现在,不妨让我们改用放射性旋转核的角动量方向,再来简要分析放射性核衰变过程中的左右对称问题(图 9)。
按照我们的见解,当镜外物理学家用右手来标记核的角动量方向时,他的镜像则共时地用其左手去标记镜中核的角动量方向。如图 9 所示,镜中核的角动量方向与镜外核的角动量方向是一致的,都是垂直向下。于是,关于决定放射性核衰变时电子出现在哪个方向的定律,观察衰变的物理学家与观察镜子里衰变的同事将给出相同的看法:电子沿核的角动量之反方向飞出。于是,我们又一次得到了自己的独特结论:不论电子出现在核的角动量方向与反方向上的几率是否相同,即不论电子飞出的方向是否具有择优性,弱相互作用下的左右对称,均活得好好的,安然无恙——
1、上述两种几率相同,即电子飞出的方向并无择优性。
在此情形下,支配我们世界与镜子里世界的相同物理定律是:电子的飞出对核的角动量方向与反方向一视同仁,即左右对称。
2、上述两种几率不同,即电子飞出的方向具有择优性。
如果电子出现在核的角动量方向上的几率,大于出现在角动量反方向上的几率,则支配我们的世界与镜子里世界的相同物理定律是:电子倾向于沿核的角动量方向出现,即左右照样对称。
如果电子出现在核的角动量方向上的几率,小于出现在角动量反方向上的几率,则支配我们的世界与镜子里世界的相同物理定律是:电子倾向于沿核的角动量反方向出现,即左右照样对称。
同理,若改用子弹的角动量方向去分析子弹飞行过程中的左右对称问题,则我们也很容易得到:子弹飞行这一宏观力学过程中,左右是对称的。对此,本文不再赘述。
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图 9 镜子内外的电子,都沿核的角动量的反方向飞出。因此,我们的世界与镜子里的世界均受相同的物理定律支配;不论电子飞出的方向是否具有择优性,放射性旋转核的衰变过程都是左右对称的。
五
最后,我要公正地指出,认定图 3 镜中之核的旋转方向与镜外之核的旋转方向正好相反的,并非只是徐一鸿教授一人。事实上,整个物理学界都持这样的看法。例如,1957 年 12 月 11 日时年 31 岁的李政道先生在诺贝尔物理学奖颁奖典礼上的演讲中,就配有一幅插图(图 10);该图所表示的,是 1956 年吴健雄先生等物理学家所做的、放射性旋转钴核的 beta 衰变实验。李政道先生的获奖演讲稿,标题是:弱相互作用和宇称不守恒,载于李政道《对称与不对称》一书的附录 B 中。
李政道先生在解释图 B.3 时说:“在这实验中产生极化磁场的螺线管中电流的环行方向[5] ,与 beta 射线(电子流,笔者注)发射时的优先方向确实以非常直接的方式表现出右手系统与左手系统的差异。”[6]
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图 10 李政道先生《对称与不对称》一书中的图 B.3
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镜像反映
图 11 我们另行绘制的《对称与不对称》一书中的图 B.3
如果李政道先生把问题进一步言明的话,那么,他就会说,图 11 所示镜中螺线管中电流环行方向的改变,造成了镜中钴核旋转方向的反向(或等价地,造成了镜中钴核角动量方向的反向),于是,就出现了“beta 射线发射时的优先方向”,“于是,无需借助于任何理论就可确认宇称的不守恒,或者说在一个镜像反映下的非不变性。”[7]
什么是“在一个镜像反映下的非不变性”呢?李政道先生用专业术语写出的这句话,其意思是:在弱相互作用中,我们的世界和镜子里的世界受不同的物理定律支配,因而左右并不对称。而这句话的依据——“beta 射线发射时的优先方向”,就是徐一鸿教授所说的“电子飞出的方向具有择优性”。
说白了,李政道先生书中的图 B.3(本文图 11),就是本文的图 6。为了说明这一点,我们对图 11 稍加补充,使其成为本文之图 12(钴核表面旋转方向与螺线管中电流环行方向一致)。
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镜像反映
