾何走向自相似，自微結構和遠距離的映射，故分形邏輯是揭開量子疊加糾纏最後方法論，

天觀易3階控制論創新

宇稱不守恆，這是一個讓許多中國人既熟悉又陌生的詞語！

熟悉，是因為這是全球華人的第一個諾貝爾獎，我們的教科書和媒體會經常提到這個也是很自然的事情；陌生，是因為大多人除了知道楊振寧和李政道發現了它以外，完全不知道這個宇稱不守恆到底在說啥。

另外，跟前沿理論物理的一大堆讓人懵圈的專業術語相比，“宇稱不守恆”這五個字看起來還是很親民的。畢竟我們中學時代就學過能量守恆、動量守恆

沒錯，宇稱確實是指一種對稱性，要想理解宇稱不守恆為什麼這麼重要，就要先理解為什麼對稱性這麼重要。

那麼，對稱性到底有多重要呢？這麼說吧，如果沒有對稱性作指導，愛因斯坦不可能發現相對論，當代的理論物理學家們會像失去了燈塔一樣集體在黑暗裡抓瞎。物理學大師費曼曾經說過，如果讓他選擇一句話來概括現代科學最重要的發現，他會選“世界是原子組成的”。許多當代最著名的物理學家們認為，如果有機會再選一句，那麼所選的將是“

01什麼是對稱？

一提到對稱，許多人腦海裡會浮現類似天安門這種嚴格左右對稱的建築，或者六個瓣的雪花，鏡子裡帥帥的自己，亦或者是純粹的圓形、正方形、正六邊形這樣的幾何圖形。

沒錯，這種幾何裡的對稱是我們最容易想到的。仔細想一下這些對稱，我們會發現它們有的是以中間一根軸對稱（天安門），有的是圍著一個點旋轉對稱（雪花、圓形、正方形），還有的是相對鏡子裡的鏡像對稱。當然，天安門的那種軸對稱你也可以認為它是在天安門中間插了一面鏡子，不過這個不是重點，我的重點是：對稱的標準可以是多樣的。

對稱性的精確數學定義涉及到不變性的概念：如果一個幾何圖形在某些操作下保持不變，我們就說這個圖形在這些操作之下具有某種不變性。

一個圓無論你旋轉多少度，這個圓看起來還是那個圓，它沒有任何變化，我們就說圓這個圖形在旋轉這個操作下具有不變性，簡單的說就叫圓具有旋轉不變性。同樣的，我們用鏡子去照一個圓，鏡子裡的圖形依然是一個圓形，通過鏡子照的這個過程我們可以稱之為反射，那麼，圓也具有反射不變性

這是我們辨別對稱常用的思維，但是物理學家們卻更喜歡另一種思維。

以旋轉不變為例，我們判斷一個圖形是否具有旋轉不變性，是去嘗試著把這個圖形給轉一下，看看他跟以前還是不是一樣的。這是觀察者不動而圖形動，但是物理學家們更喜歡使用另外一種方法：圖形不動，觀察者動。

什麼意思呢？比如物理學家們判斷一個圓形是否具有旋轉不變性，他不是去旋轉這個圓看他變沒變，而是去旋轉觀察者，讓觀察者從不同的角度去看這個圓，看他們看到的是不是同樣的圓，如果是一樣的就說圓具有旋轉不變性。因為運動具有相對性，所以觀察者不動旋轉圓和圓不動旋轉觀察者本質上並沒有什麼區別。物理學家們的這種處理方法會使在處理複雜問題的時候變得簡單很多，後面你就能體會到了。

上面我們說的對稱都是隻幾何圖形的對稱，但是物理學家們並不關心幾何圖形，他們關心的是物理定律，也就是是物理定律的對稱性。初次聽到這個詞很多人可能會感覺到奇怪，幾何圖形對稱好理解，什麼叫物理定律的對稱性呢？物理定律不是一堆公式麼，為什麼會去考慮他們是否對稱的問題？

02物理定律的對稱

要理解物理定律的對稱性，我們就要把腦袋裡幾何圖形對稱的那個圖景忘掉，回到對稱更一般的數學定義上來。我們上面也說了，對稱性的精確數學定義會涉及到不變性這個概念：如果一個幾何圖形在某些操作下保持不變，我們就說這個圖形在這些操作之下具有某種不變性。

我們把上面的幾何圖形換成物理定律，就可以很自然的得到一個物理定律是否對稱的判斷標準：

還是以旋轉操作為例，我們來看看牛頓運動定律在旋轉這個操作下是否保持不變，也就是說看看牛頓運動定律是否具有旋轉不變性。答案是很明顯的，比如一個蘋果從樹上落下，我們不管是從樹下仰視，從樹上俯視，還是從遠方平視，甚至是從飛機上看，我們都會看到蘋果的下落過程符合牛頓的運動定律：蘋果朝著地心的方向加速飛去。一個俯視蘋果下落的牛頓和一個仰視蘋果下落的牛頓不可能總結出兩個運動定律出來，這就是說牛頓定律符合旋轉不變性，也就是說牛頓定律在旋轉這個操作下具有對稱性。

