使楊振寧和李政道獲諾貝爾獎的宇稱不守恆到底是什麼意思?

2020-12-04 刁博

1957年,楊振寧和李政道因發現弱相互作用下宇稱不守恆而獲諾貝爾物理學獎,這是中國人第一次站在諾貝爾獎的領獎臺上。60多年過去了,楊振寧和李政道的名字早已家喻戶曉,使他們獲得諾貝爾獎的宇稱不守恆指的是什麼,卻沒有太多的人知曉。

簡單的說,宇稱守恆指的是鏡像對稱。你照鏡子的時候,鏡子裡的你和鏡子外的你就是鏡像對稱的。你舉起你的左手,鏡子裡的人舉起的是他的右手;你原地順時針轉一圈,鏡子裡的人會原地逆時針轉一圈;你將一個小球向上拋出去,鏡子裡的人也會將小球向上拋出去。日常生活中的鏡像對稱意味著宇稱守恆,如果你將小球向上拋出去的同時,鏡子裡的人是將小球向下拋出去的,這樣就意味著宇稱不守恆。

當年牛頓在鏡子外研究物體的運動,總結出了牛頓三定律等。如果牛頓研究的是鏡子裡的物體運動,也會得到和鏡子外一樣的規律。這就是宇稱守恆的原因。假若鏡子內外物體的運動遵循不同的規律,宇稱就不守恆了。

楊振寧和李政道是為了解決當時困擾粒子物理學界的τ-θ之謎給出了弱相互作用下宇稱不守恆的假想。當時發現了k介子的兩種衰變方式,一種為τ介子,另一種為θ介子。兩個粒子的電荷、壽命、質量、自旋等完全一樣,讓人不得不懷疑它們是同一種粒子;而它們衰變的時候有具有完全相反的宇稱,這又表明它們不像是同種粒子。

解決這個問題只有兩條路可走,一條路是認為宇稱守恆,τ粒子和θ粒子是兩個不同的粒子;另一條路是認為τ粒子和θ粒子是同一種粒子,這樣宇稱就不守恆。

楊振寧和李政道翻閱文獻後發現,弱相互作用下宇稱是否守恆並沒有得到過實驗的嚴格檢驗,他們大膽地發表了宇稱不守恆的猜想,並給出了幾種檢驗方案。

吳健雄等人最早用實驗驗證了楊振寧和李政道的猜想。吳健雄採用的是被極化後的鈷原子核發生β衰變時釋放電子的方案,如上圖所示,左邊被極化的鈷原子核主要是向下釋放電子,那麼在鏡像世界中,原子核自旋方向顛倒後鈷原子核仍然會主要向下釋放電子。然而實驗觀察到的現象卻不是這樣的。實驗中鈷原子核向下擲電子,鏡像世界中的鈷原子核卻向上擲電子,鏡像對稱破壞了,這意味著弱相互作用下宇稱真的不守恆。

宇稱不守恆是物理學史上的一件大事,天經地義的對稱破缺了。後來人們在此基礎上陸續認識到正反粒子以及時間也存在不對稱性。正是由於不對稱性,宇宙爆炸後才產生了不一樣多的物質和反物質,才有了我們今天的宇宙以及人類。

令人遺憾的是,因宇稱不守恆而獲得諾貝爾獎的楊振寧和李政道後來卻因宇稱不守恆導致他們關係破裂,他們爭論的是誰對這項成就的貢獻大。事情的真相到底如何目前已經難以考證,或許也沒有必要進行考證了。不論誰的貢獻大,他們的豐功偉績都會在物理學殿堂中閃爍出熠熠光輝。

