作用在强度上的巨大悬殊，在宇宙中产生了大得有些可怕的尺度范围：从
光子要花亿万年时间才能穿过的两星系间的真空区域，到只能凭想象去体
会的一滴水中的两个原子间的距离。我们人类踞于微小与宏大、短暂与永
恒之间的中央位置。在 1秒钟内，某种不稳定的基本粒子可以生死的次数
和宇宙诞生以来的秒数大体相同。我们视原子之小犹如星系视我们之小。
在从 10分之 1秒到 100年的人类经验的时间尺度内，我们生活、死亡，创
造艺术和科学。
我们通常感受最深的是自然中至今所知的最微弱
的力——万有引力。虽然两个原子间的万有引力小得可怜，但我们身体的
每一个原子都被地球的每一个原子吸引，这些力累加起来并不是一个小
数。在这个例子里，所涉及粒子数目的难以置信的大，弥补了万有引力的
难以置信的弱。与此不同，两个粒子间的电力是吸引还是排斥，取决于它
们所带电荷的符号。日常生活中的大块材料，包含了数目几乎严格相等的
电子和质子，所以，这样的两块物体之间的电力几乎就被完全抵消了
力量的僧侣制
神秘极了，不仅所能观察到的宇宙范围内所含粒子的数目非常大，而
且由基本定律本身引出的数目也很大。按照现代物理学，粒子间有四种相
互作用：电磁作用、引力作用、强作用和弱作用。
电磁相互作用维系住了原子，支配着光和无线电波的传播，引起化学
反应，防止我们穿过墙壁和沉入地下。在原子中，带负电荷的电子因原子
核中带正电荷的质子的吸引而不再飞走。引力相互作用使我们不会飞向空
间并维持着行星系和星系的稳定，支配着宇宙的膨胀。强相互作用维持了
原子核的稳定。弱相互作用导致了某些放射性核的衰变。虽然强相互作用
和弱相互作用在自然的基础设计中非常重要，但它们在日常现象中并不起
什么作用。我们前面说过，所有四种相互作用在恒星的稳定燃烧中都起到
了至关重要的作用。
就象 “强”和“弱”这两个词所暗示的那样，强相互作用比电磁作用
强得多，而弱相互作用则比电磁作用弱得多。但最引人注目的是，万有引
力比其它三种力都要弱很多。两质子间的电力比它们之间的引力强大约
38
10 倍，这又是一个大得荒唐的数。
具有讽刺意味的是，我们通常感受最深的是自然中至今所知的最微弱
的力——万有引力。虽然两个原子间的万有引力小得可怜，但我们身体的
每一个原子都被地球的每一个原子吸引，这些力累加起来并不是一个小
数。在这个例子里，所涉及粒子数目的难以置信的大，弥补了万有引力的
难以置信的弱。与此不同，两个粒子间的电力是吸引还是排斥，取决于它
们所带电荷的符号。日常生活中的大块材料，包含了数目几乎严格相等的
电子和质子，所以，这样的两块物体之间的电力几乎就被完全抵消了。
物理学家把四种相互作用强度有巨大差别这种现象称作相互作用的
僧侣制。附带说一下， “僧侣制”最初是指古希腊神话中酒神狄俄尼索斯
(Dionysus the Aseopogite)创立的一种把天使分成三个区，每区又分为三
个等级的组织系统。现在我们划分的是物质的基本相互作用。
自然在组织自己的僧侣制时考虑得非常周全。在研究一种相互作用时
物理学家通常可以忽略其它相互作用，这样他们就能把四种相互作用都理
清。由于现实是象洋葱一样按层组织的，我们对它的认识就可以分层进行。
我们可以不必理解原子核而能理解原子。原子物理学家不必等待核物理学
家，核物理学家也不必等待粒子物理学家
第三章 镜中的世界
亲爱的礼仪小姐：
应该怎样递食物，
是从左边递还是从右边递？
尊敬的读者：
装食物的盘子应该从左往右递。
心境与对称
在过去几年里，我常常观察我儿子安德鲁与他的朋友一道玩积木。一
直到了某个年龄，儿童都还只会把一块积木累在另一块上。但经历了一次
如皮亚杰(Piaget)所描述的那种飞跃之后，他们搭出的东西就突然开始显
示出明显的左右对称。这些小孩长大后如果当建筑师的话就会建出象图
3.1、3.2和3.3 那样的建筑物。
建筑学实际上是建立在左右对称的基础之上的。不对称的建筑物被认
