在旋转钴60核的面前放上一面镜子,人们就能得到如下图像:
图1 钴60核的beta衰变及其镜像
为了对上述图像进行直观解读,有必要先介绍一下物理学家是如何标记旋转物体的旋转方向的。按照约定,用左手握住一个旋转的物体,让四个手指指着物体表面旋转的方向,人们就把大拇指所指的方向定义为物体旋转的方向。运用上述标记方法,我们易知:在我们的世界(THIS WORLD)中,钴60核的旋转方向是垂直向下的。
现在,让我们来检视人们对钴核衰变及其镜像所进行的直观解读。
首先人们看到:旋转钴60核衰变时,往下发射的电子(ELECTRONS)比往上发射的明显要多;而在镜像世界(MIRROR WORLD)中,钴60核镜像的表现则与钴60核一模一样,也是往下发射的电子比往上发射的明显要多。这个看到,真真切切,板上钉钉。
其次人们还看到:相比于钴60核的表面旋转方向,钴60核镜像的表面旋转方向反向了。所以立马能够认定:钴60核镜像的旋转方向,与钴60核的旋转方向正好相反,它是垂直向上的。这个看到,真真切切;这种认定,板上钉钉。
基于上述两个“板上钉钉”,人们得到了一个重要的认知:在我们的世界中,钴60核衰变时的电子,倾向于沿核的旋转方向出现。而在镜像世界中,钴60核镜像衰变时的电子,则倾向于沿核的旋转的反方向出现。这无疑表明,就钴60核的beta衰变过程而言,我们的世界和镜子里的世界受不同的物理定律支配。而镜子里的世界和我们的世界之区别是什么呢?区别唯有一条,左右互换了。左右互换之后,物理定律居然随之变了;于是,人们充满底气地下了一个势所必得的结论:由弱相互作用所引起的钴60核的beta衰变过程,是左右不对称(宇称不守恒)的(见图2)。
还应该提及的是,人们曾经设想过:如果钴60核衰变时,电子出现在核的旋转方向和核的旋转的反方向上的几率相同——电子出现的方向不具有择优性,那么,钴60核的beta衰变过程,就是左右对称(宇称守恒)的。理由很简单:在这样的情形下,钴60核衰变时电子的出现没有倾向性,则钴60核镜像衰变时电子的出现必定同样没有倾向性——我们的世界和镜子里的世界受相同的物理定律支配。
然而,1956年底,吴健雄实验对此给出了判决性裁定:在受弱相互作用支配的钴60核的beta衰变中,电子飞出的方向就是具有择优性。也就是说,本文的图像1是与实验事实相符的。
在1957年12月11日举行的诺贝尔物理学奖颁奖典礼上,时年31岁的李政道先生“无需借助于任何理论”[1],通过直观解读上述图像确认“钴核衰变过程的左右不对称”,已是65年前的事了。这样的解读,在阿·热(徐一鸿)教授颇受欢迎的《可怕的对称》一书中[2],有生动和仔细的描述。看来,人们的解读,步步有据;人们的确认,板上钉钉。人们相信,就是再过650年,也将坚如磐石,岿然不动。
然而,千人诺诺,却有一士谔谔。我对人们的上述解读和确认,给出八字评论:高度似是,但却真非。
针对人们的解读和确认,我要单刀直入,问一个直击要害的问题:钴60核镜像的旋转方向,果真与钴60核的旋转方向相反而垂直向上吗?
我完全可以肯定,人们会不假思索地怼我:如此一目了然之事,还用问吗?问这样的问题,你脑子进水了没有?如果我淡定地佯装茫然不解,他们就会忍不住喷我:你装什么蒜啊?我们世界中的物理学家把他的左手伸到镜子里去,握住钴60核之镜像,让四个手指指着其表面旋转的方向,他的大拇指所指的方向,不就是钴60核镜像的旋转方向吗?这个方向难道不是妥妥地垂直向上吗?
