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上帝是左撇子嗎?
2021/08/13 03:52
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上帝是左撇子嗎?    姚遙崤

 

        如果有一天我們能和外星人發電波通訊,描述我們人類,大概可以告訴他們我們的身高體重,甚至我們的像貌,然而如何能夠和他們講我們的心臟位於身體左邊呢? 這個問題在1956年以前一直困擾著科學家們,因為我們很難確定外星人也有著跟人類一樣的對左邊右邊的認知。

            在奇妙的宇宙中,我們發現所有的物理現象都是對稱的,一個物理實驗的結果不會因為做的時間不同而產生差異,這就是時間對稱的定律,延伸出 能量守恆定律;同理空間也對稱,延伸出 動量守恆定律;以及方向亦對稱,延伸出 角動量守恆定律 這些定律物理學家們統稱之為 宇稱守恆定律 於是我們更發現許多物質都有鏡像,性質電荷都完全相同,只是一個是另一個的鏡面反射,進而化學分子也如此,就如左右手的現象,我們稱之為手性。

            粒子物理學家在1947年發現了西塔粒子,在1949年又發現了陶粒子,這兩種粒子性質完全相同,電荷也同量,然而在衰變以後就變得不同了,也就是說衰變後測量出的宇稱不同。 按理說這樣的事不應該發生的,譬如說兩隻相同的活鴨子,死亡後還一同是鴨子才是,於是這個現象困擾了物理學家許多年,稱之為 西塔 之謎。

1956 4月全球的頂尖高能物理學家們在美國紐約羅徹斯特大學召開年度會議,主要討論的就是 西塔 之謎,有兩位剛三十歲出頭的中國物理學家楊振寧和李政道應邀出席,楊就在會上提出會不會是因為不守恆的關係才出現了西塔 之謎呢? 但問題是已經有極多的實驗符合宇稱守恆的信念的,所以幾乎沒有人同意他的觀點。

會議後不久兩人在一家餐館時想到,以往的宇稱守恆實驗都沒有按照不同的相互作用分類,會不會只有在弱力衰變時不守恆呢? 在隨後的兩個禮拜中,兩人就找到了大量的弱相互作用的實驗數據,然後經過繁複的計算,發現數據不足,沒有守恆的結論,也就是說在毫無實驗證據的情況下,人們都相信了弱相互作用中宇稱守恆,這真是令人驚愕!

僅僅過了一個月,他們就共同完成了那篇名垂物理史的論文 「弱相互作用中宇稱守恆問題」,發表在195610月的物理學術期刊 <<物理評論>>上。 這是近代物理史上最重要的論文之一,論文中他們提出在強相互作用和電磁相互作用中,宇稱在很高的精確度上是守恆的,但是在弱相互作用中,宇稱守恆只是一個推理性的假設。 西塔 之謎是弱相互作用中的一個反例,因此我們必須完成一個實驗來確定左手粒子及右手粒子是否不相同。 在論文中他們提出了五個明確的實驗,給出了需要測量的數據,並預言了可能的結果。 由於實驗才是檢驗物理理論的唯一標準,可是楊、李兩人都不是實驗物理學家,因此他們迫切地需要找一個實驗物理大神幫忙,極為幸運地當時極有名的足以和居里夫人比美的實驗物理學家吳健雄聽了他倆的解說後,立即取消了去中國探親的行程答應去做替他們做實驗。

許多人聽到了吳健雄在做實驗時都認為她在浪費時間,有一個號稱毒舌的人泡利就宣稱他願意打一個大賭,實驗一定會給出一個守恆的結果來。 著名的物理學家費曼也說這是個瘋狂的實驗,他還提出以10001來賭這個實驗絕不會成功。

吳健雄選擇了楊、李論文中的一個實驗,把鈷元素核冷卻到接近絕對零度,這樣原子本身的熱振動基本就消除了,然後再用一個磁場使得這束原子核按照同一方向自旋,如果宇稱是守恆的,那麼電子就會以相同的數量向兩個方向飛出,反之一個方向飛出的電子將比另一方向多,於是對稱性就破壞了。 這個實驗因為要用到極低溫設備,哥倫比亞大學的實驗室做不到,所以吳就找到了美國國家標準局,利用了他們的實驗室。

195719日吳的實驗小組作了最後的檢驗,確認了在弱相互作用下宇稱是不守恆的。 6天後哥倫比亞大學發佈了新聞會宣佈了這個曠世的成果! 不久後其他幾個實驗室的驗證實驗結果也都出爐,證實了吳健雄的實驗數據,確定了楊、李兩人的發現。

當年的諾貝爾獎以史無前例的速度頒發給楊振寧和李政道,遺憾的是吳健雄沒有一同獲獎。 50年後諾貝爾獎評審記錄解密後才知道吳沒得獎是因為諾獎按規則最多只能同時頒發給三個人,吳的實驗小組裡美國標準局的安伯勒功勞也很大,只頒給吳不把安算上的話對安不公平,委員會考慮再三只好讓吳遺珠啦。

於是現在我們終於能夠告訴外星人什麼是左邊了。 他們只要製造一塊磁鐵,通上電流,取一些鈷元素,把溫度降到接近絕對零度,看到電流流出的方向,那就是我們地球人所謂的 左邊

沒想到吧,上帝居然偏愛左邊,祂原來還真的是一個左撇子呢!

 

                                        20203月於 Las Vegas

 

此文刊登於2020.08.22 華府新聞日報文繫中華版

 

 

        

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1樓. 玉米蘋果
2021/08/21 08:36

      哈,我也是這麼相信的喔 ~