为是古怪的，需要作出解释。例如，查特里斯(Chartres)大教堂就不对称
得让人发笑。它的修建时间太长了，以至建筑风格都发生了变化。
不足为怪。现代建筑学，带着我们这个世纪的反叛特征，产生出了许
多富于变化的、不对称的建筑物。但是，现在建筑学界正流行的后现代派
思潮，在一定程度上是要恢复某些象左右对称这类的经典原则。
人体本身就具有显著的左右对称。早在儿童时代，我们就开始使用把
世界分成左边和右边的说法。显然，是生物演化把左右对称强加给了人和
大多数动物的身体。眼和耳的对称排布对于视听的立体接受是必须的，而
双腿的对称安置则是为了便于直线行走。有趣的是，我们在电影中看到的
天外来客也往往具有左右对
■
图 3.2 波特兰的公共服务大楼，是后现代派重新注重对称的一个例
子。称的形体。确实，左右对称在生物世界是这样盛行，以至于偏离这种
对称的任何发现都是稀奇的和让人着迷的。
人的大脑分为各具不同功能的左右两半，是左右不对称的一个众所周
知的例子。另一个例子是，母鸡的一个卵巢萎缩而没有任何功能。我所知
道的最让人吃惊的例子，大概要数生活在美洲热带水域里的那些属花鳉科
的小鱼。盖·穆切(GuyMurchie)是这样描述它们的：
它们的最不寻常之处是雄性性器官。这明显是由腹鳍演化而来的，其
长度可达鱼身长的一半。在勃起时，它膨大，摇摆着向前伸长，在某些种
类中它的顶端几乎能和鱼鼻子持平，但偏左或偏右30°左右。有些种类的
雄鱼的交配器具有指状附器。可以想象交配器肯定可以非常方便地摸索着
进到雌鱼的殖泄孔中。有些雄鱼还有一对梳状的抱爪(好象是由侧鳍演化来
的)，用来在交配时抱住雌鱼。但是，
■
图 3.3 查特里斯大教堂：罗马式的塔尖(右边)建于 12 世纪，哥特式
的塔尖(左边)建于 16世纪。一般认为，这个教堂的两个不对称的塔尖标志
着中世纪建筑的开始和结束。
亲爱的礼仪小姐：
应该怎样递食物，
是从左边递还是从右边递？
尊敬的读者：
装食物的盘子应该从左往右递。
心境与对称
在过去几年里，我常常观察我儿子安德鲁与他的朋友一道玩积木。一
直到了某个年龄，儿童都还只会把一块积木累在另一块上。但经历了一次
如皮亚杰(Piaget)所描述的那种飞跃之后，他们搭出的东西就突然开始显
示出明显的左右对称。这些小孩长大后如果当建筑师的话就会建出象图
3.1、3.2和3.3 那样的建筑物。
建筑学实际上是建立在左右对称的基础之上的。不对称的建筑物被认
为是古怪的，需要作出解释。例如，查特里斯(Chartres)大教堂就不对称
得让人发笑。它的修建时间太长了，以至建筑风格都发生了变化。
不足为怪。现代建筑学，带着我们这个世纪的反叛特征，产生出了许
多富于变化的、不对称的建筑物。但是，现在建筑学界正流行的后现代派
思潮，在一定程度上是要恢复某些象左右对称这类的经典原则。
人体本身就具有显著的左右对称。早在儿童时代，我们就开始使用把
世界分成左边和右边的说法。显然，是生物演化把左右对称强加给了人和
大多数动物的身体。眼和耳的对称排布对于视听的立体接受是必须的，而
双腿的对称安置则是为了便于直线行走。有趣的是，我们在电影中看到的
天外来客也往往具有左右对
■
图 3.2 波特兰的公共服务大楼，是后现代派重新注重对称的一个例
子。称的形体。确实，左右对称在生物世界是这样盛行，以至于偏离这种
对称的任何发现都是稀奇的和让人着迷的。
人的大脑分为各具不同功能的左右两半，是左右不对称的一个众所周
知的例子。另一个例子是，母鸡的一个卵巢萎缩而没有任何功能。我所知
道的最让人吃惊的例子，大概要数生活在美洲热带水域里的那些属花鳉科
的小鱼。盖·穆切(GuyMurchie)是这样描述它们的：
它们的最不寻常之处是雄性性器官。这明显是由腹鳍演化而来的，其
长度可达鱼身长的一半。在勃起时，它膨大，摇摆着向前伸长，在某些种
类中它的顶端几乎能和鱼鼻子持平，但偏左或偏右30°左右。有些种类的
