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施郁

(复旦大学物理学系教授)

在物理学中,有一个守恒的量,就代表有一个相应的对称性。 这叫做诺特定理。比如,如果一个系统的能量守恒,就代表它具有时间平移对称性。就是说,时间改变任意长的间隔,能量函数(专业术语叫哈密顿量)保持不变。如果一个系统的动量守恒,就代表它具有空间平移对称性,就是说,将每个空间位置移动任意长的距离,哈密顿量保持不变。如果一个系统的角动量守恒,就代表它具有空间旋转对称性,就是说,将系统旋转任意角度,哈密顿量保持不变。

宇称守恒就代表系统具有空间反演不变性,就是说将每个位置改为相对某个原点距离相等,方向相反的位置,系统的哈密顿量保持不变。

现在我们来看看基本相互作用的对称性。世界上的基本相互作用有引力、电磁、弱相互作用和强相互作用。 除了弱相互作用,其他相互作用都是宇称守恒的,也就是空间反演不变的。

1956年的时候,物理学家对于弱相互作用主宰的某种过程感到困惑。有两种粒子,除了宇称,各种性质完全一样。 为什么宇称不一样呢,因为一种粒子在弱相互作用下,衰变为3个派介子;而另一个在弱相互作用下,衰变为3个派介子。每个派介子的宇称为-1,所以原来的这两种粒子的宇称相反。

李政道和杨振宁发现,根本没有理由说弱相互作用下,宇称是守恒的。他们建议了一些实验,直接验证弱相互作用下,宇称否是守恒的。吴健雄等人的实验表明,弱相互作用下,宇称不守恒。

我看别的答案说的都比较专业的样子。如果仅和爱好者解释,可以这么比喻:

给你一些正方形,长方形,圆形的照片,并且告诉你这些照片有的是直接拍摄的,有的是从镜子里拍摄的。你能分辨出来吗?

宇称不守恒就是上述那些东西右边多画了一个点,或者某个人右脸长了一个痣,于是现在就能选出来哪些照片是直接拍摄哪些是从镜子里拍摄的了。

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