我們想想，不止是牛頓定律，我們現在發現的任何定律都符合旋轉不變性，也就是旋轉下的對稱性。麥克斯韋的電磁學也好，愛因斯坦的相對論也好，量子力學也好，如果我們從不同的角度去看他們就會得到不同的電磁學規律、相對論那還得了？

我們再往深層想一下，旋轉不變性的本質其實是空間的各向同性。也就是說，只要空間在各個方向上都是均勻的，都是一樣的，不存在空間這邊密度大一點那邊密度小一點，那麼觀察者從不同方向看到的物理定律就肯定是一樣的，即這些定律肯定具有旋轉不變性。

在這裡，我們看到了物理定律的旋轉對稱性居然和空間本身的性質聯繫起來了，有沒有隱隱約約感覺對稱性不只是看起來好看，好像還挺有用呢？別急，這才看到對稱性威力的冰山一角，對稱性的威力還大著呢~

03諾特定理

物理學家研究對稱性絕不是圖好玩，是因為對稱性裡蘊含了巨大的能量。要充分理解對稱性的威力，我們必須先了解一個核彈級別的定理：諾特定理。

諾特定理，顧名思義是一個叫諾特的科學家發現的定理，這個科學家叫埃米·諾特，是位著名的女科學家，被愛因斯坦形容為數學史上最重要的女人，還被稱為現代數學之母。諾特在數學上的成就我這裡不多說，她在物理學上最重要的成就就是發現了現代物理學燈塔，讓現代物理學家們不再抓瞎的諾特定理。

諾特定理的表述非常簡單，就一句話，但是內容非常深刻，它說：

我先不做過多的說明，讓大家先把思路捋一捋，這句話裡的每一個字我們都懂，它要表達的意思也非常清楚，但是這到底意味著什麼？

對稱性和守恆定律一一對應，那就是說每一個對稱性都有一個守恆定律跟它對應，每一個守恆定律也有一個對稱性跟它對應麼？那豈不是說我熟悉的能量守恆定律，動量守恆定律也都對應了某個對稱性？那上面的旋轉對稱，反射對稱又對應了什麼守恆定律呢？如果它們之間真的是這樣一一對應的，那麼以後我只要在實驗裡發現了新的守恆量，就等於發現了一個新的對稱性麼？這太不可思議了……

沒錯，上面想的都沒錯，諾特定理說的清清楚楚明明白白，沒有任何歧義，就是這樣！

另外，關於諾特定理裡連續對稱性的連續，我稍微說明一下：在經典力學

為了讓大家對諾特定理有更深刻的理解，我們先來看看幾個常見的例子。

04能量守恆定律的對稱性

諾特定理說對稱性和守恆定律一一對應，那麼就先從我們最熟悉的能量守恆定律開始。既然能量守恆，那麼按照諾特定理就有一種對稱性與之對應，是什麼對稱性呢？

這裡我不賣關子了，直接告訴大家，跟

噢，這下子秒懂了！有人說這不是廢話麼，一個物理定律如果他今天成立明天不成立，那還叫什麼定律，那我們要這樣的定律還有個錘子用？沒錯，吐槽的一點沒錯，物理學家們千辛萬苦的尋找各種物理定律，為的就是利用這些定律預測物體未來的運動情況，你如果跑來告訴我這個定律只有這一刻有效，下一刻就失效了，也就是沒有時間平移不變性，那我們還預測個啥啊？

所以，顯而易見的，我們目前所有的物理定律都是符合時間平移不變性的，明白了這一點，你就知道為什麼能量守恆定律的適用範圍這麼廣了吧？因為諾特定理告訴我們，只要物理定律是時間平移不變的，那麼他就肯定能量守恆，而時間平移不變看起來這麼強，所以能量守恆也就這麼強了。

現在這個關係是對應起來了，但是大部分人腦袋裡肯定還是懵的：為什麼能量守恆定律就是跟時間平移不變性對應，而不是跟其他的對稱性對應呢？具體的證明過程比較複雜，這裡就不說了，有興趣的自己去查資料，我這裡提供一個簡單的思路讓大家直觀的感受一下為什麼如果沒有時間平移不變性，能量就不守恆了。

假設物理定律不遵守時間平移不變性，這一秒的定律跟下一秒的定律不一樣。那我把一塊石頭往上拋，讓它剛好一秒鐘達到最高點然後它開始下落，我假設下落時的定律讓同樣大小的引力能夠產生兩倍於上拋時候的加速度，那時候下落到出發點的時候它的速度肯定比上拋的時的初候速度更大，也就具有更大的能量。那麼，在拋一個石頭的過程中它就憑空創造了能量，所以能量顯然就不守恆了。

理解了能量守恆對應時間平移不變性之後，後面兩個熟悉的守恆我就直接說結果了：

那麼，鏡面的反射對稱呢？物理定律是否遵循反射對稱呢？如果遵循反射，那麼它對應的守恆定律又叫什麼呢？

05宇稱不變性

做了這麼多鋪墊，我們文章的主角——宇稱，也該出場了。沒錯，跟鏡像反射對稱，也就是左右對稱相對應的這個守恆量，就是宇稱。宇稱也跟物體的質量、電荷一樣，是描述基本粒子性質的一個物理量。

