科学百科54期丨宇称是什么？

本期为大家带来：

《你知道吗——现代科学中的100个问题》

本书是阿西莫夫的优秀作品之一。

作者以通俗的语言，深入浅出地解释了现代科学中的一百个尖端课题。

其中，有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识，如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚原子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿阵地，如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。

作者对这些问题的来龙去脉，它们目前处在什么样的状态、有没有希望得到解决等问题均作了回答。

▼

第五十四个问题：宇称是什么？

假定我们把每一个亚原子粒子都挂上标签：要么是A，要么是B，二者必居其一。现在再进一步假定，一个A粒子只要分裂成两个粒子，这两个粒子要不是统统属于A类，就必定统统属于B类。这时我们可以写出A＝A＋A或A＝B＋B。

111一个B粒子如果分裂成两个粒子，这两个粒子当中总是有一个属于A类，另一个则属于B类，所以我们可以写出B＝A + B。

你还会发现另一种情形：如果两个粒子互相碰撞而分裂成三个粒子，这时你就可能发现A + A＝A + B + B或A +B＝B + B + B。

但是，有些情形却是观察不到的。例如，你不会发现A + B＝A + A或A + B +A＝B + A + B。

这一切是什么意思呢？好吧，让我们把A看作2，4，6这类偶数当中的一个，而把B看作3，5，7这类奇数。两个偶数相加总是等于偶数（6＝2 + 4），所以A＝A + A。两个奇数相加也总是等于偶数（8＝3 + 5），所以A＝B + B。但是，一个奇数和一个偶数之和却总是等于奇数（7＝3 + 4），所以B＝A + B。

换句话说，有些亚原子粒子可以称为“奇粒子”，另一些亚原子粒子可以称为“偶粒子”，因为它们所能结合成的粒子或分裂成的粒子正好与奇数和偶数相加时的情况相同。

当两个整数都是偶数或者都是奇数时，数学家就说这两个整数具有“相同的奇偶性（宇称）”；如果一个是奇数，一个是偶数，它们就具有“不同的奇偶性（宇称）”。这样一来，当有些亚原子粒子的行为像是奇数，有些像是偶数，并且奇数和偶数的相加法则永远不被破坏时，那就是过去所说的“宇称守恒”了。

1927年，物理学家魏格纳指出，亚原子粒子的宇称是守恒的，因为这些粒子可以看作是具有“左右对称性”。真有这种对称性的东西与它们在镜子里所成的像（镜像）完全相同。数字0和8以及字母H和X都具有这样的对称性。如果你把8，0，H和X转一下，让它们的右边变成左边，左边变成右边，那么，你仍旧会得到8，0，H和X。字母b和p就没有这种左右对称性。要是你把它们转个 180°，b 就会变成 d，p就变成q——成为完全不同的字母了。

1956年，物理学家李政道和杨振宁指出，在某些类型的亚原子事件中宇称应该不守恒，并且实验很快就证明他们的说法是对的。这就是说，有些亚原子粒子的行为好像它们在某些条件下是不对称似的。

由于这个原因，人们研究出了一个更普遍的守恒律。在一个特定粒子不对称的地方，它的反粒子（即具有相反的电荷或磁场）也是不对称的，但两者的模样相反。因此，如果粒子的形状像p，它的反粒子的形状就像q。

如果把电荷（C）和宇称（P）放在一起，就能建立一条简单的法则，来说明哪些亚原子事件能够发生，哪些亚原子事件不能够发生。这个法则称为“CP守恒”。

后来，人们又明白了，为了使这个法则真正保险，还必须考虑到时间（T）的方向；因为一个亚原子事件看起来既可以是在时间中向前推进，也可以是在时间中向后倒退。添上时间以后的法则称为“CPT守恒”。

近来，就连CPT守恒也成问题了，不过到底怎么样，目前还没有得出最后的结论。