科學(xué):弦論未來―物理學(xué)家布賴恩訪談錄
news.dayoo.com 2004年08月22日 14:59 來源: 科技之光
過去一談到弦論，人們就感到頭暈?zāi)X脹，就算是弦論專家也煩惱不已；而其他物理學(xué)家則在一旁嘲笑它不能做出實(shí)驗(yàn)預(yù)測；普通人更是對(duì)它一無所知?？茖W(xué)家難以同外界說明為什么弦論如此刺激：為什么它有可能實(shí)現(xiàn)愛因斯坦對(duì)大統(tǒng)一理論的夢想，為什么它有助于我們深入了解“宇宙為何存在”這樣深?yuàn)W的問題。然而從1990年代中期開始，理論開始在觀念上統(tǒng)合在一起，而且出現(xiàn)了一些可檢驗(yàn)但還不夠精確的預(yù)測。外界對(duì)弦論的關(guān)注也隨之升溫。今年7月，伍迪·艾倫在《紐約人》雜志的專欄上以嘲弄弦論為題材——也許這是第一次有人用“卡拉比-丘”空間理論來談?wù)撧k公室戀情。 談到弦論的普及，恐怕沒有人能比得上布賴恩·格林。他是哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)教授，也是弦論研究的一員大將。
他于1999年出版的《優(yōu)雅的宇宙》（The Elegant Universe）一書在《紐約時(shí)報(bào)》的暢銷書排行榜上名列第四，并入圍了普利策獎(jiǎng)的最終評(píng)選。格林是美國公共電視網(wǎng)Nova系列專輯的主持人，而他近期剛剛完成了一本關(guān)于空間和時(shí)間本質(zhì)的書。《科學(xué)美國人》的編輯George Musser最近和格林邊吃細(xì)弦般的意大利面邊聊弦論，以下是這次“餐訪”的紀(jì)要。
SA：有時(shí)我們的讀者在聽到“弦論”或“宇宙論”時(shí)，他們會(huì)兩手一攤說：“我永遠(yuǎn)也搞不懂它。”
格林：我的確知道，人們?cè)谝婚_始談到弦論或者宇宙論時(shí)會(huì)感到相當(dāng)?shù)某粤ΑＮ液驮S多人聊過，但我發(fā)現(xiàn)他們對(duì)于這些概念的基本興趣是那么的廣泛和深刻，因此，比起其他更容易的題材，人們?cè)敢庠谶@方面多花點(diǎn)心思。
SA： 我注意到在《優(yōu)雅的宇宙》一書中，你在很多地方是先扼要介紹物理概念，然后才開始詳細(xì)論述。
實(shí)現(xiàn)突破與否，往往就取決于一點(diǎn)點(diǎn)洞察力。
格林：我發(fā)現(xiàn)這個(gè)法子很管用，尤其是對(duì)于那些比較難懂的章節(jié)。這樣一來讀者就可以選擇了：如果你只需要簡要的說明，這就夠了，你可以跳過底下比較難的部分；如果你不滿足，你可以繼續(xù)讀下去。我喜歡用多種方式來說明問題，因?yàn)槲艺J(rèn)為，當(dāng)你遇到抽象的概念時(shí)，你需要更多的方式來了解它們。從科學(xué)觀點(diǎn)來看，如果你死守一條路不放，那么你在研究上的突破能力就會(huì)受到影響。我就是這樣理解突破性的：大家都從這個(gè)方向看問題，而你卻從后面看過去。不同的思路往往可以發(fā)現(xiàn)全新的東西。
SA： 能不能給我們提供一些這種“走后門”的例子？
格林： 嗯，最好的例子也許是維頓（Edward Witten）的突破。維頓只是走上山頂往下看，他看到了其他人看不到的那些關(guān)聯(lián)，因而把此前人們認(rèn)為完全不同的五種弦論統(tǒng)一起來。其實(shí)那些東西都是現(xiàn)存的，他只不過是換了一個(gè)視角，就“砰”地一下把它們?nèi)b進(jìn)去了。這就是天才。 對(duì)我而言，這意味著一個(gè)基本的發(fā)現(xiàn)。從某種意義上說，是宇宙在引導(dǎo)我們走向真理，因?yàn)檎沁@些真理在支配著我們所看到的一切。如果我們受控于我們所看到的東西，那么我們就被引導(dǎo)到同一個(gè)方向。因此，實(shí)現(xiàn)突破與否，往往就取決于一點(diǎn)點(diǎn)洞察力，無論是真的洞察力還是數(shù)學(xué)上的洞察力，看是否能夠?qū)|西以不同的方式結(jié)合起來。