怼我喷我的人,一定以为我哑口无言了。然而我要说:且慢!钴60核镜像的旋转方向,决不是如你们设想的那样,是由我们世界中的物理学家把他的左手伸到镜子里去标记的。
说起来,怼我喷我的人,也是情有可原。这是因为,所有关于钴60核衰变及其镜像的示意图,均无一例外地漏掉了一个很关键的场景:当我们世界中的物理学家用他的左手给钴60核标记旋转方向时,他的镜像——镜子里的物理学家,正共时地用其右手标记钴60核镜像的旋转方向;他右手大拇指所指的方向,才是钴60核镜像的旋转方向!这个方向与钴60核的旋转方向一样,乃是垂直向下的!(见图3)
怼我喷我的人如若不信,可以权且充当一回物理学家,站在镜子面前用左手给一旋转物体标记旋转方向,然后好好瞧一瞧,是不是你的镜像正在用其右手在共时地给旋转物体的镜像标记旋转方向?
我认为,镜像世界中的活,说什么也轮不到我们世界中的人去插手。对于镜像世界,我们只可谨守观察者的本分——镜像世界的内政,不仅不容干涉,事实上也无法干涉。
基于我对钴60核衰变及其镜像的颠覆性直观解读,我有颠覆性结论如下:
在我们的世界中,钴60核衰变时的电子,倾向于沿核的旋转方向出现。而在镜像世界中,钴60核镜像衰变时的电子,同样倾向于沿核的旋转方向出现——我们的世界和镜子里的世界受相同的物理定律支配。由此可知,由弱相互作用所引起的钴60核的beta衰变过程,是左右对称(宇称守恒)的。
钴60核的beta衰变过程中,电子出现的方向的确具有择优性;但它与左右对称与否没有关涉,人们应该另行探究其原因。
7月24日,我把江枫制作的图2和图3放进此文,并作了少许修订之后,经再三斟酌,觉得有必要为物理学同行加写一段简短的专业文字(普通读者可以略去不读)。这段文字如下:
认同图2的李政道先生和徐一鸿教授认为,钴60核的自旋角动量是贋矢量,该贋矢量与飞出电子的动量(矢量)点乘后,得到了一个贋标量——beta角分布。而这个贋标量,正是裁定“左右不对称”的判决性依据。
认同图3的我认为,钴60核的自旋角动量是矢量而不是贋矢量,该矢量与飞出电子的动量(矢量)点乘后,得到了一个标量(不是贋标量)——beta角分布。而这个如假包换的标量,乃是力挺“左右对称原理”的判决性依据。
高度“似是而非”的现有理论中的解读和结论,被我的解读和结论颠覆了。到底谁对谁错,并不取决于权威站在哪一边。我的信条是:在科学问题中,一千个权威也抵不上个别人的一次谦卑的推理。
2022年7月17日 完稿
2022年7月24日 修改
2022年7月25日 再改 于
北京家中
参考文献:
- 李政道. 弱相互作用和宇称不守恒(1957年12月11日在诺贝尔物理学奖颁
奖典礼上的演讲)[A]. 诺贝尔获奖者演讲集:物理学1942-1964[R].
阿姆斯特丹:Elsevier 出版社,1964:406-418.
- 热 A(徐一鸿). 可怕的对称[M]. 长沙:湖南科学技术出版社,1992:36-40.
作者附注1:
由江枫先生于2022年7月23日制作的图2和图3,使此文的通俗易懂上了
一个明显的台阶。
作者附注2:
100多年前的空间反演物理学领域中,人们无意识地误给某些矢量戴上了一顶“贋矢量”的帽子;而贋矢量又派生出了所谓“贋标量”。从1997年我给徐一鸿教授写了一封未发出的信算起,25年来我所做的,是正本清源,给那些被错戴了贋品帽子的矢量和标量平反昭雪,还它们以清白之身。