在的粒子。今天，粒子物理的理论家们在假定实验上未知的粒子的存在时
就过于放任，泡利的勇敢只有在考虑到当时的历史场合才值得赞赏。
泡利推算出中微子具有奇特的性质。在量子物理中，人们谈论的是几
率。由于据推测，中微子只通过弱力参与相互作用，它与它遇到的电子或
核相互作用的几率是非常小的(这就是弱力被称为弱力的真正原因)。知道
了弱力有多弱后，泡利得出结论，一个中微子可以象幽灵一样穿过整个地
球而不与之发生相互作用。反过来，我们这些有血有肉的人就不能穿过一
道墙，因为我们身体里的原子肯定会与墙中的原子发生电磁相互作用。
由于对自己及对别人的苛刻，泡利在写给一位朋友的信中说，他犯下
了一个物理学家所可能犯下的最大的过错：推测出存在一种不能提交实验
物理学家作验证的粒子。但是，他过于悲观了。在 1955年，美国物理学家
F ·雷尼斯(Reines)和C ·考万(Cowan)设法 “看到”了一个中微子。今天，
粒子加速器可以例行地射出一束中微子，并且可以观察到其中的几个与其
它物质的相互作用。(为产生中微子束，实验物理学家首先产生一束亚核粒
子，它们在飞行过程中衰变出中微子。)读者可能很奇怪，会觉得这怎么可
能呢？其实，尽管一个中微子和一个核相互作用的几率小得难以想象，但
终归不是零。为抓住这小小的几率，人们可以在中微子束前堆上大量的核，
然后耐心等待。一次，美国海军报废了一些旧战舰，并把这些废铁送给了
实验物理学家。即使有这样大一堆铁，为了抓住一个与原子发生相互作用
的中微子，实验物理学家们也不得不等了几个月。
泡利还推算出中微子是没有质量的，因为在埃利斯的实验中的电子偶
尔也确实会有能量为E*的情况。如果中微子有质量，那么根据爱因斯坦的
质能关系，必须把能量E*的一部分用来产生中微子，这样留给电子的能量
就要比 E*小。根据电子、放射性核和子核(放射性核衰变后变成的)的旋转
情况(称自旋)，泡利还推算出中微子具有自旋(即自身在旋转)。美国小说
家约翰·阿普戴克(John Updike)对中微子着了迷，写了一首关于它的诗。
就我所知，这是仅有的一首由文学家所写的关于亚核粒子的诗：
中微子啊多么小，
无电荷来又无质量，
完全不受谁影响。
对它们地球是只大笨球，
穿过它犹如散步，
象仆人通过客厅，
如光透过玻璃。
它们冷落精心装扮的气体
无视厚实的墙
冷漠的钢和坚硬的铜。
它们陵辱厩里的种马
蔑视阶级的壁垒
穿过你和我！就象那高悬的
无痛侧刀，它们落下
切过我们的头又进到草地。
在夜里，它们进到了尼泊尔
从床底窥视
就过于放任，泡利的勇敢只有在考虑到当时的历史场合才值得赞赏。
泡利推算出中微子具有奇特的性质。在量子物理中，人们谈论的是几
率。由于据推测，中微子只通过弱力参与相互作用，它与它遇到的电子或
核相互作用的几率是非常小的(这就是弱力被称为弱力的真正原因)。知道
了弱力有多弱后，泡利得出结论，一个中微子可以象幽灵一样穿过整个地
球而不与之发生相互作用。反过来，我们这些有血有肉的人就不能穿过一
道墙，因为我们身体里的原子肯定会与墙中的原子发生电磁相互作用。
由于对自己及对别人的苛刻，泡利在写给一位朋友的信中说，他犯下
了一个物理学家所可能犯下的最大的过错：推测出存在一种不能提交实验
物理学家作验证的粒子。但是，他过于悲观了。在 1955年，美国物理学家
F ·雷尼斯(Reines)和C ·考万(Cowan)设法 “看到”了一个中微子。今天，
粒子加速器可以例行地射出一束中微子，并且可以观察到其中的几个与其
它物质的相互作用。(为产生中微子束，实验物理学家首先产生一束亚核粒
子，它们在飞行过程中衰变出中微子。)读者可能很奇怪，会觉得这怎么可
能呢？其实，尽管一个中微子和一个核相互作用的几率小得难以想象，但
终归不是零。为抓住这小小的几率，人们可以在中微子束前堆上大量的核，
然后耐心等待。一次，美国海军报废了一些旧战舰，并把这些废铁送给了
实验物理学家。即使有这样大一堆铁，为了抓住一个与原子发生相互作用
的中微子，实验物理学家们也不得不等了几个月。
泡利还推算出中微子是没有质量的，因为在埃利斯的实验中的电子偶
尔也确实会有能量为E*的情况。如果中微子有质量，那么根据爱因斯坦的
质能关系，必须把能量E*的一部分用来产生中微子，这样留给电子的能量
就要比 E*小。根据电子、放射性核和子核(放射性核衰变后变成的)的旋转
情况(称自旋)，泡利还推算出中微子具有自旋(即自身在旋转)。美国小说
家约翰·阿普戴克(John Updike)对中微子着了迷，写了一首关于它的诗。
就我所知，这是仅有的一首由文学家所写的关于亚核粒子的诗：
中微子啊多么小，
无电荷来又无质量，
完全不受谁影响。
对它们地球是只大笨球，
穿过它犹如散步，
象仆人通过客厅，
如光透过玻璃。
它们冷落精心装扮的气体
无视厚实的墙
冷漠的钢和坚硬的铜。
它们陵辱厩里的种马
蔑视阶级的壁垒
穿过你和我！就象那高悬的
无痛侧刀，它们落下
切过我们的头又进到草地。
在夜里，它们进到了尼泊尔
从床底窥视
一对热恋的情侣。