SA： 如果沒有天才，你認(rèn)為我們會(huì)有這些發(fā)現(xiàn)嗎？
格林：嗯，這很難說。就弦論而言，我認(rèn)為會(huì)的，因?yàn)槔锩娴闹i正在一點(diǎn)一點(diǎn)地變得清晰起來。也許會(huì)晚5年或10年，但我認(rèn)為這些結(jié)果還是會(huì)出現(xiàn)。不過對(duì)于廣義相對(duì)論，我就不知道了。廣義相對(duì)論實(shí)在是一個(gè)大飛躍，是重新思考空間、時(shí)間和引力的里程碑。假如沒有愛因斯坦，我還真不知道它會(huì)在什么時(shí)候以什么主式出現(xiàn)。
SA：在弦論研究中，你認(rèn)為是否存在類似的大飛躍？
格林：我覺得我們還在等待這樣一種大飛躍的出現(xiàn)。弦論是由許多小點(diǎn)子匯集而成的，許多人都做出了貢獻(xiàn)，這樣才慢慢連結(jié)成宏大的理論結(jié)構(gòu)。但是，高居這個(gè)大廈頂端的究竟是怎么樣的概念？我們現(xiàn)在還不得而知。一旦有一天我們真的搞清楚了，我相信它將成為閃耀的燈塔，將照亮整個(gè)結(jié)構(gòu)，而且還將解答那些尚未解決的關(guān)鍵問題。
相對(duì)論是對(duì)時(shí)間和空間重新思考的里程碑，我們正在等待另一次這樣的飛躍。
SA：讓我們來談?wù)劖h(huán)量子理論與其他一些理論。你總是說弦論是唯一的量子引力論，你現(xiàn)在還這么認(rèn)為嗎？
格林：呃，我認(rèn)為弦論是目前最有趣的理論。平心而論，近來環(huán)量子引力陣營取得了重大的進(jìn)展。但我還是覺得存在很多非?；镜膯栴}沒有得到解答，或者說答案還不能令我滿意。但它的確是個(gè)可能成功的理論，有那么多極有天賦的人從事這項(xiàng)研究，這是很好的事。我希望，終究我們是在發(fā)展同一套理論，只是所采用的角度不同而已，這也是施莫林（Lee Smolin）所鼓吹的。在通往量子力學(xué)的路上，我們走我們的，他們走他們的，兩條路完全有可能在某個(gè)地方相會(huì)。因?yàn)槭聦?shí)證明，很多他們所長正是我們所短，而我們所長正是他們所短。弦論的一個(gè)弱點(diǎn)是所謂的背景依賴（background-dependent）。我們必須假定一個(gè)弦賴以運(yùn)動(dòng)的時(shí)空。也許人們希望從真正的量子引力論的基本方程中能導(dǎo)出這樣一個(gè)時(shí)空。他們（環(huán)量子引力研究者）的理論中的確有一種“背景獨(dú)立”的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，從中可以自然地推導(dǎo)出時(shí)空的存在。從另一方面講，我們（弦論研究者）可以在大尺度的結(jié)構(gòu)上，直接和愛因斯坦廣義相對(duì)論連接起來。我們可以從方程式看到這一點(diǎn)，而他們要和普通的引力相連接就很困難。這樣很自然地，我們希望把兩邊的長處結(jié)合起來。
SA：在這方面有什么進(jìn)展嗎？
格林：很緩慢。很少有人同時(shí)精通兩邊的理論。兩個(gè)體系都太龐大，就算你單在你的理論上花一輩子時(shí)間，竭盡你的每一分每一秒，也仍然無法知道這個(gè)體系的所有進(jìn)展。但是現(xiàn)在已經(jīng)有不少人在沿著這個(gè)方向走，思考著這方面的問題，相互間的討論也已經(jīng)開始。
SA：如果真的存在這種“背景依賴”，那么要如何才能真正深刻地理解時(shí)間和空間呢？
格林：嗯，我們可以逐步解決這個(gè)難題。比如說，雖然我們還不能脫離背景依賴，我們還是發(fā)現(xiàn)了鏡像對(duì)稱性這樣的性質(zhì)，也說是說兩種時(shí)空可以有相同的一套物理定律。我們還發(fā)現(xiàn)了時(shí)空的拓?fù)渥兓嚎臻g以傳統(tǒng)上不可置信的方式演化。我們還發(fā)現(xiàn)微觀世界中起決定作用的可能是非對(duì)易幾何，在那里坐標(biāo)不再是實(shí)數(shù)，坐標(biāo)之間的乘積取決于乘操作的順序。這就是說，我們可以獲得許多關(guān)于空間的暗示。你會(huì)隱約在這時(shí)看見一點(diǎn)，那里又看見一點(diǎn)，還有它們底下到底是怎么一回事。但是我認(rèn)為，如果沒有“背景獨(dú)立”的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，將很難把這些點(diǎn)點(diǎn)滴滴湊成一個(gè)整體。
