[科普中國]-科學(xué)百科54期丨宇稱是什么？

本期為大家?guī)恚?/p>

《你知道嗎——現(xiàn)代科學(xué)中的100個問題》本書是阿西莫夫的優(yōu)秀作品之一。作者以通俗的語言，深入淺出地解釋了現(xiàn)代科學(xué)中的一百個尖端課題。其中，有些是了解現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所必須具備的基礎(chǔ)知識，如科學(xué)的研究方法、二進(jìn)制數(shù)、相對論、亞原子粒子、核聚變、熵、晶體、病毒等。有些則是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的前沿陣地，如黑洞、統(tǒng)一場論、夸克、快子、金屬氫等。作者對這些問題的來龍去脈，它們目前處在什么樣的狀態(tài)、有沒有希望得到解決等問題均作了回答。▼

第五十四個問題：宇稱是什么？

假定我們把每一個亞原子粒子都掛上標(biāo)簽：要么是A，要么是B，二者必居其一。現(xiàn)在再進(jìn)一步假定，一個A粒子只要分裂成兩個粒子，這兩個粒子要不是統(tǒng)統(tǒng)屬于A類，就必定統(tǒng)統(tǒng)屬于B類。這時我們可以寫出A＝A＋A或A＝B＋B。

111一個B粒子如果分裂成兩個粒子，這兩個粒子當(dāng)中總是有一個屬于A類，另一個則屬于B類，所以我們可以寫出B＝A + B。

你還會發(fā)現(xiàn)另一種情形：如果兩個粒子互相碰撞而分裂成三個粒子，這時你就可能發(fā)現(xiàn)A + A＝A + B + B或A +B＝B + B + B。

但是，有些情形卻是觀察不到的。例如，你不會發(fā)現(xiàn)A + B＝A + A或A + B +A＝B + A + B。

這一切是什么意思呢？好吧，讓我們把A看作2，4，6這類偶數(shù)當(dāng)中的一個，而把B看作3，5，7這類奇數(shù)。兩個偶數(shù)相加總是等于偶數(shù)（6＝2 + 4），所以A＝A + A。兩個奇數(shù)相加也總是等于偶數(shù)（8＝3 + 5），所以A＝B + B。但是，一個奇數(shù)和一個偶數(shù)之和卻總是等于奇數(shù)（7＝3 + 4），所以B＝A + B。

換句話說，有些亞原子粒子可以稱為“奇粒子”，另一些亞原子粒子可以稱為“偶粒子”，因為它們所能結(jié)合成的粒子或分裂成的粒子正好與奇數(shù)和偶數(shù)相加時的情況相同。

當(dāng)兩個整數(shù)都是偶數(shù)或者都是奇數(shù)時，數(shù)學(xué)家就說這兩個整數(shù)具有“相同的奇偶性（宇稱）”；如果一個是奇數(shù)，一個是偶數(shù)，它們就具有“不同的奇偶性（宇稱）”。這樣一來，當(dāng)有些亞原子粒子的行為像是奇數(shù)，有些像是偶數(shù)，并且奇數(shù)和偶數(shù)的相加法則永遠(yuǎn)不被破壞時，那就是過去所說的“宇稱守恒”了。

1927年，物理學(xué)家魏格納指出，亞原子粒子的宇稱是守恒的，因為這些粒子可以看作是具有“左右對稱性”。真有這種對稱性的東西與它們在鏡子里所成的像（鏡像）完全相同。數(shù)字0和8以及字母H和X都具有這樣的對稱性。如果你把8，0，H和X轉(zhuǎn)一下，讓它們的右邊變成左邊，左邊變成右邊，那么，你仍舊會得到8，0，H和X。字母b和p就沒有這種左右對稱性。要是你把它們轉(zhuǎn)個 180°，b 就會變成 d，p就變成q——成為完全不同的字母了。

1956年，物理學(xué)家李政道和楊振寧指出，在某些類型的亞原子事件中宇稱應(yīng)該不守恒，并且實驗很快就證明他們的說法是對的。這就是說，有些亞原子粒子的行為好像它們在某些條件下是不對稱似的。

由于這個原因，人們研究出了一個更普遍的守恒律。在一個特定粒子不對稱的地方，它的反粒子（即具有相反的電荷或磁場）也是不對稱的，但兩者的模樣相反。因此，如果粒子的形狀像p，它的反粒子的形狀就像q。

如果把電荷（C）和宇稱（P）放在一起，就能建立一條簡單的法則，來說明哪些亞原子事件能夠發(fā)生，哪些亞原子事件不能夠發(fā)生。這個法則稱為“CP守恒”。

后來，人們又明白了，為了使這個法則真正保險，還必須考慮到時間（T）的方向；因為一個亞原子事件看起來既可以是在時間中向前推進(jìn)，也可以是在時間中向后倒退。添上時間以后的法則稱為“CPT守恒”。

近來，就連CPT守恒也成問題了，不過到底怎么樣，目前還沒有得出最后的結(jié)論。