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  • 什麼是宇稱不守恆?楊振寧和李政道的發現有多大意義
    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。
  • 如果沒有楊振寧和李政道,宇稱不守恆還需要過多久才能被發現?
    1957年,楊振寧和李政道因發現宇稱不守恆而獲諾貝爾物理學獎。他們提出宇稱不守恆的設想是在1956年,之所以能夠不到一年就獲諾貝爾獎是因為他們的發現實在是太重要了。若是問假若沒有楊振寧和李政道,人類還需要多久才能發現宇稱不守恆?
  • 深度:宇稱不守恆到底說了啥?楊振寧和李政道的發現究竟意味著啥
    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。畢竟我們中學時代就學過能量守恆、動量守恆,對守恆的概念還是很熟悉的,而「宇稱」聽起來應該和宇宙的某種對稱性有關。然而,宇稱到底是什麼呢?為什麼它不守恆?
  • 楊振寧和李政道究竟發現了啥(解析宇稱不守恆)
    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。
  • 楊振寧和李政道的宇稱不守恆創造了什麼應用價值?
    楊振寧和李政道為解決粒子物理學的τ-θ之謎,在1956年提出弱相互作用下宇稱不守恆設想,並給出了幾種實驗驗證方案。1957年初,實驗證實在弱相互作用下宇稱的確不守恆,頓時引起了巨大轟動,當年他們就獲得了諾貝爾物理學獎。
  • 楊振寧最快諾獎:「宇稱不守恆」的發現
    前幾篇文章裡說過,楊振寧是二戰後全世界最偉大的物理學家。今天,咱們就說說楊振寧最為人所知的物理學貢獻——獲得了諾貝爾獎的「宇稱不守恆」。對稱和守恆想理解「宇稱不守恆」,需要先知道兩個概念——「對稱」和「守恆」。
  • 比楊振寧他們早幾個月發現「宇稱不守恆定律」,卻被別人捷足先登
    楊振寧與李政道一同出現在諾貝爾獎頒獎現場,那一年楊振寧35歲,李政道31歲。如此年輕就獲此殊榮,在「諾貝爾獎」獲獎名單中,也是不多見的!那一刻他們萬眾矚目,意氣風發!楊振寧與李政道一起工作,當時可以說兩人惜惜相惜,但是等共富貴後,就分道揚鑣可能他們在登上領獎臺前,還在懷疑這一切是不是在做夢
  • 楊振寧與李政道的恩怨糾葛,諾貝爾獎到底誰的貢獻大?
    問題來由楊振寧與李政道之間的恩怨糾葛,一是關於文章的署名問題,誰排第一,誰排二,另一個是諾貝爾獎誰的貢獻大。楊振寧與李政道曾經親密無意,發現宇稱不守恆,獲得1957年諾貝爾物理學獎,1962年後關係惡化,原因有二。
  • 李政道談與楊振寧決裂事件,坦言:諾貝爾獎只是浮雲
    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。李政道的研究領域十分廣闊,在高能物理、粒子物理、天體物理、流體力學、統計物理、凝聚態物理、廣義相對論等方面建樹頗多。
  • 李政道與楊振寧恩怨始末
    斬獲諾貝爾獎成果當中就有使他們在1957年共同獲得諾貝爾獎的宇稱不守恆定律的發現。目前公認的說法是,李政道最先發現了這一定律的突破口。1956年4月底的一天,楊振寧專門開車從長島到哥倫比亞看望李政道,李政道知無不言,把其研究內容和宇稱不守恆的突破性通通告訴了楊振寧。楊振寧聽後,第一反應是激烈反對,但二人經過了反覆的討論磋商,最終楊振寧被說服。
  • 宇稱不守恆理論在中國的曲折遭遇
    1956年10月,30歲的李政道和34歲的楊振寧在美國科學雜誌《物理評論》上發表了《弱相互作用中宇稱不守恆質疑》一文,提出了宇稱不守恆理論假設。1957年1月,美籍華裔女物理學家吳健雄率先通過實驗證實了這一理論。1957年10月,李、楊二人在提出該理論僅一周年的時候,榮膺諾貝爾物理學獎。