你呼其奇妙！
我呼其非凡！
——约翰·阿普戴克 “宇宙的尖刻”
罪 犯
泡利的躲闪不定的粒子原来正是恩里科·费米(EnricoFermi)在 1934
年建立弱相互作用理论时所需要的。费米用精确的数学语言综合了已知的
东西。在随后的20 多年里，理论物理学家们一直试图改进他的理论，但由
于他们总假定宇称具有不变性，其结果当然不会妙。
一旦知道宇称被侵扰了，理论物理学家就可以自由地写出那些过去不
能写的方程，于是理查德·费曼和默里·盖尔曼(Murray Gell－Mann)以及
罗伯特·马夏克(Robert Marshak)和乔治·苏达山(George Sudarshan)在
1957年独立地提出了关于弱相互作用的一个基本正确的理论。
经过进一步的立案侦察，理论物理学家可以认定，四处逃避的中微子
是应对侵扰宇称 “负责”的罪犯。下面我就来解释为什么要指控中微子。
对于一个沿一条直线运动的旋转的粒子，我们可以问它的旋转方向
(如前面的定义)是与运动的方向一致还是相反，如果一致，物理学家就称
这个粒子是左手征的(left－handed)。如果相反则称为是右手征的。(理论
物理学家一开始是把这种手征称为 “screwness”，但美国头号物理学刊物
“物理评论” 《The PhysicsReview》的编辑们坚持要使用更有尊严的术
语 “helicity”和 “Chirality”作为只是稍稍不如40 个法兰西科学 “院
士”威严的语言保护人，他们赢了，但在和物理学界的进一步的斗争中他
们又失去了赢的份额。
螺旋性，或者说手征，只有对于一个无质量粒子才能被定义成一个内
禀性质。为什么不能定义一个有质量粒子的手征呢？假定我们看到一个有
质量粒子沿某个方向运动，譬如说，向东运动。对于一个向东运动的速度
比这个粒子更快的观察者来说，这个粒子是向西运动的。由于手征描述的
是旋转与运动的相对方向，所以我们和那位向东运动的观察者对于这个粒
子的手征的看法就不一致。相反地，象中微子那样的无质量的粒子总是以
光速运动，按照爱因斯坦的相对论这是所可能的最大速度。既然没有一个
观察者的速度能超过一个无质量的粒子的速度，无质量的粒子的手征就是
一个内禀性质。例如，无质量的光子既可以是左手征的也可以是右手征的。
如果自然尊重宇称的话，所有粒子都应有两种手征。但实验确实表明，中
微子还有一个古怪的性质：它总是左手征的。中微子被当场捉拿住了！ 30
年来，实验物理学家一直在寻找右手征的中微子，但总是徒劳无功。
非常有意思，我们后面还会遇到的德国数学家赫曼·魏尔 (Hermann
Weyl)早在 1929 年就在研究我们今天用来描述中微子的方程。但他的工作
不能为物理学家们所接受，因为它们违反了宇称守恒。但在 1956年，魏尔
的方程又吃得开了。
我已经提到过，尽管物理学家们为宇称不守恒所震动，但宇称有选择
地不守恒使他们受到的震动更强烈。在对中微子提出了指控之后，这种选
择性在一定程度上变得可理解了，因为中微子只参与弱相互作用(还有引力
作用)。但泡利依然心烦意乱，在一封给吴女士的信中他写到：“现在，当
你呼其奇妙！
我呼其非凡！
——约翰·阿普戴克 “宇宙的尖刻”
罪 犯
泡利的躲闪不定的粒子原来正是恩里科·费米(EnricoFermi)在 1934
年建立弱相互作用理论时所需要的。费米用精确的数学语言综合了已知的
东西。在随后的20 多年里，理论物理学家们一直试图改进他的理论，但由
于他们总假定宇称具有不变性，其结果当然不会妙。
一旦知道宇称被侵扰了，理论物理学家就可以自由地写出那些过去不
能写的方程，于是理查德·费曼和默里·盖尔曼(Murray Gell－Mann)以及
罗伯特·马夏克(Robert Marshak)和乔治·苏达山(George Sudarshan)在
1957年独立地提出了关于弱相互作用的一个基本正确的理论。
经过进一步的立案侦察，理论物理学家可以认定，四处逃避的中微子
是应对侵扰宇称 “负责”的罪犯。下面我就来解释为什么要指控中微子。
对于一个沿一条直线运动的旋转的粒子，我们可以问它的旋转方向
(如前面的定义)是与运动的方向一致还是相反，如果一致，物理学家就称
这个粒子是左手征的(left－handed)。如果相反则称为是右手征的。(理论
物理学家一开始是把这种手征称为 “screwness”，但美国头号物理学刊物
“物理评论” 《The PhysicsReview》的编辑们坚持要使用更有尊严的术
语 “helicity”和 “Chirality”作为只是稍稍不如40 个法兰西科学 “院
士”威严的语言保护人，他们赢了，但在和物理学界的进一步的斗争中他
们又失去了赢的份额。
螺旋性，或者说手征，只有对于一个无质量粒子才能被定义成一个内
禀性质。为什么不能定义一个有质量粒子的手征呢？假定我们看到一个有
质量粒子沿某个方向运动，譬如说，向东运动。对于一个向东运动的速度
比这个粒子更快的观察者来说，这个粒子是向西运动的。由于手征描述的