置身于弦宇宙，時(shí)空可能像這樣：另有6維卷曲在所謂的“卡拉比-丘空間”內(nèi)。
SA：鏡像對(duì)稱性真是太深?yuàn)W了，它居然把時(shí)空幾何學(xué)和物理定律隔離開來，可過去我們一直認(rèn)為這二者的聯(lián)系就是愛因斯坦說的那樣。
格林：你說的沒錯(cuò)。但是我們并沒有把二者完全分割開來。鏡像對(duì)稱只是告訴你遺漏了事情的另一半。幾何學(xué)和物理定律是緊密相連的，但它就像是一副對(duì)折開的地圖。我們不應(yīng)該使用物理定律和幾何學(xué)這個(gè)說法。真正的應(yīng)該是物理定律與幾何-幾何，至于你愿意使用哪一種幾何是你自己的事情。有時(shí)候使用某一種幾何能讓你看到更多深入的東西。這里我們又一次看到，可以用不同的方式來看同一個(gè)物理系統(tǒng)：兩套幾何學(xué)對(duì)應(yīng)同一套物理定律。對(duì)于某些物理和幾何系統(tǒng)來說，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)只使用一種幾何學(xué)無法回答很多數(shù)學(xué)上的問題。在引入鏡像對(duì)稱之后，我們突然發(fā)現(xiàn)，那些深?yuàn)W無比的問題一下子變得很簡單了。
理論上可以導(dǎo)出許多不同的宇宙，其中我們的宇宙似乎是唯一適合我們生存的。
SA：弦論以及一般的現(xiàn)代物理學(xué)，似乎逼近一個(gè)非如此不可的邏輯結(jié)構(gòu)；理論如此發(fā)展是因?yàn)樵贌o他路可走。一方面，這與“人擇”的方向相反；但是另一方面，理論還是有彈性引導(dǎo)你到“人擇”的方向。
格林：這種彈性是否存在還不好說。它可能是我們?nèi)狈θ胬斫舛藶樵斐傻募傧?。不過以我目前所了解的來推斷，弦論確實(shí)可以導(dǎo)出許多不同的宇宙。我們的宇宙可能只是其中之一，而且不見得有多么特殊。因此，你說得沒錯(cuò)，這與追求一個(gè)絕對(duì)的、沒有商量余地的目標(biāo)是有矛盾的。
置身于弦宇宙，時(shí)空可能像這樣：另有6維卷曲在所謂的“卡拉比-丘空間”內(nèi)。
SA：如果有研究生還在摸索，你如何在方向上引導(dǎo)他們？
格林：嗯，我想大的問題就是我們剛才談到的那些。我們是否能窮究時(shí)間和空間的來源？我們能否搞清楚弦論或M理論的基本思想？我們能否證明這個(gè)基本思想能導(dǎo)出一個(gè)獨(dú)特的理論？這個(gè)獨(dú)特理論的獨(dú)特解，也就是我們所知的這個(gè)世界？有沒有可能借助天文觀測或加速器實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這些思想？ 甚至，我們能不能回過頭來，了解為什么量子力學(xué)必然是我們所知世界不可或缺的一部分？任何可能成功的理論在其深層都得依賴一些東西：比如時(shí)間、空間、量子力學(xué)等，這其中有哪些是真正關(guān)鍵的，有哪些是可以省略掉仍能導(dǎo)出與我們世界相類似的結(jié)果？
物理學(xué)是否有可能走另一條路，雖然面貌完全不同，但卻能夠解釋所有的實(shí)驗(yàn)？我不知道，但是我覺得這是個(gè)很有意思的問題。從數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)邏輯出發(fā)，有多少我們認(rèn)為基本的東西是唯一可能的結(jié)論？又有多少可以有其他可能性，而我們不過是恰恰發(fā)現(xiàn)了其中之一而已？在別的星球上的生物會(huì)不會(huì)有與我們完全不同的物理定律，而那里的物理學(xué)與我們一樣成功？
[何毓嵩/譯 曾少立/校]
2.
