4.物理危机
由于杨—米尔斯理论没有引起多大的关注,所以杨振宁的生活并没有发生多大变化,直到一九五六年……
一九五六年,物理学界陷入了危机,危机的来源便是著名的“τ-θ之谜”。什么是“τ-θ之谜”?作为非专业人士,我只能用不太严谨的语言对它作个简单的解释。
二十世纪五十年代,随着大型加速器的建成以及物理实验技术的提高,物理学家们陆续发现了一大批新粒子,物理学家称它们为“奇异粒子”,τ粒子和θ粒子便是备受关注的两种奇异粒子。τ粒子和θ粒子是在其他粒子的碰撞中产生的,这两种粒子总是一起产生,而且都是产生得很快,消失得很慢,它们性质上很相似,但是衰变过程有很大的差别。由于衰变过程上的差别,所以大家都认为这是两种不同的粒子,不同的粒子有不同的衰变方式,这没什么好疑惑的。不过,随着时间的推移,问题来了。什么问题呢?人们发现τ粒子和θ粒子的性质不只是相似,而是完全相同,它们具有相同的质量,相同的寿命,相同的自旋方式,带有相同的电荷……以至于人们不得不承认,τ粒子和θ粒子就是同一种粒子!
不过,当时的物理学家们都不敢承认τ粒子和θ粒子是同一种粒子,因为那样的话,物理研究中的金科玉律——宇称守恒定律就被打破了!
这里又不得不提一下宇称守恒定律了。“宇称”是物理学中的专有名词,我们作为外行人可以把它简单地理解成一种空间的“对称性”,这种“对称性”是指物理规律在某种变化下的不变性。例如做某个物理实验,无论是今天做还是明天做,是在中国的实验室做还是在美国的实验室做,只要具体的实验条件没变,所得的结果都应是一样的。也就是说时间和空间的变化,不会改变物理规律的形式和结果。放到量子力学里,“宇称”是表征微观粒子运动特性的一个物理量,宇称守恒定律是关于微观粒子体系的运动或变化规律具有左右对称性的定律,微观粒子体系在发生某种变化过程如核反应、基本粒子的产生和衰变时都应该遵从这个规律!
那么问题来了,根据宇称守恒定律,如果τ粒子和θ粒子是同一种粒子,那么它们的衰变过程应该是具有宇称对称性的,可是实际情况却并非如此,它们的衰变过程完全不同!
这个严重的问题让物理界陷入了尴尬,物理学家们一时间不知所措起来。现在摆在他们面前的有两条路,一条路是想方设法证明τ粒子和θ粒子的确是不同的两种粒子,另一条路就是承认宇称守恒定律在弱相互作用下不成立!因为τ粒子和θ粒子衰变是在弱相互作用环境下进行的。
什么是弱相互作用呢?弱相互作用又叫弱核力,是自然界的四种基本力之一,其他三种基本力是强核力、电磁力、万有引力。电磁力和万有引力大家都很熟悉,但是弱核力和强核力大多数人都不知道,因为这两种力是量子级别,虽然切切实实地存在,但是我们无法感受到,只有研究微观物理的科学家才会去接触它们。
在当时,大多数人都对宇称守恒定律深信不疑,这个定律在几十年前就被提出,并且在强核力、电磁力、万有引力中都得到证实,人们深信它在弱核力中一样能成立。可能有人会说,在强核力、电磁力、万有引力中得到证实,不能说明在弱核力中也适用啊!物理学家们当然不会比我们傻,实际上,这是一个很正常、很实在的推广,就相当于人类没出过太阳系,但我们却深信万有引力定律在太阳系外依然成立。无数实验围绕着宇称守恒进行,无数理论围绕着宇称守恒产生,如果有人说宇称守恒错了,谁都不敢相信,也根本不愿相信,这可是定律,不会动摇,也不容怀疑。
就这样,大多数研究者们把工作重心放在了找τ粒子和θ粒子的不同上,只要证明这是两种不同的粒子,宇称守恒定律便不会动摇,危机便能解除。可是,随着时间的推移,越来越多的实验更加证明τ粒子和θ粒子就是同一种粒子,物理学界陷入了黑暗中。这时候,杨振宁站了出来,将宇称守恒定律打破了!