是旋转与运动的相对方向，所以我们和那位向东运动的观察者对于这个粒
子的手征的看法就不一致。相反地，象中微子那样的无质量的粒子总是以
光速运动，按照爱因斯坦的相对论这是所可能的最大速度。既然没有一个
观察者的速度能超过一个无质量的粒子的速度，无质量的粒子的手征就是
一个内禀性质。例如，无质量的光子既可以是左手征的也可以是右手征的。
如果自然尊重宇称的话，所有粒子都应有两种手征。但实验确实表明，中
微子还有一个古怪的性质：它总是左手征的。中微子被当场捉拿住了！ 30
年来，实验物理学家一直在寻找右手征的中微子，但总是徒劳无功。
非常有意思，我们后面还会遇到的德国数学家赫曼·魏尔 (Hermann
Weyl)早在 1929 年就在研究我们今天用来描述中微子的方程。但他的工作
不能为物理学家们所接受，因为它们违反了宇称守恒。但在 1956年，魏尔
的方程又吃得开了。
我已经提到过，尽管物理学家们为宇称不守恒所震动，但宇称有选择
地不守恒使他们受到的震动更强烈。在对中微子提出了指控之后，这种选
择性在一定程度上变得可理解了，因为中微子只参与弱相互作用(还有引力
作用)。但泡利依然心烦意乱，在一封给吴女士的信中他写到：“现在，当
第一次震动过去之后，我开始去收集……那些震撼我的东西…… 〔现在这
种东西是〕上帝在强烈地表达他的意愿时仍然表现出左右对称。”20 年后，
物理学家才能够第一次深刻理解困扰泡利的问题。已经证明：为了使宇称
不守恒只限于弱相互作用，其它三种相互作用必须具有一种特殊的结构。
进到反物质世界
情节越来越曲折了。1956年夏天，李政道和杨振宁收到了芝加哥大学
物理学家伦哈德·奥默(Reinhard Oehme)写来的一封信，信中提出了物质
与反物质间的对称性问题。回溯到1929年，杰出的英国物理学家保罗·艾
德里安·莫里斯·狄拉克(PaulAdrian Maurice Dirac)由于预言了反粒子
的存在而使物理学界大吃一惊。到 1956年反粒子的存在已经被确认了，反
电子(称正电子)和反质子均已被发现。
当一个粒子和它的反粒子相遇时就会相互湮灭，释放出巨大的能量，
这些能量接着又物质化为其它粒子。如今，在遍及世界的加速器上观察和
研究粒子与反粒子的湮灭已是家常便饭。例如，就可以产生出一束反质子，
并使其与质子束碰撞。反质子的存在以及它可以和质子湮灭这样的事实早
已不是人们感兴趣的东西了。物理学家们现在感兴趣的是，从这种湮灭中
会产生出什么新型粒子。
一个粒子和它的反粒子质量完全相同，但电荷相反。因此，电子带负
电荷，正电子带正电荷。知道让人难以捉摸的中微子不带电荷后，好奇的
读者可能会问，怎样才能区分一个中微子和它的反粒子呢？让我们来给出
一种可能的区分方法。带正电荷的π介子有时会衰变成一个正电子和一个
中微子。它的反粒子，带负电荷的π介子会衰变成一个电子和一个难以捉
摸的粒子；我们就把这种粒子定义为反中微子。
狄拉克的工作指出，物理定律平等地对待物质与反物质。为精确起
见，让我将电荷共轭操作定义为：将参与某一给定物理过程的所有粒子分
别用它们的反粒子取代的操作。例如，在电荷共轭变换下，两质子的碰撞
就变成了两个反质子的碰撞。根据定义，电荷共轭并不改变粒子的运动和
旋转方式。例如，电荷共轭变换下左手征的粒子为一个左手征的反粒子所
取代。
对给定的物理过程施以电荷共轭操作就得到了所谓的电荷共轭过
程。如果电荷共轭过程和它的源过程发生的几率相同，就说支配这一过程
的物理定律是电荷共轭不变的。这样说虽然有些绕口，但却是自然并不偏
爱物质也不偏爱反物质这一观念的精确表述(见图 3.6)。
就象可以想象镜子里的世界一样，我们也可以想象一个由反物质构成
的世界。电荷共轭不变性意味着，如果我们的一个物理学家可以和反物质
世界的一个物理学家交换看法的话，他们对物理定律的观点会是完全一致
的。例如，由反电子、反质子和反中子构成的反碳原子有和碳原子完全一
样的化学性质。由反原子构成的日常生活用品也和由原子构成的相应的物
品有同样的性质。我们不能造出大块的反物质只不过是因为没有什么容器
能装它们。
到 1956 年，电荷共轭不变性已为大量的实验所证实。但随着宇称不
守恒的发现，奥默以及其他人自然会问电荷共轭不变性是否也可能不成
种东西是〕上帝在强烈地表达他的意愿时仍然表现出左右对称。”20 年后，
物理学家才能够第一次深刻理解困扰泡利的问题。已经证明：为了使宇称
不守恒只限于弱相互作用，其它三种相互作用必须具有一种特殊的结构。
进到反物质世界
情节越来越曲折了。1956年夏天，李政道和杨振宁收到了芝加哥大学
物理学家伦哈德·奥默(Reinhard Oehme)写来的一封信，信中提出了物质
与反物质间的对称性问题。回溯到1929年，杰出的英国物理学家保罗·艾
德里安·莫里斯·狄拉克(PaulAdrian Maurice Dirac)由于预言了反粒子
的存在而使物理学界大吃一惊。到 1956年反粒子的存在已经被确认了，反
电子(称正电子)和反质子均已被发现。
当一个粒子和它的反粒子相遇时就会相互湮灭，释放出巨大的能量，