創(chuàng)造奇跡——著名物理學(xué)家楊振寧講述挑戰(zhàn)守恒(2008.12) 楊振寧（著名物理學(xué)家諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者）：50年前， 1957年1月，吳健雄宣布她的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在β衰變中宇稱不守恒（圖1）。
一個(gè)月以后的2月2日，美國物理學(xué)會(huì)在紐約客旅館舉行周年大會(huì)。事后對(duì)于那天大會(huì)的情形有這樣一個(gè)報(bào)道：最大的演講廳擠滿了人，有人幾乎從大廳中央懸燈的鐵纜上爬下來。
在這次會(huì)議上作報(bào)告的
焦點(diǎn)人物，除了吳健雄和兩位低溫物理學(xué)家之外，還有時(shí)年35歲的華裔物理學(xué)家楊振寧，他在會(huì)上宣讀的與李政道合作的那篇論文，給國際物理學(xué)界帶來了一場威力不亞于原子彈爆炸的沖擊。為什么這篇論文的影響如此巨大？這要從他們所從事的粒子物理研究說起。
楊振寧：第二次世界大戰(zhàn)之前，物理實(shí)驗(yàn)都是小規(guī)模的，一個(gè)最好的例子是1897年J.J.湯姆森的儀器。J.J.湯姆森是一個(gè)英國人，他用一個(gè)很小的儀器，通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了世界上第一個(gè)基本粒子（圖2）。
今天我們知道，每一個(gè)人的身上，任何一顆小東西里頭都有億萬個(gè)電子，電子是最常見的基本粒子。人類第一次知道有這么一種基本粒子，就是湯姆森用這個(gè)小儀器發(fā)現(xiàn)的。這個(gè)儀器當(dāng)然有歷史價(jià)值，今天它被保存在大英博物館里頭。
第二次世界大戰(zhàn)之后，核物理成為非常熱門的研究領(lǐng)域，制造了越來越大的加速器。第二次世界大戰(zhàn)以后第一個(gè)最大的加速器，叫作宇宙線級(jí)加速器。你看它的左下角，還有一個(gè)人站在那兒，你就可以知道它有多么大（圖3）。
當(dāng)時(shí)它是世界最大的，可以達(dá)到三個(gè)GeV的能量。今天世界最大的加速器實(shí)驗(yàn)室，在瑞士日內(nèi)瓦，是一個(gè)國際的實(shí)驗(yàn)室，有幾千個(gè)工作人員在里面工作（圖4）。
實(shí)驗(yàn)室所在的地方，地下差不多一百米深的地方有兩個(gè)隧道，基本粒子就在這些隧道里頭被加速碰撞，然后物理學(xué)家研究這些碰撞出來的碎片，這就是今天實(shí)驗(yàn)的情形。這個(gè)機(jī)器所能達(dá)到的能量是宇宙線級(jí)加速器能量的好幾千倍。
構(gòu)成世界的最小微粒究竟是什么？在很長一段時(shí)間里，人們一直以為應(yīng)該是原子；到20世紀(jì)初，科學(xué)家們?cè)谠又邪l(fā)現(xiàn)了質(zhì)子、中子和電子，當(dāng)時(shí)很多人以為，這些粒子已經(jīng)不可拆分了；然而基本粒子的發(fā)現(xiàn)卻顛覆了這一觀念。隨著科學(xué)儀器的不斷更新，興奮的物理學(xué)家們就像剝洋蔥一樣，一層一層地將更小的微粒剝離出來。