  • 同樣是諾貝爾獎獲得者,為什麼人們只說楊振寧,卻從不提李政道?
    楊振寧和李政道一起獲得了諾貝爾獎,為什麼大家只記得楊振寧?其實要說大家都不記得李政道,那絕對是誤解了,因為楊振寧和李政道當年獲得諾貝爾獎的影響實在是太大了,這有如下幾個原因!第一位華人科學家獲得諾貝爾獎:楊振寧和李政道於1957年獲得諾貝爾物理獎,而且他們所研究的領域的絕對硬核級別的四大基本作用力的弱相互作用力下的宇稱不守恆
  • 楊振寧、李政道才是最早獲得諾貝爾獎的中國人
    代表著科學界的最高學術水平的諾貝爾獎誕生已一百多年了,獎勵在各個領域中「對人類作出最大貢獻的人」900多個,而獲獎的中國科學家或華人科學家卻屈指可數。就這寥寥無幾的幾位,大多數國人也難述其詳,不過對楊振寧和李政道這兩位科學家倒是比較熟悉。
  • 諾獎的宇稱不守恆只排第三,楊振寧的楊-米爾斯理論到底多厲害?
    很多朋友是因為兩件事認識楊振寧的,第一是宇稱不守恆,不僅打破了諾獎頒發的時間記錄,也是打破了中國諾獎第一,第二肯定是楊振寧回國娶了比他小54歲的翁帆!一直到現在,大家仍然津津樂道!不過他們結婚已經16年,相信比很多人的婚姻壽命都要久了,各種謠言不攻自破。
  • 獲諾貝爾獎共同拒絕回國,李政道更早入美籍,為何只有楊振寧被罵
    引言:楊振寧和李政道都是偉大物理學家,兩人因共同完成宇稱不守恆的研究工作並發表了《弱相互作用中宇稱不守恆理論》這篇文章,在當時引起了不小的轟動。後來,在1957年,兩人又同時獲得了諾貝爾物理學獎,而成為了榮辱與共的朋友。後來兩人都選擇拒絕回國,加入了美籍。
  • 楊振寧的「宇稱不守恆」到底講了啥?看後才知道楊教授的偉大
    這是什麼意思呢,我們看前面三種操作,第一種操作是「空間位置」變化,請問這個位置可不可以慢慢變,當然可以,因為位移量是一點一點連續增加的,你會發現前面三種操作都是可以連續變化的,唯獨第四種操作「鏡像」不可以。因為一個物體鏡中只有一個狀態與之對應,所以鏡像這個操作不是連續的,直觀表達如下圖所示。
  • 楊振寧和李政道分道揚鑣,楊振寧評價:政道和我的差距在這點上
    眾所周知,楊振寧先生和李政道先生之間發生的事情,可以說是科學界最出名的公案了。 在1957年,兩人因為宇稱不守恆理論,從而一起獲得了諾貝爾物理學獎,堪稱是科學界的雙子星。
  • 楊振寧和李政道獲諾獎的論文就是這篇,大家看看
    導讀:楊振寧和李政道獲諾獎的論文就是這篇,大家看看。由於不支持PDF上傳,所以這是手機長屏截圖。有能力去讀,可以直接根據標題《弱相互作用中的宇稱質疑》去下載高清版。不知道這個截圖大家能不能看清楚 。因為這個真的很震撼,人類一直以來對宇稱守恆非常痴迷,深信不疑。而李政道和楊振寧勇敢的提出質疑並且請他們的師姐吳健雄先生做了實驗,成功了!而且你仔細去看看,作者感謝。寫了五個人名字,就是這些人參與了討論。這說明什麼呢,就是當時那種學術交流氛圍還是很好的。即使現在也值得我們學習。
  • 霍金提出黑洞設想,楊振寧提出宇稱不守恆理論,他們的貢獻哪個高
    但是如果你再問他楊振寧是誰,估計這個數字就會下降了。那麼霍金和楊振寧,到底誰擁有更高的成就呢? 1956年,楊振寧的學術成就突飛猛進。基本粒子宇稱守恆是物理學的基本理論,但是楊振寧與李政道一同發現 ,基本粒子宇稱守恆的鏡像實驗結果與其本身是一模一樣的。
  • 血統加法律,楊振寧、李政道才是最早獲得諾貝爾獎的中國人
    在多數人的心目中,兩人是以「美籍華人」的身份獲獎的,其實1957年楊振寧、李政道獲得諾貝爾獎時的國籍是中國。1956年10月,李政道、楊振寧在美國《物理評論》上發表了他們合作提出的宇稱不守恆理論假設。1957年1月,美國有三組科學家幾乎同時通過實驗結果證實了這一理論假設。這表明物理學的基本概念被實驗推翻,一項學術進展立刻成為轟動的大新聞,楊振寧、李政道、吳健雄三位華人科學家成為明星。