这些能量接着又物质化为其它粒子。如今，在遍及世界的加速器上观察和
研究粒子与反粒子的湮灭已是家常便饭。例如，就可以产生出一束反质子，
并使其与质子束碰撞。反质子的存在以及它可以和质子湮灭这样的事实早
已不是人们感兴趣的东西了。物理学家们现在感兴趣的是，从这种湮灭中
会产生出什么新型粒子。
一个粒子和它的反粒子质量完全相同，但电荷相反。因此，电子带负
电荷，正电子带正电荷。知道让人难以捉摸的中微子不带电荷后，好奇的
读者可能会问，怎样才能区分一个中微子和它的反粒子呢？让我们来给出
一种可能的区分方法。带正电荷的π介子有时会衰变成一个正电子和一个
中微子。它的反粒子，带负电荷的π介子会衰变成一个电子和一个难以捉
摸的粒子；我们就把这种粒子定义为反中微子。
狄拉克的工作指出，物理定律平等地对待物质与反物质。为精确起
见，让我将电荷共轭操作定义为：将参与某一给定物理过程的所有粒子分
别用它们的反粒子取代的操作。例如，在电荷共轭变换下，两质子的碰撞
就变成了两个反质子的碰撞。根据定义，电荷共轭并不改变粒子的运动和
旋转方式。例如，电荷共轭变换下左手征的粒子为一个左手征的反粒子所
取代。
对给定的物理过程施以电荷共轭操作就得到了所谓的电荷共轭过
程。如果电荷共轭过程和它的源过程发生的几率相同，就说支配这一过程
的物理定律是电荷共轭不变的。这样说虽然有些绕口，但却是自然并不偏
爱物质也不偏爱反物质这一观念的精确表述(见图 3.6)。
就象可以想象镜子里的世界一样，我们也可以想象一个由反物质构成
的世界。电荷共轭不变性意味着，如果我们的一个物理学家可以和反物质
世界的一个物理学家交换看法的话，他们对物理定律的观点会是完全一致
的。例如，由反电子、反质子和反中子构成的反碳原子有和碳原子完全一
样的化学性质。由反原子构成的日常生活用品也和由原子构成的相应的物
品有同样的性质。我们不能造出大块的反物质只不过是因为没有什么容器
能装它们。
到 1956 年，电荷共轭不变性已为大量的实验所证实。但随着宇称不
守恒的发现，奥默以及其他人自然会问电荷共轭不变性是否也可能不成
立。
人们可以再次通过考察中微子来解决这个问题：电荷共轭不变性意味
着反中微子也应具有纯的左手征。因此，实验物理学家就去 “看”反中微
子。他们发现它实际上是右手征的。弱相互作用还违背电荷共轭不变性！
非常奇怪，此时用纯理论也能解决这个问题。一个理论物理学家只需
作几行数学推导就可以得出这样的结论：1957年提出的描述弱相互作用的
理论确实不具有电荷共轭不变性。这正显示了理论物理的一个最鼓舞人的
方面，一个 “好”的理论有它自己的生命，是受一种神秘的内在逻辑支配
的。初看，宇称和电荷共轭的不变性是两个逻辑上无关的问题。然而，当
我们在一个理论中
■
图3.6(A)两个粒子(较大的圆)碰撞后转换成两个其它粒子(较小的圆)
的物理过程的示意图。
(B)图(A)所示过程的电荷共轭过程：对于某一粒子，艺术家用其图案
的黑白反转来代表它的反粒子。电荷共轭不变性说图A 中的过程和图B 中
的过程发生的几率相等。这精确地陈述了我们的世界不能与反世界相区
分。
体现了宇称不守恒时(这个理论当然也考虑到了其它已经确认了的物理事
实和定律)，这个理论就会反过来告诉我们，电荷共轭不变性也不成立。
物理学中伟大的理论中所包含的内容远比理论物理学家第一眼看上
去所能想象到的多得多。从哲学上讲，说某个物理学家发明或者创造了某
个理论是站不住脚的。更恰当的说法是他或她仅仅是发现了一个具有许多
数学上的关联的、一直就存在的理论。有些关联可能立即就被注意到，但
另一些则可能要隐藏数十年，或许——谁也说不准——永远也发现不了。
撩拨人的反常
自然同时违背宇称和电荷共轭不变性提示我们，如果建造一种奇妙的
镜子，它不仅把左反射到右，而且还同时把物质变为反物质，那么，支配
镜子里的世界的物理定律就可能和支配我们世界的物理定律相同。换句话
说，尽管大自然违反了电荷共轭(简作C)不变性和宇称(简作 P)不变性，但
在组合操作 CP 下她可能是不变的。这种可能性在 17 世纪荷兰画家皮
托·德·胡赫(Pieter de Hooch)的一幅作品中得到了艺术的体现。图 3.7
所示的这幅描写荷兰庭院的画仅仅在反射下并不能保持不变，但如果再让
妇女转过身体，将明暗互换一下等等，就可近似保持不变。20 世纪荷兰画
家 M.C.埃希尔(Eschor)以他在反射再加上互换明暗的操作下保持不变的
绘画(见图3.8)使物理学家们着迷。
面对P 和 C 的破裂，物理学家们至少还能由相信CP 不变性不会被违
背来获得一点点安慰。但是，几年以后这块 “安全的毛毯”也被抽走了。
奥默与李政道和杨振宁合作给出了检测CP 不变性的可行的实验方法。1964
年，瓦尔·菲奇(Val Fitch)和詹姆斯·克罗宁(James Cronin)领导下的普
林斯顿大学的一组实验物理学家宣布，他们看见了自然违反了CP 不变性。
那时我正在普林斯顿念大学，记得一天晚上一个教授把我们召集到一起，
