仍然有朋友有這樣的疑惑，楊振寧先生在數(shù)學(xué)學(xué)界哪些地位？他有哪些理論發(fā)表，他的研究有哪些實(shí)際應(yīng)用？
一言難盡啊，朋友！數(shù)學(xué)學(xué)界相傳有一牛二愛(ài)三麥之說(shuō)，楊振寧先生大約是坐五望四的存在，假若只算活著的，則是當(dāng)之無(wú)愧的第一人。單憑一個(gè)宇稱不守恒的發(fā)覺(jué)，就創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)拿諾貝爾獎(jiǎng)的最快紀(jì)錄，比愛(ài)因斯坦還快16年。
楊振寧先生
通過(guò)這篇小文章，我拋個(gè)磚，希望能引出你們的玉來(lái)。
化學(xué)學(xué)家最喜歡的第二句話
數(shù)學(xué)學(xué)大師費(fèi)曼以前說(shuō)過(guò)，假如只用一句話來(lái)概括現(xiàn)代科學(xué)最重要的發(fā)覺(jué)，他會(huì)選“世界是原子組成的”。果然是大神！但若果還可以再添一句補(bǔ)充的話，我覺(jué)得“對(duì)稱性是宇宙規(guī)律的基礎(chǔ)”將是絕大部份化學(xué)學(xué)家的心里話。
對(duì)稱的雪花晶體
此話怎講？大至日本的白宮，小到紙上的一個(gè)矩形，甚至穿衣鏡中俺們的右手和左手，它們首先是原子構(gòu)成的；但同時(shí)，它們也都是對(duì)稱的。
白宮建筑物是以中軸對(duì)稱，方形紋樣是以中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，至于俺們鏡中的右手則是鏡像對(duì)稱。這種就是在日常生活中，最常見(jiàn)的幾何對(duì)稱，中學(xué)語(yǔ)文老師表示很贊成。
搞化學(xué)至少得學(xué)院專科起步，幾何對(duì)稱還是留給中學(xué)追憶吧；化學(xué)學(xué)家給諸位圈重點(diǎn)的是——物理定理的對(duì)稱性。
來(lái)點(diǎn)干貨讓大家瞧瞧我的手段。我們把幾何圖形換成化學(xué)定理，瞧瞧用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，來(lái)操作一下牛頓運(yùn)動(dòng)定理會(huì)怎樣？
化學(xué)學(xué)定理的對(duì)稱性
答案顯而易見(jiàn)，正如繞著圓心任意一個(gè)點(diǎn)，方形必然對(duì)稱一樣，無(wú)論你怎么調(diào)整變換觀測(cè)角度，牛頓表示情緒穩(wěn)定，物體的運(yùn)動(dòng)仍將嚴(yán)格遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定理。
雖然除了牛頓定理，朋友們手中的麥克斯韋的電磁學(xué)、愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，都擁有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。旋轉(zhuǎn)不變性本質(zhì)上就是空間的各向同性。試想，我們?nèi)籼幵诓煌钪婵臻g，將面對(duì)迥異的麥克斯韋多項(xiàng)式組、相對(duì)論質(zhì)能多項(xiàng)式，那還用個(gè)錘子電磁理論和相對(duì)論？
科學(xué)的最初，上帝青睞對(duì)稱性
化學(xué)學(xué)家堅(jiān)定的信仰著對(duì)稱性，正是發(fā)覺(jué)了在對(duì)稱性上面隱藏的巨大力量。諾特定律告訴我們——物理學(xué)里的連續(xù)對(duì)稱性和守恒定理一一對(duì)應(yīng)。諾特定律，就是數(shù)學(xué)定理普適性的堅(jiān)實(shí)保障。
簡(jiǎn)單的說(shuō)，對(duì)稱性和守恒定理一一對(duì)應(yīng)，就是每一個(gè)對(duì)稱性都有一個(gè)守恒定理跟它對(duì)應(yīng)。