所以，我們說物理定律的宇稱不變性，其實就是說物理定律在經過鏡面反射對稱處理之後依然保持不變，簡單的說就是鏡子裡的世界跟外面的世界遵循同樣的物理定律。

怎麼通俗的理解這個事？舉個例子，我們每個人都有照鏡子的體驗，因為人體的特殊對稱性，鏡子裡的人看起來跟鏡子外面的人一模一樣，但是左右顛倒了。也就是說，鏡子外面的人動一下左腿，你會感覺到鏡子裡面的人動了一下右腿。如果這時候外面還有一個足球，鏡子外面的人用左腿提了一下足球，這個足球會按照牛頓運動定律被踢開，同時我們會看到鏡子裡面的人會用右腿把把這個足球朝另一個方向踢開，現在問題的關鍵是：鏡子裡面的人踢足球這個過程是否滿足牛頓運動定律？

如果也滿足牛頓運動定律，那我們按照定義就可以說牛頓運動定律在鏡面反射對稱下具有不變性，也就是具有宇稱不變性，那這個過程就宇稱守恆。

可以想象一下，如果現實生活中你真的有一個一模一樣的雙胞胎，這個雙胞胎完全按照你鏡子裡的樣子站立，按照你鏡子裡的樣子用右腿踢那個球，雙胞胎的球和鏡子裡的球會按照一樣的軌跡運動麼？

答案是肯定的，鏡子裡的世界跟你一樣遵循牛頓運動定律，根據牛頓運動定律根本無法區分鏡子裡面和外面的世界。如果你有魔力把鏡子裡的人和球都摳到現實世界裡來，你會發現他跟你除了左右相反之外，他踢球的過程跟你平常的感覺是一模一樣的，踢出去的球依然是一條優美的拋物線。

這也就是說，牛頓運動定律具有嚴格的宇稱不變性，按照牛頓運動定律發生的過程嚴格宇稱守恆。其實，不止是牛頓運動定律，在四大基本相互作用力

但是，剩下的那個弱力呢？

06從宇稱守恆到宇稱不守恆

宇稱，也就是鏡面反射對稱，在我們日常生活裡實在是太常見太熟悉了。鏡子裡的世界跟鏡子外的世界比也就是左右互換了一下，鏡子外順時針旋轉的東西在鏡子裡面在逆時針旋轉而已。我們的直覺告訴我們上帝應該是公平的，他沒有任何理由偏愛左邊或者右邊，相對論的成功更是極大地加深了這種思想。

所以，宇稱不變性，也就和其它幾個最基本的不變性（比如時間平移不變、空間平移不變、旋轉不變等等）一樣，被物理學家們視為最基本的規律。視為最基本的意思就是說，

宇稱不變性跟他的幾個兄弟一樣，一路幫助物理學家們過關斬將，所向披靡，沒有人懷疑宇稱守恆的“忠心”。直到有一天，從戰火中的中國走出來了兩個天才物理學家：楊振寧和李政道。

首先我們要清楚，向物理世界中這些最基本最基礎最“顯而易見”的東西開炮是需要極大的勇氣和極高的洞察力的，這種最底層的根基一旦被動搖了，物理學的世界接下來肯定就要地動山搖、天翻地覆。粗算一下，上一次對如此基礎的概念開炮還是愛因斯坦對牛頓絕對時間和絕對空間的抨擊，以及量子力學的革命。

兩朵烏雲引發相對論和量子力學革命的故事我們已經很熟悉了，那麼，楊振寧和李政道為什麼要向宇稱守恆這麼基本的東西開炮呢？這個原因還得從弱相互作用，也就是常說的弱力開始說起。

07弱相互作用

我們在自然界發現的所有作用力最終都可以歸結為這四種：引力、電磁力、強力、弱力。引力和電磁力我們很熟悉，強力和弱力都發生在原子核裡面，我們平常接觸不到。強力簡單的說就是

弱力出現最典型的一個場景就是β衰變。

我們都知道原子核是由質子和中子組成的，元素週期表裡的那個元素的排序（所謂的

最早描述弱力的是費米的理論，而這個費米，正是楊振寧和李政道的導師。

08θ-τ之謎

在20世紀四五十年代，科學家們在宇宙射線裡探測到了許多新的粒子，這些粒子並沒有在理論中被預言，因此被稱為“奇異粒子”。由於宇宙射線有許多人為不可控的因素，為了更好的研究，人們開始自己製造粒子加速器。粒子加速器聽起來很高大上，但是大家的使用方法其實很簡單粗暴：就是把一些粒子加速到很高的速度（因此具有很高的能量），然後把它們當槍使，讓這些高能粒子去撞各種東西，看看能不能撞出一些新東西出來。