宣布了这个消息。每一个人都很激动，并为自然因犯了一个不得体的错误
人们可以再次通过考察中微子来解决这个问题：电荷共轭不变性意味
着反中微子也应具有纯的左手征。因此，实验物理学家就去 “看”反中微
子。他们发现它实际上是右手征的。弱相互作用还违背电荷共轭不变性！
非常奇怪，此时用纯理论也能解决这个问题。一个理论物理学家只需
作几行数学推导就可以得出这样的结论：1957年提出的描述弱相互作用的
理论确实不具有电荷共轭不变性。这正显示了理论物理的一个最鼓舞人的
方面，一个 “好”的理论有它自己的生命，是受一种神秘的内在逻辑支配
的。初看，宇称和电荷共轭的不变性是两个逻辑上无关的问题。然而，当
我们在一个理论中
■
图3.6(A)两个粒子(较大的圆)碰撞后转换成两个其它粒子(较小的圆)
的物理过程的示意图。
(B)图(A)所示过程的电荷共轭过程：对于某一粒子，艺术家用其图案
的黑白反转来代表它的反粒子。电荷共轭不变性说图A 中的过程和图B 中
的过程发生的几率相等。这精确地陈述了我们的世界不能与反世界相区
分。
体现了宇称不守恒时(这个理论当然也考虑到了其它已经确认了的物理事
实和定律)，这个理论就会反过来告诉我们，电荷共轭不变性也不成立。
物理学中伟大的理论中所包含的内容远比理论物理学家第一眼看上
去所能想象到的多得多。从哲学上讲，说某个物理学家发明或者创造了某
个理论是站不住脚的。更恰当的说法是他或她仅仅是发现了一个具有许多
数学上的关联的、一直就存在的理论。有些关联可能立即就被注意到，但
另一些则可能要隐藏数十年，或许——谁也说不准——永远也发现不了。
撩拨人的反常
自然同时违背宇称和电荷共轭不变性提示我们，如果建造一种奇妙的
镜子，它不仅把左反射到右，而且还同时把物质变为反物质，那么，支配
镜子里的世界的物理定律就可能和支配我们世界的物理定律相同。换句话
说，尽管大自然违反了电荷共轭(简作C)不变性和宇称(简作 P)不变性，但
在组合操作 CP 下她可能是不变的。这种可能性在 17 世纪荷兰画家皮
托·德·胡赫(Pieter de Hooch)的一幅作品中得到了艺术的体现。图 3.7
所示的这幅描写荷兰庭院的画仅仅在反射下并不能保持不变，但如果再让
妇女转过身体，将明暗互换一下等等，就可近似保持不变。20 世纪荷兰画
家 M.C.埃希尔(Eschor)以他在反射再加上互换明暗的操作下保持不变的
绘画(见图3.8)使物理学家们着迷。
面对P 和 C 的破裂，物理学家们至少还能由相信CP 不变性不会被违
背来获得一点点安慰。但是，几年以后这块 “安全的毛毯”也被抽走了。
奥默与李政道和杨振宁合作给出了检测CP 不变性的可行的实验方法。1964
年，瓦尔·菲奇(Val Fitch)和詹姆斯·克罗宁(James Cronin)领导下的普
林斯顿大学的一组实验物理学家宣布，他们看见了自然违反了CP 不变性。
那时我正在普林斯顿念大学，记得一天晚上一个教授把我们召集到一起，
宣布了这个消息。每一个人都很激动，并为自然因犯了一个不得体的错误
而再次被抓住感到震惊。自然如此撩拨人的反常大概是促使我
■
图3.7 皮托·德·胡赫， “镶有白釉蓝彩陶房子的庭院”，1658。这
幅画使我想起了CP(电荷共轭和宇称)操作。在右边的妇女面朝我们，而在
左边的妇女背朝我们。右边的妇女以明亮的调子呈现在暗的背景中而左边
正走向一亮背景的妇女则呈暗的色调。(参见图3.6)
决定学物理而不是学艺术史的原因。
克罗宁、菲奇等的里程碑式的实验涉及到检测一种叫K 介子的奇异子
的衰变。基于量子物理学的分析预言，如果CP 不变性成立，K 介子将衰变
成两个π介子。在大多数情况下，K 介子确实如CP 不变性所预言的那样衰
变成两个π介子。但这些来自普林斯顿的耐心的物理学家注意到，在几千
次衰变中有一次K 介子会衰变成三个π介子！
作为一个理论物理学家，我对 K 介子衰变的细节本身的兴趣
■
图3.8M.C.埃希尔， “用鸟来规则分割平面的研究”，1938。
不会超过对一种很少听说的化学药品的化学性质的兴趣。使我感兴趣的
是，自然又一次偏离了我们对她的期待。
宇称破坏尽管出人意料，但就所 “看到”的每一个中微子都是左手征的而
绝没有右手征的这种意义而言，它是普遍的和绝对的。在违背宇称不变性
时自然所表现出的明晰的确定性，终归还是使某些理论物理学家得到了某
种安慰。然而，让人烦恼的是，自然显得有些懒散，她只是隔很长一段时
间才干一点违背CP 不变性的事，弄得那些好探究别人隐秘的物理学家们不
知所措。
自1956年以来，在每一个涉及弱力的过程中都观察到了宇称不守恒。
然而，经过了20 年的尝试，实验物理学家依然没有能在除K 介子衰变以外
的其它过程中发现CP 不守恒。或许我们很快就会听到新的消息。①
同样地，理论物理学家们也不能就 CP 不守恒的理论取得一致意见。
虽然就象我前面提到的那样，体现了宇称不守恒的理论已于 1957 年完成
了。包括我在内的许多物理学家认为，CP 不守恒是由于一种新的相互作