雄鱼的交配器具有指状附器。可以想象交配器肯定可以非常方便地摸索着
进到雌鱼的殖泄孔中。有些雄鱼还有一对梳状的抱爪(好象是由侧鳍演化来
的)，用来在交配时抱住雌鱼。但是，
■
图 3.3 查特里斯大教堂：罗马式的塔尖(右边)建于 12 世纪，哥特式
的塔尖(左边)建于 16世纪。一般认为，这个教堂的两个不对称的塔尖标志
着中世纪建筑的开始和结束。
雌鱼的殖泄孔非得生在和雄鱼的交配器的偏向相适的那边不可，要么
生在左边，要么生在右边。否则就不能接受雄鱼的交配器，整个努力就都
将是徒劳的。
左右对称的结构会给人一种良好的心境。我们只要环顾一下四周的普
通建筑物就会知道，它们的设计者是多么离不开左右对称的原则。但人们
也不是就不能接受其它更奇特一些的东西。
西方油画的编年史充分反映了这两种倾向。让我们来看一幅典型的文
艺复兴时期的宗教画，一对圣徒被严格对称地安置在处于中心的主体(神)
的两边。通常，处于主体右边的圣徒在神界的地位要比左边的高。在画有
保护圣徒的时候，通常是一个男人和他的妻子，男的几乎毫无例外地是跪
在右边。还有一个传统是，在经典的绘画中光线通常是来自主体的右边。
非常有意思，许多著名的画家为了迎合各种人的口味，也很乐于让他们的
艺术违反这些传统。例如伦勃朗就不会去费心作那种使他的画面与重右轻
左的标准传统相符的必要调整。在此，我想对读者作一小测验，按你的记
忆，在米开朗基罗绘于西斯汀教堂天花板上那幅描写人的创生的名画中，
上帝是用左手还是用右手托摸亚当的？
男人上衣的钮扣钉在右边，而女人的则是钉在左边。标准的解释是，
当男人处于险境时能迅速用左手撕开上衣，而用右手拔出剑来。对于惯用
右手的人来说，钉在右边的钮扣解开和扣上都要更容易一些。贵妇人们当
然不会自己穿衣和脱衣，而是要仆人侍候，这样钮扣钉在左边就更方便了。
爱丽丝和那喀索斯
现在让我们回到物理中来。自然是否也会象晚宴上年长的客人一样在
乎左与右的差异呢？如果自然并不在意，物理学家就说自然是宇称不变的
或反射不变的。这里让我给宇称不变性精确地下一个操作上的定义。选一
个你最喜爱的物理现象，从弹子球的碰撞到原子的光发射都行。把一面镜
子放在所发生的现象前，然后来看在镜子里所见到的过程是否违反我们所
知的自然定律？如果不违反，我们就说支配这一过程的物理定律是宇称不
变的。作定义时的仔细选词是为了避开那些没有内在物理意义的左右不对
称。
说物理学是宇称不变的并不是指镜子里的世界和我们的世界完全一
样。我照镜子时在镜子里看见了一个象我一样的人。但是，他的心脏是在
他的右边，他手上的表也是反着转，甚至他的 DNA 分子的双螺旋线也是沿
另一个方向盘绕。但关键点是物理学定律并不禁止一个人把他的心脏长在
右边。如果供给他(以及他的祖先)的生物分子总是和供给我们的生物分子
互为镜像，他的双螺旋线也就真会沿另一个方向盘绕。尽管生物学家们没
有能力造出这样一个人，钟表匠们要造出一个逆时针旋转的表倒很容易。
这种表受具有宇称不变性的物理定律支配，同样能精确计时。
对物理学家来说，我们的心脏稍稍偏向左边只不过是生物进化的一种
偶然性，并无内在的物理意义。早期的钟表匠只不过是约定钟表的指针按
现在这种方式转动而已。同样，某些有机分子的螺旋是沿哪一个方向，被
认为并不具有实质性的意义。化学家们可以生成自然中所发现的分子的镜
① 那喀索斯：恋上自己在水中的影子的美少年。
生在左边，要么生在右边。否则就不能接受雄鱼的交配器，整个努力就都
将是徒劳的。
左右对称的结构会给人一种良好的心境。我们只要环顾一下四周的普
通建筑物就会知道，它们的设计者是多么离不开左右对称的原则。但人们
也不是就不能接受其它更奇特一些的东西。
西方油画的编年史充分反映了这两种倾向。让我们来看一幅典型的文
艺复兴时期的宗教画，一对圣徒被严格对称地安置在处于中心的主体(神)
的两边。通常，处于主体右边的圣徒在神界的地位要比左边的高。在画有
保护圣徒的时候，通常是一个男人和他的妻子，男的几乎毫无例外地是跪