楊振寧：有了當(dāng)時(shí)這些加速器，再加上宇宙射線，很多從前不為人知的基本粒子都被發(fā)現(xiàn)了。這些粒子是料想不到的，所以被稱為奇異粒子，strange particles。第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的新的基本粒子，也叫奇異粒子，叫作π。它從上邊下來，在拐彎的地方衰變成兩個(gè)粒子，π變成了一個(gè)μ跟一個(gè)問號(hào)，問號(hào)是沒有電荷的，中文叫中微子（圖5），走到左邊去的。這個(gè)技術(shù)是膠片，是一種特別靈敏的膠片，它是上世紀(jì)40年代英國依爾福德公司所發(fā)展的新技術(shù)，這個(gè)新的技術(shù)對(duì)于物理學(xué)當(dāng)時(shí)的研究起了重大的作用。
1950年～1965年之間，鑒定奇異粒子及研究它們的性質(zhì)，成為基本物理學(xué)的主流研究。要研究這些基本粒子是不是帶電的，是正電還是負(fù)電，還是中性的，它們的質(zhì)量是什么，它們是怎樣衰變，等等，這些都是當(dāng)時(shí)需要研究的題目。
20世紀(jì)50年代，人們先后發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)神秘的粒子，θ和τ，它們的基本特征十分相似，衰變方式卻大相徑庭，這讓科學(xué)家們大惑不解。θ和τ究竟是什么關(guān)系？是近親？是孿生兄弟？還是根本就是同一個(gè)粒子呢？
楊振寧：1954年到1957年間最激烈的辯論就是這個(gè)θ-τ之謎。從膠片里頭,或者用氣泡室看，θ跟τ是完全不一樣的?？墒窃絹碓蕉鄿?zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)指出θ跟τ有相同的質(zhì)量，而且這個(gè)質(zhì)量測量越來越準(zhǔn)確。兩個(gè)質(zhì)子，通常它的質(zhì)量是差得很多的，差幾十倍，甚至幾百倍，這么樣接近的是很少有的；而且θ跟τ的壽命又是一樣的。所以呢，它們似乎其實(shí)是一個(gè)粒子。一個(gè)基本粒子可以變成各種不同的衰變的形式，這個(gè)是司空見慣的，θ跟τ似乎是正在向那個(gè)方向走。另外一方面是每一個(gè)粒子都有一個(gè)特點(diǎn)、特性，叫作宇稱，并有一個(gè)基本定律，這個(gè)基本定律叫作宇稱守恒。什么叫宇稱守恒呢？就是說在衰變之中，原來的宇稱跟后來的宇稱必須是一樣的，這就叫宇稱守恒。
宇稱是一個(gè)專門的物理概念，用來表達(dá)左右對(duì)稱或者不對(duì)稱的性質(zhì)。π的宇稱是-1，如果宇稱守恒的話，θ衰變成兩個(gè)π，它的宇稱應(yīng)該是-1的平方，+1；而τ衰變成三個(gè)π，它的宇稱就等于-1的三次方，-1。這樣的話，θ跟τ的宇稱就是不一樣的。
楊振寧：這里頭有一個(gè)麻煩的地方，就是在τ這個(gè)情形之下另外還有一種宇稱，叫作軌道宇稱。所以第一步先要解決在τ里有沒有軌道宇稱，這是當(dāng)時(shí)熱衷的題目。這就引出來了一個(gè)方法，叫達(dá)利茲的圖。達(dá)利茲是英國一個(gè)非常重要的理論物理學(xué)家，他發(fā)明了一個(gè)圖，你每看見一個(gè)τ，就可以在這個(gè)圖里找出來、畫出來一點(diǎn)，所以從這個(gè)圖的跡象可以看見有沒有軌道宇稱（圖6）。
1956年4月3日到6日，在國際高能物理會(huì)議上，達(dá)利茲總結(jié)了他前兩年的工作，指出幾百個(gè)τ衰變的研究在達(dá)利茲圖里形成了一個(gè)均勻的分布。均勻的分布就是說沒有軌道宇稱，τ根據(jù)宇稱守恒，沒有軌道宇稱，它的宇稱就應(yīng)該是-1的三次方，是-1，跟θ的宇稱是不一樣的，所以θ跟τ不是同一個(gè)粒子。
要想證明θ和τ是同一個(gè)粒子，除非推翻“宇稱守恒”這條定律。然而在當(dāng)時(shí)的世界物理學(xué)界，“宇稱不守恒”是絕對(duì)不可思議的事情。