繼續(xù)舉個(gè)事例，在牛頓精典熱學(xué)里，最常見(jiàn)的能量守恒，與之對(duì)應(yīng)的對(duì)稱性是——時(shí)間平移不變性。
對(duì)術(shù)語(yǔ)倍感絕望的朋友莫慌，舉個(gè)保證你能秒懂的事例——1969年馬來(lái)西亞登月，預(yù)計(jì)2024年日本將再度登月，在此時(shí)間段內(nèi)，應(yīng)用其中的數(shù)學(xué)定理不變——這就是時(shí)間平移不變性。否則，數(shù)學(xué)定理隨著時(shí)間而改變，日本靠哪些錘子理論來(lái)登月球。
日本登月劇照
化學(xué)學(xué)家再努努力，又研究發(fā)覺(jué)，動(dòng)量守恒對(duì)應(yīng)的是——空間平移不變性，角動(dòng)量守恒對(duì)應(yīng)的是——旋轉(zhuǎn)不變性。這樣不同的對(duì)稱性建立起整個(gè)數(shù)學(xué)學(xué)的框架，致使數(shù)學(xué)定理可以在宇宙中普適使用，但是在自身體系中自洽。
這就是為何化學(xué)學(xué)家這么深信上帝喜愛(ài)對(duì)稱性的來(lái)歷，由于它們是數(shù)學(xué)定理自洽的基石啊。
愛(ài)因斯坦：據(jù)說(shuō)你又提及我
簡(jiǎn)單的說(shuō)，現(xiàn)代科學(xué)的兩大支柱，強(qiáng)悍穩(wěn)固如相對(duì)論和量子論，它們的創(chuàng)立都必須依賴對(duì)稱性。
宇稱登場(chǎng)，舊世界倒塌的變奏曲
我們剛才解釋了對(duì)稱性對(duì)于數(shù)學(xué)學(xué)有多重要，化學(xué)學(xué)家對(duì)此甚至是深信不疑的。假如科學(xué)家們發(fā)覺(jué)了有哪些現(xiàn)象顯然違背了守恒定理，你們第一反應(yīng)絕對(duì)不是守恒出了問(wèn)題，而是去檢驗(yàn)還有沒(méi)有其他沒(méi)有考慮進(jìn)來(lái)的誘因。
比如時(shí)間平移不變性對(duì)應(yīng)的能量守恒，實(shí)驗(yàn)中發(fā)覺(jué)某個(gè)化學(xué)過(guò)程不滿足能量守恒，借此為抓手找尋新粒子或則新化學(xué)現(xiàn)象，因而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的朋友，可不在少數(shù)。
諾貝爾獎(jiǎng)
人生若只如初見(jiàn)，何事愁思秋畫(huà)扇！
朋友們還記得自己穿衣鏡中的右手和左手嗎？這些對(duì)稱稱作——鏡面的反射對(duì)稱，亦稱左右對(duì)稱，換個(gè)熟悉點(diǎn)的說(shuō)法就是——宇稱。
宇稱守恒嗎？——莫怕，其實(shí)守恒，這是必須的！
舉個(gè)簡(jiǎn)單的事例，你對(duì)著墻壁的穿衣鏡用左腳踢踢毽，即使我們將見(jiàn)到穿衣鏡上面的你用左側(cè)的腿把踢毽朝另一個(gè)方向踢起，然而踢毽的運(yùn)動(dòng)軌跡一樣嚴(yán)格遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定理，劃出一道拋物線，而不是忽然不受控制飛出天際。
哪吒，我最紅，我來(lái)踢踢毽
這也就是說(shuō)，牛頓運(yùn)動(dòng)定理同樣具有宇稱不變性，遵循宇稱守恒。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)粒子模型的界定，在四大基本互相斥力里，科學(xué)家們證明了電磁力、引力、強(qiáng)力的化學(xué)規(guī)律都具有宇稱不變性，都遵循宇稱守恒。
四種互相作用
但是，三缺一啊！弱力呢？并且朋友們不要忘掉，宇稱的特性比較非常，在數(shù)學(xué)學(xué)中，它也是描述基本粒子性質(zhì)的一個(gè)數(shù)學(xué)量——微觀粒子！