在右边。还有一个传统是，在经典的绘画中光线通常是来自主体的右边。
非常有意思，许多著名的画家为了迎合各种人的口味，也很乐于让他们的
艺术违反这些传统。例如伦勃朗就不会去费心作那种使他的画面与重右轻
左的标准传统相符的必要调整。在此，我想对读者作一小测验，按你的记
忆，在米开朗基罗绘于西斯汀教堂天花板上那幅描写人的创生的名画中，
上帝是用左手还是用右手托摸亚当的？
男人上衣的钮扣钉在右边，而女人的则是钉在左边。标准的解释是，
当男人处于险境时能迅速用左手撕开上衣，而用右手拔出剑来。对于惯用
右手的人来说，钉在右边的钮扣解开和扣上都要更容易一些。贵妇人们当
然不会自己穿衣和脱衣，而是要仆人侍候，这样钮扣钉在左边就更方便了。
爱丽丝和那喀索斯
现在让我们回到物理中来。自然是否也会象晚宴上年长的客人一样在
乎左与右的差异呢？如果自然并不在意，物理学家就说自然是宇称不变的
或反射不变的。这里让我给宇称不变性精确地下一个操作上的定义。选一
个你最喜爱的物理现象，从弹子球的碰撞到原子的光发射都行。把一面镜
子放在所发生的现象前，然后来看在镜子里所见到的过程是否违反我们所
知的自然定律？如果不违反，我们就说支配这一过程的物理定律是宇称不
变的。作定义时的仔细选词是为了避开那些没有内在物理意义的左右不对
称。
说物理学是宇称不变的并不是指镜子里的世界和我们的世界完全一
样。我照镜子时在镜子里看见了一个象我一样的人。但是，他的心脏是在
他的右边，他手上的表也是反着转，甚至他的 DNA 分子的双螺旋线也是沿
另一个方向盘绕。但关键点是物理学定律并不禁止一个人把他的心脏长在
右边。如果供给他(以及他的祖先)的生物分子总是和供给我们的生物分子
互为镜像，他的双螺旋线也就真会沿另一个方向盘绕。尽管生物学家们没
有能力造出这样一个人，钟表匠们要造出一个逆时针旋转的表倒很容易。
这种表受具有宇称不变性的物理定律支配，同样能精确计时。
对物理学家来说，我们的心脏稍稍偏向左边只不过是生物进化的一种
偶然性，并无内在的物理意义。早期的钟表匠只不过是约定钟表的指针按
现在这种方式转动而已。同样，某些有机分子的螺旋是沿哪一个方向，被
认为并不具有实质性的意义。化学家们可以生成自然中所发现的分子的镜
① 那喀索斯：恋上自己在水中的影子的美少年。
的自然出路。然而，自然是左右对称的这样一种观念牢牢地占据了物理学
家的头脑，宇称不守恒被他们认为是回答这个神秘问题的最不可能的一个
答案。
李政道和杨振宁继续拚命地研究这一问题。杨振宁在后来回忆说，他
觉得就象 “一个在黑暗的房子里摸索着寻找出口的人”。在1956年5 月的
早些时候，杨振宁去拜访李政道。没有找到停车的地方，他们就开车绕哥
伦比亚大学转，李政道是这所大学的教授。他们一边转一边讨论起了宇称
不守恒的可能性。最后他们烦了，不再讨论下去，而在一家中国餐馆前把
车停下来。与奇异子的角斗和寻找停车场的双重挫折肯定给了他们心灵某
种特殊感应，因为历史是这样记录的，他们一坐下来就为这样一个关键点
所触动：所有支持宇称守恒的实验事实要么来自与电磁相互作用有关的过
程，如原子的光发射；要么来自与强相互作用有关的过程，如两个原子核
的碰撞。而奇异子的衰变则不同，到 1956年已经确定它是受弱相互作用支
配的，这种相互作用导致了原子核的某种放射性衰变。
李政道和杨振宁的基本观点是，自然在她的很多定律中是尊重宇称
的，但在支配粒子间弱相互作用的定律中却不是这样。想想我们法律体系
中的一个基本原则，被告在被证明有罪以前被假定是无罪的，判决也只是
对某些罪而言的，对另一些罪则不成立。就象司法哲学家肯定会在这种观
念面前畏缩一样，物理学家也认为自然有选择地冒犯宇称，在哲学上是相
当使人难堪的。
接下来的几周时间，李政道和杨振宁对已有的所有涉及到弱相互作用
的实验作了详细的数值分析，得出的结论是，宇称可能不守恒，但还没有