不過，雖然手法簡單，但是效果卻非常顯著：科學家們撞出了一堆稀奇古怪的“奇異粒子”，而在這些粒子當中，物理學家們最感興趣的就是θ和τ粒子。它們有一些非常奇特難解的特性，被當時的物理學家們成為“θ-τ之謎”。

θ和τ這兩種粒子的生命非常短，很快會衰變成其他的粒子，物理學家們也是通過觀察衰變之後東西才推測它們的存在。它們奇怪的地方就在於：θ粒子在衰變的時候會產生兩個π介子，而τ粒子在衰變的時候會產生三個π介子。

有人會說這有什麼奇怪的？一個粒子衰變產生兩個那個叫啥π介子的東西，另一個產生三個，這不是很稀鬆平常的事麼，難道粒子衰變生成幾個介子還要受法律約束不成？

沒錯，單純這有看，確實沒什麼奇怪的。但是，隨後人們就發現，θ和τ這兩種粒子無論是電荷、自旋還是質量都一模一樣

更為尷尬的是，澳大利亞的物理學家達利茲仔細的研究了這兩個粒子，利用當時普遍被接受的物理定律去做了一個計算分析，結果表明θ和τ的宇稱數不一樣，因此不可能是同一種粒子。

當時的局面是，有人認為θ和τ是不同的粒子，有人認為他們是相同的粒子，但是認為它們是相同粒子的人也無法解釋為什麼它們的衰變結果和宇稱數不一樣（也就是宇稱不守恆）。其實，當時一些科學已經注意到宇稱守恆的成立與否是一個重要的方向，但是由於對稱性在理論物理裡實在太重要了，要去質疑它們要不是極聰明就是極蠢。另外，關於宇稱的定律在之前的粒子物理裡一直都用的很好，因此只要提出宇稱不守恆的想法，很快就會碰到互相牴觸的地方。

如果楊振寧和李政道認為宇稱不守恆是解開θ-τ之謎的關鍵點，那就得先得把那些相互牴觸的問題都解決掉，並且還要解釋為什麼之前的各種相關現象並不違反宇稱守恆。

當然，他們做到了！

09弱相互作用下的宇稱不守恆

在前面我們就提到了，基本相互作用力裡的強力和弱力都是在原子核發生的，因此，這兩種力很容易攪和在一起。有些物理學家即便感覺宇稱可能不守恆，但是一旦他們認為宇稱在強力和弱力下都不守恆，接下來肯定會碰到滿頭包。

楊振寧和李政道敏銳的發現了這一點：把原子核黏在一起的是強力，原子核發生衰變是弱力，如果我們把這兩個過程的對稱性分開來看，也就是說，假如我只認定宇稱在強相互用力中守恆，而在弱相互作用力中不守恆，那θ-τ之謎看起來就容易多了。

把強、弱相互作用力區分討論宇稱性，這是一個很美妙的想法。如果弱相互作用下宇稱不守恆，那麼θ和τ粒子就可以看做同一個粒子不同衰變方式，於是楊振寧和李政道就把目光鎖定到弱相互作用去了。因此，

β衰變！β衰變！β衰變！

答案當然是β衰變，所以，楊、李二人立馬就對過去已有的各種β衰變進行計算考查，結果他們發現：

當然，也沒有被證實。

後來，楊振寧這樣描述他們對這個結果的反應：長久以來，在毫無實驗根據的情況下，人們都相信弱相互作用下宇稱守恆，這是十分令人驚愕的。但是，更令人驚愕的是，物理學如此熟知的一條時空對稱定律面臨破產，我們不喜歡這種前景，只是因為試圖理解θ-τ之謎的其他各種努力都歸於失敗，我們才不得不考慮這樣一種情景。

現在新的問題來了：既然β衰變是典型的弱相互作用，那麼為什麼我們之前做的那麼多β衰變的實驗都剛好跟宇稱守恆無關呢？經過一番苦思冥想之後，楊、李發現了問題的關鍵：

認識到這一點之後，楊振寧和李政道就重新設計了幾個可以檢驗宇稱是否守恆的實驗，並把具體的實驗方法和之前的分析都寫進那篇非常著名的論文《在弱相互作用中，宇稱是否守恆？》中去了，然後投給了《物理評論》。但是，等論文發表的時候，論文題目卻被雜誌的編輯改成了《對於弱相互作用中宇稱守恆的質疑》，原因是編輯認為一篇論文的標題不應該是一個問句，雖然楊振寧認為前者要好得多。

上圖便是這篇經典論文的截圖，論文我已經給大家找到了。想要親眼目睹楊振寧、李政道這兩位物理學大師的這篇論文的，可以在我的公眾號（長尾科技）裡回覆“宇稱不守恆論文”獲取論文的中文版和英文版。

論文發表之後，雖然他們在文章裡對“弱相互作用力下宇稱不守恆”的問題做了很詳盡的討論，還提出了一些可以檢驗的實驗辦法。但是，由於宇稱守恆過去在各個方面表現得實在是太好了，而且這些實驗也都不是那麼簡單的，所以他們的論文一開始並沒有引起什麼熱烈的反應。