楊振寧：在這個(gè)情形之下就會(huì)有人問了，說是不是宇稱可以不守恒呢？任何一個(gè)人只要一提這個(gè)問題，就立刻會(huì)被大家攻擊，攻擊得體無完膚，所以大家不敢講這句話。為什么不敢講這句話呢？因?yàn)槿藗兿嘈庞罘Q守恒有三個(gè)主要的原因：一、宇稱守恒的意思就是說物理世界是左右對(duì)稱的，物理世界左右對(duì)稱與牛頓定律、麥克斯韋爾定律是完全符合的；二、左右對(duì)稱有很大的直覺和審美的感召力，大家都愿意多有一點(diǎn)對(duì)稱，不要有不對(duì)稱的現(xiàn)象；三、1920年到1930年以后，量子力學(xué)指出：宇稱非常準(zhǔn)確地在原子物理中守恒。
20世紀(jì)物理學(xué)的一個(gè)非常重大的革命性的發(fā)展，就是在頭30年間的量子力學(xué)的發(fā)展。這個(gè)量子力學(xué)的發(fā)展，不只是對(duì)于物理學(xué)，對(duì)于今天我們的人生都有極大的影響。所以有手提電話，因?yàn)槔镱^有一個(gè)芯片；所以有芯片，因?yàn)橛邪雽?dǎo)體；所以有半導(dǎo)體，就是因?yàn)橛辛孔恿W(xué)的革命。而量子力學(xué)里說宇稱是非常準(zhǔn)確地守恒，而且宇稱在理論跟實(shí)驗(yàn)研究上都已經(jīng)成為很有力量的一個(gè)工具。這個(gè)工具在原子、分子物理里頭非常有用處，接著在核子衰變的物理里頭非常有用處，以后在核子反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)里頭也非常有用處。有這么多的用處，所以大家就覺得宇稱絕對(duì)是守恒的。
宇稱守恒定律的牢固地位使關(guān)于θ-τ之謎的爭論陷入僵局，很多試圖解謎的科學(xué)家都紛紛敗下陣來。然而在1956年的夏天，兩位年輕的華裔物理學(xué)家楊振寧和李政道卻聚到了一起，開始聯(lián)手向它發(fā)起挑戰(zhàn)。
楊振寧：所有人都知道物理世界有四種力量，叫作強(qiáng)力、電磁力、弱力、引力。強(qiáng)力者，就是把原子核合在一起的力量，它非常之強(qiáng)，所以反應(yīng)堆有很大的能可以釋放出來，原子彈可以有很大的能爆炸出來，這叫強(qiáng)力。電磁力就是電跟磁的力，電磁力是化學(xué)的基本。弱力呢，是20世紀(jì)才發(fā)現(xiàn)的，其中大家最熟悉的就是它的放射性，這個(gè)力量比起強(qiáng)力跟電磁力都要弱很多，所以叫弱力。還有第四種就是萬有引力。這四種力，在上世紀(jì)四五十年代，已經(jīng)變得很清楚了。
楊振寧和李政道大膽地猜測，或許宇稱守恒對(duì)絕大多數(shù)的力量而言是正確的，但在弱力作用下未必如此。于是他們對(duì)弱力，尤其是β衰變進(jìn)行了非常深入的研究，這使他們有了一個(gè)十分驚人的發(fā)現(xiàn)（圖7）。
楊振寧：我們做了研究后，就發(fā)現(xiàn)以前所有的β衰變實(shí)驗(yàn)，原來都跟宇稱守恒沒有關(guān)系。這是一個(gè)使得我們非常驚訝的發(fā)現(xiàn)。換句話說，就是我們發(fā)現(xiàn)宇稱守恒一直到那天從來沒有在β衰變中被測試過。所以第三個(gè)，我們就提出來用幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，來測試β衰變跟其它的弱相互作用中宇稱是否守恒。我們所提出的實(shí)驗(yàn)都比以前的實(shí)驗(yàn)要稍微復(fù)雜一點(diǎn)，需要加一點(diǎn)花樣，通過加的這些花樣才可以辨別在β衰變里左右是不是對(duì)稱的。我們就寫了一篇文章，當(dāng)時(shí)它的題目：《宇稱在弱相互作用里頭是不是守恒》，最后用了一個(gè)問號(hào)。結(jié)果幾個(gè)月之后，這個(gè)文章登出來的時(shí)候，題目改了，叫作《在弱相互作用之下宇稱守恒的問題》。為什么變成這樣呢？當(dāng)時(shí)的編輯叫做戈特斯密特，是一個(gè)有名的物理學(xué)家，他說題目里不可以有問號(hào)，我自己一直覺得原來有問號(hào)那個(gè)題目比這個(gè)題目其實(shí)更傳神一點(diǎn)。