图 12 观察镜外钴核衰变的物理学家得到的定律是:电子倾向于沿核的旋转方向飞出,而观察镜内钴核衰变的物理学家得到的定律是:电子倾向于沿核的旋转反方向飞出。这就是说,由于 beta 射线(电子)的发射具有优先方向,导致两位物理学家得到了不同的定律,从而表现出在一个镜像反映下的非不变性,即左右不对称。
对照图 6 和图 12,可知李政道和徐一鸿这两位先生,都把镜中之核旋转方向的标记,认为是由镜外物理学家将左手“伸进”镜子里去搞定的(若换成对镜中之核角动量方向的标记,则他们认为是由镜外物理学家将右手“伸进”镜子里去搞定的)。
于是,他俩得到的共同结论、也是 1957 年以来物理学界公认的结论是:由实验确认的“beta 射线发射时的优先方向”,正是大自然不尊重左右对称的实锤证据;原先人们以为在四种基本相互作用中普适的“镜像反映下的不变性(对称性)”,在弱相互作用中其实并不成立。
与李政道和徐一鸿这两位先生不同,我们认为:镜中之核旋转方向的标记,是由镜中物理学家(镜外物理学家之镜像)用右手完成的。因此,我们有图 13,且我们的结论是:虽然 beta 射线(电子)的发射具有优先方向,但观察镜外核的衰变和观察镜中核的衰变的两位物理学家,照样能得到相同的定律,从而表现出在一个镜像反映下的不变性,即左右对称。
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镜像反映
图 13 观察镜外钴核衰变的物理学家得到的定律是:电子倾向于沿核的旋转方向飞出,观察镜内钴核衰变的物理学家得到的定律
同样是:电子倾向于沿核的旋转方向飞出。这就是说,虽然 beta射线(电子)的发射具有优先方向,但两位物理学家照样得到相
同的定律,从而表现出在一个镜像反映下的不变性,即左右对称。
在本文结尾处,我想用一句带有哲思意味的话加以强调:镜像世界中的行为主体,只能是人的镜像;人本身是无法进入镜像世界的。换用平常话说就是:镜像世界中的任何活计,必定是由人的镜像去干的,人的本尊是有心无门、插不进手的。故此,标记镜中之核的旋转方向及角动量方向,或标记镜中子弹的旋转方向及角动量方向,乃是物理学家之镜像的专司职能。
不知多少年前(难于考证),人们在不经意间想了个当然,让物理学家本尊愣将手“伸进”镜子里去越俎代庖,从而使镜像反映这门学问的源头,潜藏了一个本不该有、且可能会造成断崖式理论崩塌的错讹。
在此我不得不指出,很不幸的是:作为空间反演物理学基石之一的“贋矢量”概念,以及因吴健雄实验结果而导致世界轰动,并随之形成煌煌定论的“弱相互作用中左右不再对称”,就建立在上述错讹之上。
就我的心愿而言,我当然期待,自己与徐一鸿教授商榷的结果,将表明我对图3.5(本文图 3)的质疑与澄清是站得住脚的。倘若果真是那样,则超凡而可怕的左右对称原理,将迎来她又一个里程碑式的高光时代;其美妙质朴的光芒,将会像高高天际耀洁的星光那样,继续引领人类去探索宇宙无穷的奥秘。
2023 年 12 月 7-10 日 初稿
2023 年 12 月 30 日 定稿
2024 年 01 月 05 日 修改
参考文献与注释:
[1] 弱相互作用:自然界的一种基本相互作用。现有物理学理论认为,自然界存在四种基本相互作用——引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。
[2] 徐一鸿(A.Zee). 可怕的对称[M]. 长沙:湖南科学技术出版社,1992:37-38.
[3] 徐一鸿(A.Zee). 可怕的对称[M]. 长沙:湖南科学技术出版社,1992:40.
[4] 李政道. 对称与不对称[M]. 北京:清华大学出版社,2000:98.
[5] 通电螺线管产生极化磁场,使处于极低温下数目巨大的钴核之旋转方向保持一致。
[6] 李政道. 对称与不对称[M]. 北京:清华大学出版社,2000:98.
[7] 李政道. 对称与不对称[M]. 北京:清华大学出版社,2000:98. 致谢:
1、文中的十幅插图——图 3、4、5、6、7、8、9、11、12、13,由江枫先生所制作。
2、2024 年 1 月 5 日增补的图 12 与图 13,得益于吴延俊先生的建议