一个实验给出了证明。他们的下一个任务就是要设计一个能灵敏地验证宇
称是否守恒的实验。在 6 月，他们发表了具有历史意义的论文，对弱相互
作用中宇称守恒提出疑问并给出了解决这一问题的实验构想。
镜子里的世界和我们的世界一样吗？
李政道和杨振宁提出的实验之一涉及到一个旋转的原子核。有很多种
原子核是在原子内不停地旋转的。如读者所知，原子就象一个袖珍的太阳
系，原子核象太阳，围绕着它转动的电子象行星。电子轨道的半径比原子
核的半径大很多，因此轨道上的电子在我们以后的讨论中不起什么作用，
它们离得太远了。
在继续下面的讨论之前，我想先解释一下物理学家是如何标记旋转物
体的旋转方向的。用左手握住一个旋转的物体，让4 个手指指着物体表面
旋转的方向，我们就把大拇指所指的方向定义为物体旋转的方向。例如，
物理学家说图3.4A 中的芭蕾舞演员的旋转方向是 “向上”的，而3.4B 中
的演员则是 “向下”的(在此例中， “向上”与“向下”是相对于地球表面
的，当然，这种定义即使对在太空旋转的物体也同样可行)。使用左手来作
定义纯属习惯，这和一些国家汽车靠路的左边行驶，一些国家靠右边行驶
道理相同。这里重要的是有了一种能方便地标记物体旋转方式的方法。有
人可能想到用 “逆时针”和“顺时针”这种说法，但这依赖于我们从哪一
面来看这些旋转的物体。让我们用美式足球来作一个形象的比喻，当投球
手向攻击手作长传时，他们对橄榄球是顺时针还是逆时针旋转的看法是不
一致的。
读者可能会觉得上面根本就没讲什么实在的东西。为了使我们清楚地
家的头脑，宇称不守恒被他们认为是回答这个神秘问题的最不可能的一个
答案。
李政道和杨振宁继续拚命地研究这一问题。杨振宁在后来回忆说，他
觉得就象 “一个在黑暗的房子里摸索着寻找出口的人”。在1956年5 月的
早些时候，杨振宁去拜访李政道。没有找到停车的地方，他们就开车绕哥
伦比亚大学转，李政道是这所大学的教授。他们一边转一边讨论起了宇称
不守恒的可能性。最后他们烦了，不再讨论下去，而在一家中国餐馆前把
车停下来。与奇异子的角斗和寻找停车场的双重挫折肯定给了他们心灵某
种特殊感应，因为历史是这样记录的，他们一坐下来就为这样一个关键点
所触动：所有支持宇称守恒的实验事实要么来自与电磁相互作用有关的过
程，如原子的光发射；要么来自与强相互作用有关的过程，如两个原子核
的碰撞。而奇异子的衰变则不同，到 1956年已经确定它是受弱相互作用支
配的，这种相互作用导致了原子核的某种放射性衰变。
李政道和杨振宁的基本观点是，自然在她的很多定律中是尊重宇称
的，但在支配粒子间弱相互作用的定律中却不是这样。想想我们法律体系
中的一个基本原则，被告在被证明有罪以前被假定是无罪的，判决也只是
对某些罪而言的，对另一些罪则不成立。就象司法哲学家肯定会在这种观
念面前畏缩一样，物理学家也认为自然有选择地冒犯宇称，在哲学上是相
当使人难堪的。
接下来的几周时间，李政道和杨振宁对已有的所有涉及到弱相互作用
的实验作了详细的数值分析，得出的结论是，宇称可能不守恒，但还没有
一个实验给出了证明。他们的下一个任务就是要设计一个能灵敏地验证宇
称是否守恒的实验。在 6 月，他们发表了具有历史意义的论文，对弱相互
作用中宇称守恒提出疑问并给出了解决这一问题的实验构想。
镜子里的世界和我们的世界一样吗？
李政道和杨振宁提出的实验之一涉及到一个旋转的原子核。有很多种
原子核是在原子内不停地旋转的。如读者所知，原子就象一个袖珍的太阳
系，原子核象太阳，围绕着它转动的电子象行星。电子轨道的半径比原子
核的半径大很多，因此轨道上的电子在我们以后的讨论中不起什么作用，
它们离得太远了。
在继续下面的讨论之前，我想先解释一下物理学家是如何标记旋转物
体的旋转方向的。用左手握住一个旋转的物体，让4 个手指指着物体表面
旋转的方向，我们就把大拇指所指的方向定义为物体旋转的方向。例如，
物理学家说图3.4A 中的芭蕾舞演员的旋转方向是 “向上”的，而3.4B 中