用、一种比弱相互作用还要弱的相互作用引起的。但其他人不同意此种解
释。
尽管缺少对 CP 不守恒的深入理解，根据宇宙学的考虑已经可以得到
一个吸引人的结论。几年前，理论物理学家们设法写出了一个描写宇宙演
化的剧本。按此剧本，宇宙是从无中生出的，然后演化出某种物质，最后
产生了人类。这本身就是一个很有趣的故事，我们以后也还会再接着说。
只要这个剧本没错，就足以说明自然在某些层次上肯定会更偏爱物质。
他所高兴干的
读者也许会问，自然为什么要去侵扰宇称呢？这确实是一个问题，但
谁知道答案呢？自然就象通常的笑话中的怪物一样，高兴干啥就干啥。
我也算这样的物理学家中的一个，他们仍然深深地感到自然实际上还
① 已经有新消息了，据说在涉及Bottom 夸克的过程也已观察到CP 不守恒。
■
图3.7 皮托·德·胡赫， “镶有白釉蓝彩陶房子的庭院”，1658。这
幅画使我想起了CP(电荷共轭和宇称)操作。在右边的妇女面朝我们，而在
左边的妇女背朝我们。右边的妇女以明亮的调子呈现在暗的背景中而左边
正走向一亮背景的妇女则呈暗的色调。(参见图3.6)
决定学物理而不是学艺术史的原因。
克罗宁、菲奇等的里程碑式的实验涉及到检测一种叫K 介子的奇异子
的衰变。基于量子物理学的分析预言，如果CP 不变性成立，K 介子将衰变
成两个π介子。在大多数情况下，K 介子确实如CP 不变性所预言的那样衰
变成两个π介子。但这些来自普林斯顿的耐心的物理学家注意到，在几千
次衰变中有一次K 介子会衰变成三个π介子！
作为一个理论物理学家，我对 K 介子衰变的细节本身的兴趣
■
图3.8M.C.埃希尔， “用鸟来规则分割平面的研究”，1938。
不会超过对一种很少听说的化学药品的化学性质的兴趣。使我感兴趣的
是，自然又一次偏离了我们对她的期待。
宇称破坏尽管出人意料，但就所 “看到”的每一个中微子都是左手征的而
绝没有右手征的这种意义而言，它是普遍的和绝对的。在违背宇称不变性
时自然所表现出的明晰的确定性，终归还是使某些理论物理学家得到了某
种安慰。然而，让人烦恼的是，自然显得有些懒散，她只是隔很长一段时
间才干一点违背CP 不变性的事，弄得那些好探究别人隐秘的物理学家们不
知所措。
自1956年以来，在每一个涉及弱力的过程中都观察到了宇称不守恒。
然而，经过了20 年的尝试，实验物理学家依然没有能在除K 介子衰变以外
的其它过程中发现CP 不守恒。或许我们很快就会听到新的消息。①
同样地，理论物理学家们也不能就 CP 不守恒的理论取得一致意见。
虽然就象我前面提到的那样，体现了宇称不守恒的理论已于 1957 年完成
了。包括我在内的许多物理学家认为，CP 不守恒是由于一种新的相互作
用、一种比弱相互作用还要弱的相互作用引起的。但其他人不同意此种解
释。
尽管缺少对 CP 不守恒的深入理解，根据宇宙学的考虑已经可以得到
一个吸引人的结论。几年前，理论物理学家们设法写出了一个描写宇宙演
化的剧本。按此剧本，宇宙是从无中生出的，然后演化出某种物质，最后
产生了人类。这本身就是一个很有趣的故事，我们以后也还会再接着说。
只要这个剧本没错，就足以说明自然在某些层次上肯定会更偏爱物质。
他所高兴干的
读者也许会问，自然为什么要去侵扰宇称呢？这确实是一个问题，但
谁知道答案呢？自然就象通常的笑话中的怪物一样，高兴干啥就干啥。
我也算这样的物理学家中的一个，他们仍然深深地感到自然实际上还
① 已经有新消息了，据说在涉及Bottom 夸克的过程也已观察到CP 不守恒。
在的粒子。今天，粒子物理的理论家们在假定实验上未知的粒子的存在时
就过于放任，泡利的勇敢只有在考虑到当时的历史场合才值得赞赏。
泡利推算出中微子具有奇特的性质。在量子物理中，人们谈论的是几
率。由于据推测，中微子只通过弱力参与相互作用，它与它遇到的电子或
核相互作用的几率是非常小的(这就是弱力被称为弱力的真正原因)。知道
了弱力有多弱后，泡利得出结论，一个中微子可以象幽灵一样穿过整个地
球而不与之发生相互作用。反过来，我们这些有血有肉的人就不能穿过一
道墙，因为我们身体里的原子肯定会与墙中的原子发生电磁相互作用。
由于对自己及对别人的苛刻，泡利在写给一位朋友的信中说，他犯下
了一个物理学家所可能犯下的最大的过错：推测出存在一种不能提交实验
物理学家作验证的粒子。但是，他过于悲观了。在 1955年，美国物理学家
F ·雷尼斯(Reines)和C ·考万(Cowan)设法 “看到”了一个中微子。今天，
粒子加速器可以例行地射出一束中微子，并且可以观察到其中的几个与其
它物质的相互作用。(为产生中微子束，实验物理学家首先产生一束亚核粒
子，它们在飞行过程中衰变出中微子。)读者可能很奇怪，会觉得这怎么可
能呢？其实，尽管一个中微子和一个核相互作用的几率小得难以想象，但
终归不是零。为抓住这小小的几率，人们可以在中微子束前堆上大量的核，
然后耐心等待。一次，美国海军报废了一些旧战舰，并把这些废铁送给了
实验物理学家。即使有这样大一堆铁，为了抓住一个与原子发生相互作用