一石激起千層浪。楊振寧和李政道的這篇論文迅速在國際物理學(xué)界引起了轟動(dòng)。反對(duì)的聲音如潮水一般鋪天蓋地向這兩個(gè)年輕人涌來，而在質(zhì)疑者中，不乏一些當(dāng)時(shí)鼎鼎大名的物理學(xué)家。
楊振寧：我們這個(gè)預(yù)印本發(fā)出去以后，反應(yīng)是什么呢？大家都不相信?？晌返呐堇蛯懙溃?#8220;我不相信上帝是一個(gè)弱的左撇子，我準(zhǔn)備投注一筆很大的金額，實(shí)驗(yàn)將會(huì)得出一個(gè)對(duì)稱的分布。”實(shí)驗(yàn)得出來對(duì)稱的分布就是代表宇稱是守恒的。泡利是一個(gè)胖胖矮矮的人，一個(gè)大物理學(xué)家（圖8），為什么我說他是可畏的呢？因?yàn)槲覀冞@些年輕人都有點(diǎn)怕他，他對(duì)年輕人講話非常不客氣，所以我們通常不去跟他糾纏任何問題。
費(fèi)曼，一位大理論物理學(xué)家，當(dāng)年是38歲，他完全不相信宇稱可以不守恒，所以他說他可以50對(duì)1來賭宇稱一定守恒。等到宇稱發(fā)現(xiàn)可以不守恒了，他乖乖地寫了一張支票，50元錢。不過他寫給的那個(gè)人沒有把錢取出來，而將支票裝在一個(gè)鏡框里掛在辦公室里。菲利克斯·布洛赫，因?yàn)榇殴舱竦玫搅酥Z貝爾獎(jiǎng)，而這個(gè)技術(shù)后來引導(dǎo)出來MRI（核磁共振）。當(dāng)時(shí)他也說他不相信宇稱可以不守恒，他說如果宇稱不守恒，他會(huì)把他自己的帽子吃掉。
來自四面八方的質(zhì)疑給楊振寧和李政道帶來了巨大的壓力，他們迫切地希望自己的理論能在實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)。而此時(shí)，一位擅長實(shí)驗(yàn)的華裔物理學(xué)家站了出來，她就是有“核子物理學(xué)女王”之稱的吳健雄。
楊振寧：吳健雄有更深入的戰(zhàn)略性的眼光，她也不認(rèn)為宇稱可以是不守恒的，因?yàn)?，一方面她是泡利的朋友，非常崇拜泡利，他們之間經(jīng)常有一些電話、信件的往來，泡利當(dāng)然告訴吳健雄說宇稱絕對(duì)是守恒的，可是吳健雄覺得一個(gè)基本的自然定律必須要用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，不管別人怎么覺得非是這樣不可。她認(rèn)為這是她的最基本的戰(zhàn)略性的眼光，后來我曾經(jīng)說她是獨(dú)具慧眼。
吳健雄召集了四位低溫物理學(xué)家和她一起進(jìn)行楊振寧和李政道提出的鈷60衰變實(shí)驗(yàn)。從1956年夏天到1957年年初的5個(gè)月時(shí)間里，她幾乎每周都要從紐約趕到華盛頓去做實(shí)驗(yàn)，除了奔波勞累之外，她還要面對(duì)很多技術(shù)上的困難（圖9）。
楊振寧：因?yàn)?#946;衰變跟低溫兩者都是新的科技，從來沒有人把它們放在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)里，所以有很多戰(zhàn)術(shù)上的問題需要解決。例如，因?yàn)榈蜏氐男枰?，他們要制造一粒很大的晶體，去保持