的演员则是 “向下”的(在此例中， “向上”与“向下”是相对于地球表面
的，当然，这种定义即使对在太空旋转的物体也同样可行)。使用左手来作
定义纯属习惯，这和一些国家汽车靠路的左边行驶，一些国家靠右边行驶
道理相同。这里重要的是有了一种能方便地标记物体旋转方式的方法。有
人可能想到用 “逆时针”和“顺时针”这种说法，但这依赖于我们从哪一
面来看这些旋转的物体。让我们用美式足球来作一个形象的比喻，当投球
手向攻击手作长传时，他们对橄榄球是顺时针还是逆时针旋转的看法是不
一致的。
读者可能会觉得上面根本就没讲什么实在的东西。为了使我们清楚地
知道下面要讨论什么问题，还是有必要讲得多一点。
李政道和杨振宁建议研究一个旋转的放射性核的衰变。一个核可以看
成是一群堆积在一起的中子和质子。放射性核中质子和中子的排布并不稳
定，在一给定的时间间隔会有一定的几率发生放射性衰变。如果这种衰变
是弱力引起的，单位时间内发生衰变的几率就非常小。这正是弱力被称作
弱力的真正原因。核在衰变
■
图3.4请注意艺术家如何用一种形象的方法来标记两个作脚尖立地旋
转的女芭蕾舞演员的旋转方向。依照正文中所述的习惯，称左边(A)的旋转
方向向上，而右边(B)则称向下。
时放出一个电子和另外一种粒子，这种粒子叫中微子，它不能被实验
检测出来。这个电子以很高的速度飞出，并不会与相距很远的原子轨道上
的电子相混淆。
如前面的解释，旋转的核定义了一个方向，我们现在可以问，电子是
沿这个方向还是沿相反的方向射出？为了看清对这个问题的回答如何表明
了自然是否冒犯了宇称，我们要运用前面解释过的判据并将我们的世界所
发生的事与镜子里的世界所发生的事作对比。
假定电子沿核的旋转方向飞出，来看一下镜子里的情况会怎样(见图
3.5)。如同镜子里的表针是逆着转一样，镜子里的核的旋转方向也是相反
的，因而电子出现在与核的旋转方向相反的方向上！当一个物理学家观察
这个衰变时，他的同事也同时在观察镜子里的衰变。他们关于决定放射性
核衰变时电子出现在哪个方向的定律总是相反的。如果大自然尊重宇称的
话，电子出现在核
■
图3.5 一个旋转的核(用大球表示)发射出一个电子(小球)。在我们的
世界中电子出现在核的旋转方向的几率是多少，在镜子里的世界中电子出
现在核的旋转的反方向上的几率就是多少。在实际的实验中，统计了大量
核所发射的电子的方向，如果电子倾向于沿核的旋转方向出现，我们就说
宇称不再守恒，因为在镜子里的物理学家看来电子倾向于沿核的旋转的反
方向出现，我们的世界和镜子里的世界受不同的物理定律的支配。
的旋转方向和核的旋转的反方向上的几率应相同。在实际的实验中涉
及到许许多多的核，人们是通过观察许多来自不同衰变的电子来看它们出
现的方向是否有择优性的。
显然，为了建立一个参考方向，核需要是旋转的才行(然而，这并不
意味着宇称不守恒只能在涉及旋转粒子的过程才能观察到)。值得指出，所
提出的这个实验一点也没有涉及到奇异子；这样，对它的解释就不至于被
当时并不清楚的奇异子动力学弄得含混不清。
吴女士和上帝的左手
李政道和杨振宁的下一步就是要说服一个有此能力的人来做这个实
验。物理学杂志上充斥着各种各样的实验构想，但是，作为一个实验工作
者必须确信自己所要做的实验确实重要，以使为此所作的巨大努力不至于
白费。
李政道和杨振宁建议研究一个旋转的放射性核的衰变。一个核可以看
成是一群堆积在一起的中子和质子。放射性核中质子和中子的排布并不稳
定，在一给定的时间间隔会有一定的几率发生放射性衰变。如果这种衰变
是弱力引起的，单位时间内发生衰变的几率就非常小。这正是弱力被称作
弱力的真正原因。核在衰变
■
图3.4请注意艺术家如何用一种形象的方法来标记两个作脚尖立地旋
转的女芭蕾舞演员的旋转方向。依照正文中所述的习惯，称左边(A)的旋转
方向向上，而右边(B)则称向下。
时放出一个电子和另外一种粒子，这种粒子叫中微子，它不能被实验