的中微子，实验物理学家们也不得不等了几个月。
泡利还推算出中微子是没有质量的，因为在埃利斯的实验中的电子偶
尔也确实会有能量为E*的情况。如果中微子有质量，那么根据爱因斯坦的
质能关系，必须把能量E*的一部分用来产生中微子，这样留给电子的能量
就要比 E*小。根据电子、放射性核和子核(放射性核衰变后变成的)的旋转
情况(称自旋)，泡利还推算出中微子具有自旋(即自身在旋转)。美国小说
家约翰·阿普戴克(John Updike)对中微子着了迷，写了一首关于它的诗。
就我所知，这是仅有的一首由文学家所写的关于亚核粒子的诗：
中微子啊多么小，
无电荷来又无质量，
完全不受谁影响。
对它们地球是只大笨球，
穿过它犹如散步，
象仆人通过客厅，
如光透过玻璃。
它们冷落精心装扮的气体
无视厚实的墙
冷漠的钢和坚硬的铜。
它们凌辱厩里的种马
蔑视阶级的壁垒
穿过你和我！就象那高悬的
无痛侧刀，它们落下
切过我们的头又进到草地。
在夜里，它们进到了尼泊尔
从床底窥视
就过于放任，泡利的勇敢只有在考虑到当时的历史场合才值得赞赏。
泡利推算出中微子具有奇特的性质。在量子物理中，人们谈论的是几
率。由于据推测，中微子只通过弱力参与相互作用，它与它遇到的电子或
核相互作用的几率是非常小的(这就是弱力被称为弱力的真正原因)。知道
了弱力有多弱后，泡利得出结论，一个中微子可以象幽灵一样穿过整个地
球而不与之发生相互作用。反过来，我们这些有血有肉的人就不能穿过一
道墙，因为我们身体里的原子肯定会与墙中的原子发生电磁相互作用。
由于对自己及对别人的苛刻，泡利在写给一位朋友的信中说，他犯下
了一个物理学家所可能犯下的最大的过错：推测出存在一种不能提交实验
物理学家作验证的粒子。但是，他过于悲观了。在 1955年，美国物理学家
F ·雷尼斯(Reines)和C ·考万(Cowan)设法 “看到”了一个中微子。今天，
粒子加速器可以例行地射出一束中微子，并且可以观察到其中的几个与其
它物质的相互作用。(为产生中微子束，实验物理学家首先产生一束亚核粒
子，它们在飞行过程中衰变出中微子。)读者可能很奇怪，会觉得这怎么可
能呢？其实，尽管一个中微子和一个核相互作用的几率小得难以想象，但
终归不是零。为抓住这小小的几率，人们可以在中微子束前堆上大量的核，
然后耐心等待。一次，美国海军报废了一些旧战舰，并把这些废铁送给了
实验物理学家。即使有这样大一堆铁，为了抓住一个与原子发生相互作用
的中微子，实验物理学家们也不得不等了几个月。
泡利还推算出中微子是没有质量的，因为在埃利斯的实验中的电子偶
尔也确实会有能量为E*的情况。如果中微子有质量，那么根据爱因斯坦的
质能关系，必须把能量E*的一部分用来产生中微子，这样留给电子的能量
就要比 E*小。根据电子、放射性核和子核(放射性核衰变后变成的)的旋转
情况(称自旋)，泡利还推算出中微子具有自旋(即自身在旋转)。美国小说
家约翰·阿普戴克(John Updike)对中微子着了迷，写了一首关于它的诗。
就我所知，这是仅有的一首由文学家所写的关于亚核粒子的诗：
中微子啊多么小，
无电荷来又无质量，
完全不受谁影响。
对它们地球是只大笨球，
穿过它犹如散步，
象仆人通过客厅，
如光透过玻璃。
它们冷落精心装扮的气体
无视厚实的墙
冷漠的钢和坚硬的铜。
它们凌辱厩里的种马
蔑视阶级的壁垒
穿过你和我！就象那高悬的
无痛侧刀，它们落下
切过我们的头又进到草地。
在夜里，它们进到了尼泊尔
从床底窥视
是尊重宇称的。《纽约（百度）时（百度）报》关于宇称的社论使用的标题是“表象与实在”。
这个社论的作者是否在通过这一标题来暗示这家报纸持的是自然只是看起
来违反了宇称不变性这样一种高见呢？或许这个社论的作者作了某种浮士
德式的交易，他或她所泄露出的要比所知道的少得多。
奥地利哲学家和物理学家昂斯特·马赫(Ernst March)曾经给表象和
实在作过美妙的说明。以受到列宁的攻击而闻名的马赫是一个极端的实证
论者，他潜心于研究由物理学所提出的哲学问题，他所作的冥思深深地影
响了爱因斯坦。马赫写到，在儿童时
图C、F 中标志电子旋转方向的回线有误。
图3.9 深深地困扰少年马赫的现象：在图A 中沿罗盘的指针方向置一
导线，导线的两端接上一个电池(未画出)。开关断开时表明导线中没有电
流流过。在图B 中开关合上了，电流沿导线向远离镜子的方向流出。流经
导线的电流会使罗盘指针偏转这一事实很使马赫不解。他坚信自然既不会
偏爱右边也不会偏爱左边，因而罗盘的指针应该保持不动，否则将表明自
然会偏爱某一边。考虑到镜子里的世界所发生的事这个谜就更难解了。(见
D和 E)习惯上很多罗盘的指针都涂有两种不同的颜色以区分南端和北端。
为了明确起见，艺术家把南端画成了白色的。在我们的世界电流是从镜子
流出来的，而在镜子里的世界电流是流进镜子里去的。面对镜子站着使电
流流向你，你会看到罗盘指针的南端会摆向你的左边(B)。然而你在镜子里
的像看到的是，罗盘的指针的南端摆向他的左边，虽然他看到的电流也是