微觀粒子世界中，弱力起主導(dǎo)作用時(shí)，會(huì)違背宇稱守恒嗎？
楊振寧引起的化學(xué)學(xué)界大震憾
在宇宙中的大多數(shù)過(guò)程都是可逆的，也就是對(duì)稱的。換句話說(shuō)，就是正向和反向的化學(xué)過(guò)程是相同的。量子熱學(xué)打開(kāi)了微觀的房門(mén)，在粒子化學(xué)學(xué)中，我們同樣希望能有總保持相同的三種主要對(duì)稱性：電荷、宇稱和時(shí)間。我們用每一種對(duì)稱的首字母C（）電荷、P（）宇稱、T（TIME）時(shí)間來(lái)尊稱她們。
時(shí)間對(duì)稱意味著互相作用在時(shí)間上，正反方向是一樣的；電荷對(duì)稱意味著假如交換所有的正負(fù)電荷，不會(huì)影響互相作用；宇稱守恒意味著數(shù)學(xué)定理對(duì)右手或左手一視同仁，定理在鏡像世界中，應(yīng)當(dāng)與普通世界中完全相同，不偏向右手性或手指性。
鏡像世界
在20世紀(jì)50年代，科學(xué)家們覺(jué)得所有的基本粒子都遵照這種對(duì)稱性。甚至借助碰巧出現(xiàn)的不對(duì)稱行為，發(fā)覺(jué)了不少新粒子或則化學(xué)新現(xiàn)象，因此獲得諾貝爾獎(jiǎng)的朋友也不在少數(shù)。
但楊振寧和李政道，在1956年，有了驚人的發(fā)覺(jué)。簡(jiǎn)單的講，她們對(duì)當(dāng)時(shí)的“θ-τ之謎”有了一些深刻而大膽的理解，足以引起一場(chǎng)數(shù)學(xué)學(xué)界的大地震。
楊振寧和李政道一反常規(guī)，把強(qiáng)、弱互相斥力區(qū)分開(kāi)以后，再分別討論各自的宇稱性。她們發(fā)覺(jué)一個(gè)驚人的事實(shí)，在過(guò)去科學(xué)界所有的β衰變實(shí)驗(yàn)中，都忽視了贗標(biāo)量的檢測(cè)，而這個(gè)檢測(cè)值，正是用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)弱互相作用中宇稱守恒的標(biāo)志。所以至今為止，所有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果跟β衰變中宇稱是否守恒，完全沒(méi)有關(guān)系。
楊振寧和李政道
簡(jiǎn)單的說(shuō)，宇稱守恒實(shí)際上未曾在涉及弱互相作用的實(shí)驗(yàn)中，得到驗(yàn)證。即是說(shuō)，宇稱不守恒是極其可能存在的。
好比愛(ài)因斯坦拋棄了絕對(duì)時(shí)空觀，因而成立了偉大的相對(duì)論一樣；打破宇稱守恒的數(shù)學(xué)學(xué)常識(shí)，楊振寧和李政道憑著極大的勇氣和膽量，拉開(kāi)了化學(xué)新世界的一扇窗。
楊振寧和李政道一起編撰了知名的論文《在弱互相作用中，宇稱是否守恒？》，在論文中，她們提及了那種被忽視的贗標(biāo)量，創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)了幾個(gè)可以檢驗(yàn)宇稱是否守恒的實(shí)驗(yàn)。1956年，論文在《物理評(píng)論》上發(fā)表，不過(guò)名子被更改為《對(duì)于弱互相作用中宇稱守恒的指責(zé)》。
就是這篇偉大的論文
這是一道將劃過(guò)化學(xué)天際的閃電，化學(xué)世界將迎來(lái)天除草覆的改革，但不是馬上。
由于當(dāng)時(shí)這篇論文，就像一顆投入泥沼的小沙子，你們被巨大的慣性撕扯住步伐，波瀾不驚面無(wú)表情。
毫無(wú)反應(yīng)的當(dāng)時(shí)
好在還有一個(gè)吳健雄。
來(lái)自東方化學(xué)女王吳健雄的雷霆一擊