检测出来。这个电子以很高的速度飞出，并不会与相距很远的原子轨道上
的电子相混淆。
如前面的解释，旋转的核定义了一个方向，我们现在可以问，电子是
沿这个方向还是沿相反的方向射出？为了看清对这个问题的回答如何表明
了自然是否冒犯了宇称，我们要运用前面解释过的判据并将我们的世界所
发生的事与镜子里的世界所发生的事作对比。
假定电子沿核的旋转方向飞出，来看一下镜子里的情况会怎样(见图
3.5)。如同镜子里的表针是逆着转一样，镜子里的核的旋转方向也是相反
的，因而电子出现在与核的旋转方向相反的方向上！当一个物理学家观察
这个衰变时，他的同事也同时在观察镜子里的衰变。他们关于决定放射性
核衰变时电子出现在哪个方向的定律总是相反的。如果大自然尊重宇称的
话，电子出现在核
■
图3.5 一个旋转的核(用大球表示)发射出一个电子(小球)。在我们的
世界中电子出现在核的旋转方向的几率是多少，在镜子里的世界中电子出
现在核的旋转的反方向上的几率就是多少。在实际的实验中，统计了大量
核所发射的电子的方向，如果电子倾向于沿核的旋转方向出现，我们就说
宇称不再守恒，因为在镜子里的物理学家看来电子倾向于沿核的旋转的反
方向出现，我们的世界和镜子里的世界受不同的物理定律的支配。
的旋转方向和核的旋转的反方向上的几率应相同。在实际的实验中涉
及到许许多多的核，人们是通过观察许多来自不同衰变的电子来看它们出
现的方向是否有择优性的。
显然，为了建立一个参考方向，核需要是旋转的才行(然而，这并不
意味着宇称不守恒只能在涉及旋转粒子的过程才能观察到)。值得指出，所
提出的这个实验一点也没有涉及到奇异子；这样，对它的解释就不至于被
当时并不清楚的奇异子动力学弄得含混不清。
吴女士和上帝的左手
李政道和杨振宁的下一步就是要说服一个有此能力的人来做这个实
验。物理学杂志上充斥着各种各样的实验构想，但是，作为一个实验工作
者必须确信自己所要做的实验确实重要，以使为此所作的巨大努力不至于
白费。
对托勒密(Ptolemy)来说，推测尼罗河是发源于非洲中部并不必付出
什么代价，但伯顿(Burton)和斯佩克(Speke)却为此付出了生命和才智。在
接触了一些大都持怀疑态度的实验物理学家之后，李政道和杨振宁找到了
弱相互作用实验的权威人士之一吴健雄，并设法说服了她。这样事情就有
了希望。
吴女士，就如物理学界都知道的那样，是一个了不起的人物。她于著
名的满清王朝覆灭后仅 1年的 1912年生于中国，被称为“实验核物理的执
政女王”，并成为美国物理学会的第一个妇女主席，为女实验工作者进入
这个男人占统治地位的领域开辟了一条道路。她的实验以细心和简明著
称，被她的同事们称之为具有女性风格。吴女士为李政道和杨振宁所言深
深打动，她取消了夏季旅行计划并立即开始工作。这就导致了自然第一次
向一位女士亮出了她的 “手征”。
吴女士象爱丽丝一样，是在看镜子里的世界。在这样做时，她遇到了
一些麻烦。虽然事情在理论物理学家看来相当简单(见图 3.5)，但实验物
理学家所必须面临的现实复杂性却令人生畏。例如，没有谁会给吴女士一
个单独的旋转的核，而包含在实验样品中的数目巨大的核各自是沿不同的
方向旋转的。在室温下，原子总是在剧烈地振动，即使核的旋转方向在某
一时刻都沿一个方向排好了，也会由于热扰动而很快指向不同的方向。所
以，她不得不在低温下做实验以减少热扰动的影响。而这就得使用复杂的
制冷装置。我们大家都知道，复杂装置是很容易出故障的(理论和实验物理
所吸引的人的个性是相当不同的，各自具有不同的脾气和能力，在这块肥
沃的田野上，社会学家可以进行能得到累累硕果的研究)，于是，吴女士就
与华盛顿国家标准局的一群低温物理学家合作，因为从那里可以获取所需
的制冷设备。
到 1956 年 12 月，她和她的合作者们发现了宇称不守恒的强烈迹象：
在受弱相互作用支配的衰变中，电子飞出的方向有择优性。芝加哥大学的