流向他(E)。
然而，这种震撼人心的宇称不守恒只不过是一种幻觉。如果我们象艺
术家在图(C)画出的那样微观地考察图B 中的罗盘指针，就会“看到”，罗
盘指针的磁性实际上是来源于许多沿同一个方向旋转的电子，如果我们从
上往下看它们是顺时针旋转的，艺术家用三个回旋线来表示。哪一端是南
端哪一端是北端是由电子的旋转方向决定的。这个佯谬现在通过考察镜子
里的世界的罗盘指针(E)获得了解决。由于镜子的反射，(E)中的罗盘指针
的电子的旋转方向在从上往下看时是逆时针的，如图(F)所示。因此，在镜
中的世界，涂成白色那一端实际上是北端。黑白色的标记使我们错误地把
北端当成了南端！换一句话说，在上一个自然段的最后一句话中 “南”字
应该换成 “北”字。镜中的物理学家看到的是罗盘指针的北端摆向了他的
右边。
一个更深刻的理解是否也会揭示我们今天在弱相互作用中观察到的
宇称不守恒也是一个幻觉呢？
代，当他知道一旦在罗盘旁的导线中通上电流，罗盘的指针就会转动时(见
图3.9)，他的心被深深地扰乱了。因为实验的安排是完全对称的，罗盘指
针应该是既不偏这边，也不偏那边，而保持不动。年少的马赫因宇称看起
来被破坏而感到不安。但是，如果我们微观地检测一个磁体，就会发现它
只不过是一片所有电子的旋转方向都沿一个方向排好的金属，电子旋转的
方向指着罗盘指针的 “北极”端。假定我们垂直于导线放一面镜子并爬到
镜子里去，我们就会发现，在镜子里的磁体中的电子旋转方向反转了，因
而镜子里的磁针的南北极互换了。对图3.9 的仔细研究表明，事实上电磁
学是尊重宇称的。困扰少年马赫的宇称不守恒只是一种幻觉。
先是魏尔，后来还有杨振宁，以马赫的理性的创痛作类比，提出在更
这个社论的作者是否在通过这一标题来暗示这家报纸持的是自然只是看起
来违反了宇称不变性这样一种高见呢？或许这个社论的作者作了某种浮士
德式的交易，他或她所泄露出的要比所知道的少得多。
奥地利哲学家和物理学家昂斯特·马赫(Ernst March)曾经给表象和
实在作过美妙的说明。以受到列宁的攻击而闻名的马赫是一个极端的实证
论者，他潜心于研究由物理学所提出的哲学问题，他所作的冥思深深地影
响了爱因斯坦。马赫写到，在儿童时
图C、F 中标志电子旋转方向的回线有误。
图3.9 深深地困扰少年马赫的现象：在图A 中沿罗盘的指针方向置一
导线，导线的两端接上一个电池(未画出)。开关断开时表明导线中没有电
流流过。在图B 中开关合上了，电流沿导线向远离镜子的方向流出。流经
导线的电流会使罗盘指针偏转这一事实很使马赫不解。他坚信自然既不会
偏爱右边也不会偏爱左边，因而罗盘的指针应该保持不动，否则将表明自
然会偏爱某一边。考虑到镜子里的世界所发生的事这个谜就更难解了。(见
D和 E)习惯上很多罗盘的指针都涂有两种不同的颜色以区分南端和北端。
为了明确起见，艺术家把南端画成了白色的。在我们的世界电流是从镜子
流出来的，而在镜子里的世界电流是流进镜子里去的。面对镜子站着使电
流流向你，你会看到罗盘指针的南端会摆向你的左边(B)。然而你在镜子里
的像看到的是，罗盘的指针的南端摆向他的左边，虽然他看到的电流也是
流向他(E)。
然而，这种震撼人心的宇称不守恒只不过是一种幻觉。如果我们象艺
术家在图(C)画出的那样微观地考察图B 中的罗盘指针，就会“看到”，罗
盘指针的磁性实际上是来源于许多沿同一个方向旋转的电子，如果我们从
上往下看它们是顺时针旋转的，艺术家用三个回旋线来表示。哪一端是南
端哪一端是北端是由电子的旋转方向决定的。这个佯谬现在通过考察镜子
里的世界的罗盘指针(E)获得了解决。由于镜子的反射，(E)中的罗盘指针
的电子的旋转方向在从上往下看时是逆时针的，如图(F)所示。因此，在镜
中的世界，涂成白色那一端实际上是北端。黑白色的标记使我们错误地把
北端当成了南端！换一句话说，在上一个自然段的最后一句话中 “南”字
应该换成 “北”字。镜中的物理学家看到的是罗盘指针的北端摆向了他的
右边。
一个更深刻的理解是否也会揭示我们今天在弱相互作用中观察到的
宇称不守恒也是一个幻觉呢？
代，当他知道一旦在罗盘旁的导线中通上电流，罗盘的指针就会转动时(见
图3.9)，他的心被深深地扰乱了。因为实验的安排是完全对称的，罗盘指
针应该是既不偏这边，也不偏那边，而保持不动。年少的马赫因宇称看起
来被破坏而感到不安。但是，如果我们微观地检测一个磁体，就会发现它
只不过是一片所有电子的旋转方向都沿一个方向排好的金属，电子旋转的
方向指着罗盘指针的 “北极”端。假定我们垂直于导线放一面镜子并爬到
镜子里去，我们就会发现，在镜子里的磁体中的电子旋转方向反转了，因
而镜子里的磁针的南北极互换了。对图3.9 的仔细研究表明，事实上电磁
学是尊重宇称的。困扰少年马赫的宇称不守恒只是一种幻觉。
先是魏尔，后来还有杨振宁，以马赫的理性的创痛作类比，提出在更
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