鈷60的樣本。吳健雄就到哥倫比亞大學(xué)化學(xué)系圖書館，去找做晶體的書，找著了一本很厚的書，上面滿是灰，她把書拿到實(shí)驗(yàn)室，仔細(xì)研究。經(jīng)過三個(gè)星期的艱苦奮斗，吳健雄和她的學(xué)生終于成功制造出了一顆直徑約有1厘米的晶體。這里頭還有個(gè)故事，其中她的一個(gè)女研究生，一天晚上回家的時(shí)候把有那個(gè)溶液的一個(gè)燒杯帶回家，第二天早上她一看，出了大的晶體。后來一想才知道，是因?yàn)樗翘焱砩匣厝ヒ院?，把燒杯放在了廚房的爐子旁邊，那個(gè)地方比較暖和，暖和了以后就可以出大晶體，這一來他們皆大歡喜，所以就做越來越大的晶體。最后做出來一個(gè)大的晶體，像一顆鉆石一樣漂亮。吳健雄說：“那天當(dāng)我把晶體帶去華盛頓，我知道我是全世界最快樂和最驕傲的人。”
通過實(shí)驗(yàn)，吳健雄成功地證實(shí)了李政道和楊振寧的推測，宇稱守恒這條物理學(xué)界遵循多年的金科玉律被動(dòng)搖了，這個(gè)消息頓時(shí)傳遍了世界（圖10）。
楊振寧：堤壩被攻破了，物理學(xué)家都趕緊去測試在各種弱相互作用下宇稱是否守恒，很多實(shí)驗(yàn)室都去做這一類的實(shí)驗(yàn)。所以在接下來的5年里進(jìn)行了幾百個(gè)類似的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了宇稱不守恒是弱相互作用下的一個(gè)一般的特征，這是一個(gè)非常重要的結(jié)論?？墒菫槭裁丛谌跸嗷プ饔美锊皇睾悖浆F(xiàn)在卻還是不解之謎。很奇怪的。這也是泡利講的，他不相信上帝是一個(gè)左撇子，為什么在三種重要的力量里宇稱是絕對(duì)守恒的，而在這種弱相互作用里是都不守恒的，這里頭一定有更深的道理。這個(gè)更深的道理，也許今天在座的哪一位，過20年、40年可以發(fā)現(xiàn)出來。
就在這一年，宇稱不守恒現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為35歲的楊振寧和31歲的李政道贏得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1957年12月10日，瑞典皇家科學(xué)院諾貝爾獎(jiǎng)的領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)上，第一次出現(xiàn)了中國人的面孔（圖11）。
而吳健雄的實(shí)驗(yàn)則給物理學(xué)領(lǐng)域帶來了意義深遠(yuǎn)的影響，人們從此將對(duì)稱觀念提升為基本理論的一個(gè)中心概念，對(duì)所謂離散對(duì)稱性有了更為深入的理解，她的實(shí)驗(yàn)也使人們更清楚地了解了中微子的性質(zhì)，由此導(dǎo)致了三個(gè)新的諾貝爾獎(jiǎng)。
楊振寧：可是吳健雄始終沒有獲得她應(yīng)該得到的諾貝爾獎(jiǎng)。塞爾瑞也是一個(gè)得過諾貝爾獎(jiǎng)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，他是吳健雄在伯克利攻讀博士學(xué)位的導(dǎo)師（圖12）。
他在上世紀(jì)70年代寫了一本書，用通俗的語言描述了20世紀(jì)物理學(xué)的許多發(fā)展，其中有這么一段話：他說“這三位中國物理學(xué)家顯示了下面的預(yù)測，歷史上中國曾扮演世界文化領(lǐng)袖的角色，當(dāng)中國從她目前的浴血革命時(shí)代走出，重新?lián)嗡臍v史角色以后，她對(duì)未來世界物理學(xué)將會(huì)有多么大的貢獻(xiàn)”。
3. （編