瓦伦丁·特勒格弟(Valentine Telegdi)领导的一个小组，通过做李政道和
杨振宁提出的另一个实验，独立地得到了同样的结论。
在 1957 年 1月4 日星期五，李政道向他的一群同事描述了吴健雄的
实验的最后结果。吃午饭时，讨论变得特别活跃，这时哥伦比亚大学的一
位实验物理学家利昂·利多曼(Leon Lederman)突然意识到，他或许可以在
π介子的衰变中检测到宇称不守恒。π介子是当时已发现了几年的亚核粒
子。这个晚上的晚些时候，他打电话给现在 IBM工作的著名的实验物理学
家理查德·伽文(Richard Garvin)。两天以后的早晨，这两个激动的物理
学家已经设计和建立起了他们的实验装置并开始收集数据。但是正当他们
认为他们也看到了上帝的左手时，装置坏了。他们找了另一个实验物理学
家来帮忙，并一起修好了实验装置，然后又马不停蹄的工作。到星期二早
上6 点，利多曼就打电话给李政道说，自然确实是有手征的
什么代价，但伯顿(Burton)和斯佩克(Speke)却为此付出了生命和才智。在
接触了一些大都持怀疑态度的实验物理学家之后，李政道和杨振宁找到了
弱相互作用实验的权威人士之一吴健雄，并设法说服了她。这样事情就有
了希望。
吴女士，就如物理学界都知道的那样，是一个了不起的人物。她于著
名的满清王朝覆灭后仅 1年的 1912年生于中国，被称为“实验核物理的执
政女王”，并成为美国物理学会的第一个妇女主席，为女实验工作者进入
这个男人占统治地位的领域开辟了一条道路。她的实验以细心和简明著
称，被她的同事们称之为具有女性风格。吴女士为李政道和杨振宁所言深
深打动，她取消了夏季旅行计划并立即开始工作。这就导致了自然第一次
向一位女士亮出了她的 “手征”。
吴女士象爱丽丝一样，是在看镜子里的世界。在这样做时，她遇到了
一些麻烦。虽然事情在理论物理学家看来相当简单(见图 3.5)，但实验物
理学家所必须面临的现实复杂性却令人生畏。例如，没有谁会给吴女士一
个单独的旋转的核，而包含在实验样品中的数目巨大的核各自是沿不同的
方向旋转的。在室温下，原子总是在剧烈地振动，即使核的旋转方向在某
一时刻都沿一个方向排好了，也会由于热扰动而很快指向不同的方向。所
以，她不得不在低温下做实验以减少热扰动的影响。而这就得使用复杂的
制冷装置。我们大家都知道，复杂装置是很容易出故障的(理论和实验物理
所吸引的人的个性是相当不同的，各自具有不同的脾气和能力，在这块肥
沃的田野上，社会学家可以进行能得到累累硕果的研究)，于是，吴女士就
与华盛顿国家标准局的一群低温物理学家合作，因为从那里可以获取所需
的制冷设备。
到 1956 年 12 月，她和她的合作者们发现了宇称不守恒的强烈迹象：
在受弱相互作用支配的衰变中，电子飞出的方向有择优性。芝加哥大学的
瓦伦丁·特勒格弟(Valentine Telegdi)领导的一个小组，通过做李政道和
杨振宁提出的另一个实验，独立地得到了同样的结论。
在 1957 年 1月4 日星期五，李政道向他的一群同事描述了吴健雄的
实验的最后结果。吃午饭时，讨论变得特别活跃，这时哥伦比亚大学的一
位实验物理学家利昂·利多曼(Leon Lederman)突然意识到，他或许可以在
π介子的衰变中检测到宇称不守恒。π介子是当时已发现了几年的亚核粒
子。这个晚上的晚些时候，他打电话给现在 IBM工作的著名的实验物理学
家理查德·伽文(Richard Garvin)。两天以后的早晨，这两个激动的物理
学家已经设计和建立起了他们的实验装置并开始收集数据。但是正当他们
认为他们也看到了上帝的左手时，装置坏了。他们找了另一个实验物理学
家来帮忙，并一起修好了实验装置，然后又马不停蹄的工作。到星期二早
上6 点，利多曼就打电话给李政道说，自然确实是有手征的
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