10實驗女王吳健雄

當時想請一位實驗物理學家來做驗證宇稱是否守恆的時候可不是那麼簡單的事，實驗物理學家考慮的是：是否值得去做一個實驗來驗證宇稱是否守恆？楊振寧和李政道雖然提出了幾個具體的實驗方案，但是這些實驗都非常困難，並且，當時物理學家的眼裡，宇稱守恆是絕對可靠的，做這樣的實驗幾乎就等於白費精力。

這種想法在當時是極為主流的。

有一個叫拉姆齊的實驗物理學家後來也想做驗證宇稱是否守恆的實驗，費曼告訴他“那是一個瘋狂的實驗，不要再上面浪費時間”，他還以10000:1來賭這個實驗不會成功，後來改成了50:1，但是由於橡樹嶺實驗室不支持，所以拉姆齊只得作罷。當宇稱不守恆被實驗證明之後，費曼倒是很守信的開了一張50美元的支票給拉姆齊，算是給拉姆齊的一個安慰獎。以眼光毒辣，被稱為“上帝之鞭”“物理學的良心”的泡利聽說吳健雄在做這個實驗之後，他說他願意下任何賭注來賭宇稱一定是是守恆的，後來他自己也開玩笑說幸好沒有人跟他賭，不然他就得破產了（不知道這些物理學家怎麼這麼喜歡賭博，應該打110和911叫警察全抓起來~）。最嚴重的是朗道，朗道不僅自己公平批評質疑宇稱守恆的想法，他有個叫沙皮羅的學生在研究介子衰變的時候也覺得宇稱應該不守恆，寫了篇論文給朗道審閱，朗道直接給他丟一邊去了。幾個月後楊振寧和李政道發表了宇稱不守恆的論文，接著吳健雄用實驗做了證明，第二年還去斯德哥爾摩捧回了炸藥獎，朗道這才追悔莫及。

當然，我們也不能說如果朗道沒有無視沙皮羅的論文，蘇聯就會先發現宇稱不守恆，然後先得到一個諾貝爾獎。因為當時質疑宇稱守恆的人很多，但是光質疑沒用，原因我們上面也說了，你從宇稱不守恆出發，一出門就得到處碰壁。楊振寧和李政道是極為敏銳的意識到在宇稱守恆這個問題上要把強相互作用和弱相互作用分開，把目光鎖定在弱相互作用之後他們去全面審查所有的β衰變實驗，然後發現過去的β衰變實驗跟宇稱是否守恆無關，再接著他們發現了這個無關跟所謂的贗標量有關，於是他們設計包含測量贗標量的實驗，並得到了吳健雄的鼎力支持（想想拉姆齊的實驗，橡樹嶺實驗中心都不支持它，你就知道吳健雄的支持是哪種粒度的支持了）才得以完成。這所有的環節缺一不可，並不是簡單你以為宇稱不守恆就能去斯德哥爾摩一遊的，炸藥獎不是這麼好拿的。

吳健雄的天才在這裡不是表現在設計了多麼巧妙的實驗，而是表現在大環境對驗證宇稱是否守恆如此不利的情況下（想想費曼、泡利、朗道都是什麼級別的人物），她全力支持楊振寧和李政道的想法。她不僅要做實驗，還要迅速做趕快做，要趕在其他的實驗物理學家意識到這個實驗的重要性之前做出來。為此，她把取消了去日內瓦的高能物理會議，取消了準備去東南亞的演講旅行，她和她丈夫已經預訂了“伊麗莎白王后號”的船票，結果她公然放了她丈夫的鴿子，讓他一個人去日內瓦，吳健雄自己留下來做實驗。

吳健雄於滿清王朝覆滅那年（1912年）在江蘇蘇州出生，被稱為“實驗核物理的執政女王”，“東方的居里夫人”，她參與了曼哈頓計劃，併成為美國物理學會第一個婦女主席，是世界上最傑出的實驗物理學家之一。

有如此優秀的吳健雄的鼎力支持，實驗當然就沒什麼好擔心的了。但這裡我並不打算給大家講吳健雄的實驗，我給大家看一個更簡單直觀的圖像。下圖就是一個旋轉的原子核衰變的時候放出一個電子的圖像，中間是一面鏡子，我們從上往下看的時候，鏡子外的原子核是順時針方向旋轉，而鏡子裡面的原子核是逆時針旋轉。也就是說，

我們也很容易想象，鏡子裡外的原子核旋轉方向雖然相反，但是如果外面的電子往上飛，鏡子裡面的電子也往上飛，這很符合常識，沒什麼奇怪的，這就是宇稱守恆時候的樣子。但是，如果哪天你看到鏡子裡電子居然是朝下發射的，你會不會覺得見鬼了？

當然，物理學家說的鏡像並不是真的去看鏡子，鏡子無論怎麼照肯定都是這樣。他們的意思是：如果我再找來一個原子核，讓這個原子核跟鏡子裡的原子核一模一樣（也即是大小質量啥的都相等，但是旋轉方向不一樣），我們就說這兩個原子核互為鏡像。

然後我再去觀察這個鏡像原子核，如果它跟鏡子裡一樣也是向上發射電子，那就不奇怪，是宇稱守恆；如果它跟鏡子裡發射電子的方向相反，也就是向下發射電子，那麼宇稱就不守恆了。

當然，上面只是理論分析，真正要做實驗的話，有兩個難點：第一，分子、原子、原子核都在雜亂無章的做熱運動，你怎麼讓它跟上圖一樣安靜下來旋轉？答案是給它降溫。溫度就是微觀粒子熱運動的一個表現，溫度降下來了它們自然就不鬧騰了，所以吳健雄做實驗的時候把溫度降到了只比絕對零度（-273.15℃，粒子不動的時候的溫度，無法達到）高0.01K；第二，因為微觀粒子具有不確定性，我不可能去觀察一個原子核發射電子的方向，我只能觀察一堆原子核衰變然後統計他們發射電子方向的概率。於是，我得讓原子核都按照一定的方向旋轉，這個技術叫原子核的極化，這在當時是妥妥的高科技。

這下子知道為什麼說實驗的難度巨大了吧，不過不管怎樣，吳健雄完成了實驗，她測量了一束鈷60衰變放出電子的方向，證明宇稱在弱相互作用下是不守恆的。實驗結果出來的時候，吳健雄自己都不相信這個結果，她生怕這是哪裡的實驗誤差導致的，於是小心謹慎的再回去檢驗。她也只把初步的實驗結果跟楊振寧和李政道說了，並且讓他們暫時不要對外公佈，但是，顯然楊、李二人對這個實驗結果並沒有那麼吃驚，於是迫不及待的就告訴別人了。

消息一出，整個物理學界都震驚了！他們立刻去做其他驗證宇稱守恆的實驗，結果實驗準確無誤的顯示：在弱相互作用下，宇稱原來真TM的不守恆！

11宇稱不守恆的影響

諾貝爾獎只是宇稱不守恆一個很小的註腳。楊振寧和李政道在1956年10月發表了《對於弱相互作用中宇稱守恆的質疑》的論文，吳健雄隨後給了實驗驗證，諾組委立馬把1957年的諾貝爾獎頒給了35歲的楊振寧和31歲的李政道。要知道愛因斯坦在1905年提出來光量子說和狹義相對論，1915年完成廣義相對論，然後諾組委一直拖拖拉拉到1921年，也就是愛因斯坦42歲的時候才給頒獎。

因為宇稱不守恆（即便只是在弱相互作用下）並不是一個局部性的理論發展，它影響了整個物理學界的方方面面，是囊括了分子、原子和基本粒子物理的一個基本革命。我在前面花了很大的篇幅給大家介紹了為什麼對稱性在20世紀物理學裡這麼重要（對稱性對應守恆律），特別是愛因斯坦的相對論在時空對稱方面取得的巨大成就，還有量子力學裡對對稱性的極度重視，使得那時候人們對對稱性的信仰和依賴絲毫不比20世紀之前人們對牛頓絕對時空觀的依賴弱。

20世紀初，洛倫茲、彭加萊這些人都已經走到狹義相對論的門口了，但是就是不願意放棄牛頓絕對時空的概念，因此被年輕的愛因斯坦後來居上。20世紀50年代的時候，全世界都在為θ-τ之謎絞盡腦汁，但是費曼、泡利、朗道這樣的物理學大師都不願意假設宇稱不守恆，從而讓年輕的楊振寧和李政道後來居上。他們不願意放棄宇稱守恆，因為這些大師們太清楚對稱性在物理學的重要程度了，而且基於他們的審美觀念，他們絕不願意相信上帝會是一個左撇子。

宇稱不守恆的發現震碎了人們對上帝絕對對稱的信念，迫使人們重新思考對稱的問題，這一轉向導致了後來許多深刻的發現。人們慢慢發現，上帝雖然喜歡對稱，但是並不喜歡絕對對稱，因為絕對對稱必然導致大家都一樣，從而缺乏生機（你想想如果全世界的人都長一個樣，那將是多麼恐怖的一件事）。假設宇宙在初期都是絕對對稱的，那麼所有的粒子和相互作用都一樣，那麼怎麼會有後來引力、電磁力、強力、弱力的區分呢？所以，最開始的對稱在一定條件下是會慢慢變成不對稱的，這樣對稱就破缺

比如現在已經知道了的：電磁力和弱力在早期就是完全同一種力，叫電弱力，後來隨著宇宙的環境溫度慢慢變化，發生了對稱性破缺，電弱力就分成了現在的電磁力和弱力兩種。電磁力和弱力的統一是二戰後物理學的一個巨大成就，統一他們的是一種被稱為楊-米爾斯的理論，而這個楊-米爾斯里的這個楊，正是我們這篇文章的主人公之一的楊振寧。其實，除了已經完全統一了的電弱相互作用，現在用來描述強相互作用的量子色動力學也是一種楊-米爾斯理論。正因如此，楊-米爾斯方程在現代物理學裡極為重要，這是繼麥克斯韋方程組和愛因斯坦引力場方程之後最為重要的一組方程。相比給楊振寧先生了帶來諾貝爾獎的宇稱不守恆，楊-米爾斯方程才是楊振寧先生的最高成就，也是東方人在物理學上的最高成就。

關於楊-米爾斯方程的事情，我在後面會用更大的篇幅給大家做更詳盡的介紹。雖然楊米爾斯-方程和規範場很複雜，但是我會盡力用極通俗的語言和清晰的邏輯給大家理清楚，怕錯過的盯住我的公眾號就行了，公眾號裡都是我自己寫的文章。其實大家也不要有畏懼心理，不要被一堆公式嚇住了，宇稱不守恆一樣很麻煩很複雜，可是，一路看到這裡來的朋友，我相信對宇稱不守恆的事情基也基本上搞清楚了。看，現代物理也沒想象的那麼可怕~

12結語

在文章的最後，我想跟大家聊點科學以外的事情。

宇稱不守恆震驚了全世界以後，人們開始想到，為什麼偏偏是兩個中國人（宇稱不守恆的論文發表於1956年，楊振寧和李政道加入美國國籍的時間分別為1964年和1962年，所以那會兒他們還都是中國國籍）引導物理學界跨過了這道坎，解決了一個“物理學理論根本結構”的問題？而堅持要做驗證宇稱是否守恆實驗的，也是一個剛剛加入美國國籍的華裔科學家吳健雄。

美國一位雜誌編輯坎佩爾推測，也許東西方的某些文化差異促使中國科學家去研究自然法則的不對稱性。《科學美國人》的編輯，著名的科學作家馬丁·加德納更是認為，中國文化素來就重視不對稱性，在中國文化裡極為重要的

太極圖我們再熟悉不過了，陰陽相生相剋的道理我也明白。馬丁·加德納的說法到底有沒有道理，長尾科技就不在這裡妄下結論了，留給大家自己思考吧。

最後，經過後來幾十年的研究，人們對弱相互作用下宇稱如何不守恆已經基本弄清楚了，但是對宇稱為什麼會不守恆仍然是一頭霧水，特別是為什麼宇稱在其它三種相互作用下守恆，偏偏在弱相互作用下不守恆。

這個接力棒，就交給你了~

我是【長尾科技】，一個致力於用最通俗的語言科普相對論、量子力學、計算機、數學等高深理論的自媒體人。關注公眾號【長尾科技】，回覆“相對論”、“量子力學”獲取最新的原創文章，回覆“社群”加入我們跟更多志同道合的朋友一起探討科學~

長尾科技

答：宇稱，簡單地說就是鏡像互換不變性，或者左右互換不變性，專業解釋為空間反射不變性；宇稱不守恆說的是不變性被破壞，在弱相互作用宇稱是不守恆的；在強相互作用、電磁相互作用和萬有引力中宇稱是守恆的。

要深刻理解宇稱不守恆，我們先來熟悉我們已知的物理定律，比如牛頓力學就具有空間平移對稱性和時間平移的對稱性。

也就是說，一個物體平移一段距離後，所遵循的力學定律是不變的；同樣隨著時間的流逝，力學定律也是不變的。

在物理學中，有個中心定律叫做“諾特定理”，諾特定理深刻揭示了其中的本質。

基於這種對稱性，物理學中引出一個重要概念——宇稱，就是我開頭說的那個。

科學家為了描述這種對稱性質，把微觀粒子分成兩類，一類宇稱為正（+1），一類宇稱為負（-1），也可稱作奇偶，一個系統的總宇稱，就等於系統內所有粒子宇稱的乘積。

宇稱守恆描述：一個系統無論如何變化，不管是分裂出新粒子，還是結合成新粒子，系統變化前後的總宇稱保持不變。

該守恆的物理圖像，就是物理定律在鏡像中保持不變。

比如一個物體，它在鏡子中的圖像雖然左右互換了，但是鏡子中的物體，所遵循的物理學規律和鏡子外是一樣的。

宇稱守恆一直被物理學家認為是宇宙的基本規律，上帝不可能偏愛"左"或者"右"，在電磁力和強相互作用力中都是守恆的。

直到1954年，實驗物理學家發現一個奇怪現象，被稱作""τ-θ之謎"。

原因是K介子（電子質量的1000倍，壽命約一億分之一秒），存在六種不同的分裂方式，讓科學家感到驚訝的是，分裂後的總宇稱不守恆，一種衰變成奇宇稱態，一種衰變成偶宇稱態。

1956年，李政道和楊振寧合作，闡述了弱相互作用中，宇稱不守恆的機制，並設計了幾種驗證方案。

當年，另外一位美籍華裔女物理學家吳健雄，就以漂亮且嚴謹的實驗，證實了楊-李的理論。

宇稱不守恆的發現意義非常重大，在物理學中，時間T、宇稱P和電荷C，被認為是現代物理學的基礎，三者的守恆一直是物理學關注的對象，宇稱不守恆讓物理學家開始思考，我們理解世界的方式或許出了問題。

在20世紀末，物理學家詹姆斯·克羅寧和瓦爾·菲奇，再次發現宇稱和電荷的聯合對稱不守恆（CP破壞），獲得1980年的物理學諾貝爾獎。

後來人們還發現，電荷對稱性（C）和時間反演對稱性（T）也非嚴格守恆，可是三者的結合CPT，卻是嚴格守恆的，這在大型強子對撞機中已經得到了證實。

好啦！我的答案就到這裡，本答案的部分內容，取自我自己在2018年2月23日發佈的原創文章《上帝是個左撇子，楊振寧和李政道發現的宇稱不守恆，到底是何物？》，喜歡我們答案的讀者朋友，記得點擊關注我們——艾伯史密斯！

艾伯史密斯

我看別的答案說的都比較專業的樣子。如果僅和愛好者解釋，可以這麼比喻:

給你一些正方形，長方形，圓形的照片，並且告訴你這些照片有的是直接拍攝的，有的是從鏡子裡拍攝的。你能分辨出來嗎？

宇稱不守恆就是上述那些東西右邊多畫了一個點，或者某個人右臉長了一個痣，於是現在就能選出來哪些照片是直接拍攝哪些是從鏡子裡拍攝的了。

安茲烏拉恭

宇稱不守恆是近代物理裡一個重要的發現，這個發現直接導致了諾貝爾獎。

左右同時存在的世界

通常情況下我們的世界，左右是同時存在的，比如人有兩隻手，洋流在北半球和南半球分別沿順時針逆時針環流，數學裡的三維座標系可以是左手系，也可以是右手系。

洋流在北半球順時針，南半球逆時針

我們可以定義什麼叫左，什麼叫右。一個球既可以沿著順時針旋轉也可以沿著逆時針旋轉。這是完全可以做到的。

中微子只能是左旋的

如果有一天，有人告訴你：不，有一種球，只能沿著逆時針轉。你一定會感到十分的吃驚，我反著讓它轉不就行了嗎？

然而，楊振寧和李政道通過查閱大量現象發現，中微子只能沿著某個方向旋轉，並首先提出弱相互作用中宇稱不守恆。該論點由吳健雄於1957年通過實驗證明，弱相互作用中宇稱不守恆，也就是，中微子只能是左旋的。你可以給左旋改個名字叫右旋，但是這不影響一個事實，就是中微子只能沿一個方向轉，而不能沿另一個方向轉。

鈷60實驗

為了更好的理解這一實驗現象，我們以吳健雄當年做的實驗為例來看看實驗室如何說明中微子（實際上應該叫反中微子，不過這只是名字的區別）只能沿一個方向旋轉。

鈷60的天然放射

鈷60是天然放射性元素，會衰變為鎳60，一個電子和一個反中微子。

正常情況下，一個靜止的鈷60會朝四面八方射出電子

鈷60在弱磁場下的情況

實驗上已經知道鈷60的自旋為5，鎳的自旋為4，這相當於我們把一個靜止的鈷60放在微弱的磁場裡面，鈷60以磁場為軸，旋轉的角動量沿磁場方向有時候為5，有時候為4，...，有時候為-4，有時候為-5。而鎳60類似。

鈷60在強磁場下的情況

如果磁場很強，由於鈷60擁有核磁矩，大多數的鈷60便會在磁場的影響下偏向磁場，此時鈷60以磁場為軸，旋轉的角動量沿磁場方向大多數時候為5，稍微多的時候為4，...，少部分時候有時候為-4，很少的時候為-5，平均來看是向上的，正的，沿著磁場方向的，右手旋轉的。吳健雄將鈷60放進磁場，在磁場的作用下，靜止的鈷便像上圖一樣在旋轉，衰變以後剩下的鎳也如上圖。

為了維持角動量守恆，發射的中微子和電子的自旋合起來，必須為1，才能滿足5=4+1。

由於大多數的鈷60都沿右手旋轉，那麼電子和中微子也應該大多數是沿著右手方向旋轉。

左手右手中微子的定義

到目前為止，我們清楚了實驗的基本情況，現在引入右手旋轉中微子，與左手旋轉中微子的定義。

如果中微子沒有質量，其運動方向與自旋方向相同，就是右手中微子，如果自旋方向與運動方向相反就是左手中微子。

吳健雄的實驗

現在我們可以瞭解吳健雄當年的實驗。如果認為兩種中微子同時並且等量的存在。根據之前的分析，受到磁場的影響，大量的中微子應該擁有沿著磁場向上的自旋，可是自旋的方向不是粒子運動的方向，如果兩種中微子都存在，我們應該在沿著磁場和逆著磁場方向觀察到差不多數目的中微子（為了維持動量守恆，電子也應該如此），所以我們應該觀察到差不多數目的電子。

可是實驗室觀測點到的卻是大多數電子在逆著磁場的方向，這說明，我們之前的假設兩種中微子都存在，是不正確的，所以只有一種中微子，所以宇稱在包含中微子的現象中不守恆，即，弱相互作用中宇稱不守恆。

這個實驗在一定的精度上說明了宇稱不守恆。

關鍵字: 反射 守恆 宇稱