楊振寧和李政道其實(shí)早已點(diǎn)燃了烽火，而且你們卻只覺(jué)得她們?cè)趪W眾取寵。加上楊振寧和李政道提出的幾個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)現(xiàn)上去都十分困難，當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)學(xué)界，并沒(méi)有人樂(lè)意做這樣費(fèi)力不迎合的“無(wú)謂實(shí)驗(yàn)”。
好在還有一個(gè)吳健雄。
1956年的新年節(jié)周末，波蘭學(xué)院的數(shù)學(xué)學(xué)院士吳健雄男士，竭力支持了楊振寧和李政道的看法。
震撼的吳健雄男士
她因此取消了去日內(nèi)瓦的高能化學(xué)大會(huì)，也取消了原先計(jì)劃和她的數(shù)學(xué)學(xué)父親一起的泰國(guó)渡假。她天才的聽(tīng)覺(jué)意識(shí)到，弱互相作用很有可能是宇稱不守恒的，她決定成為第一個(gè)驗(yàn)證它的人。
實(shí)驗(yàn)極其復(fù)雜，我只講個(gè)近似，你們品個(gè)氣味即可。為了驗(yàn)證粒子級(jí)別的宇稱不守恒，我們其實(shí)不能在電子上面，樹(shù)面穿衣鏡直接觀測(cè)。實(shí)驗(yàn)的真諦就在于，必須判定出我們是否身處于鏡像世界之中。
她和幾位高溫科學(xué)家，將鈷60原子冷卻到絕對(duì)零度以上三千分之一開(kāi)爾文。之后加上強(qiáng)磁場(chǎng)，使所有的原子核載流子方向相同。
由于鈷60具有放射性，它通過(guò)β衰變釋放出β粒子，也就是一個(gè)電子。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的就是這種電子相對(duì)于鈷60核的載流子的發(fā)射方向。
我們僅僅憑著自己的眼睛，難以分辨自己究竟處于真實(shí)的世界還是鏡像世界，但這種電子，充當(dāng)了《盜夢(mèng)空間》里面道姆·柯布的陀螺。假如鈷60發(fā)射的電子朝向這個(gè)方向，那你是在鏡像世界里；假如朝向另一個(gè)方向，你就曉得你處于正常世界中。
我就是那顆陀螺
來(lái)吧，宇宙最大奧秘與我們?nèi)祟惖木嚯x，不過(guò)是一個(gè)電子發(fā)射方向的距離。
盡管看上去很瘋狂，但這確實(shí)是吳健雄院士所見(jiàn)到的。電子偏向一個(gè)方向發(fā)射，但是不止偏了一點(diǎn)物理大師電荷及其守恒定律，它們幾乎都朝背向載流子方向。道姆·柯布的陀螺最終倒下，發(fā)出刺耳的響聲；弱互相作用除了宇稱不守恒，還在最大程度上破壞了守恒。
實(shí)驗(yàn)的結(jié)果搗毀了理論化學(xué)學(xué)幾六年來(lái)的基本假定。在弱互相作用范疇內(nèi)，宇宙是在意右手或則手指的。上帝并不喜歡絕對(duì)的對(duì)稱。
吳健雄自己一開(kāi)始都不太相信這個(gè)結(jié)果，但楊振寧和李政道二人，其實(shí)對(duì)自己飽含了信心，她們馬上公布了這個(gè)消息，其實(shí)，這一次，再?zèng)]有波瀾不驚的情況出現(xiàn)了，她們吃驚了整個(gè)數(shù)學(xué)學(xué)界。知名化學(xué)學(xué)家和諾貝爾獎(jiǎng)獲得者泡利在得悉實(shí)驗(yàn)結(jié)果后說(shuō)“這完全是胡說(shuō)”，并堅(jiān)持覺(jué)得結(jié)果是錯(cuò)誤的。
但在強(qiáng)悍的事實(shí)面前，非常是當(dāng)實(shí)驗(yàn)被獨(dú)立重復(fù)以后，化學(xué)學(xué)界不得不接受，我們生活的宇宙開(kāi)始改變了。
1957年的諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)授予了宇稱不守恒的發(fā)覺(jué)，也就是結(jié)果公布的同一年。與愛(ài)因斯坦在1905年提出來(lái)光量子說(shuō)和狹義相對(duì)論到1921年才得獎(jiǎng)相比，足足快了16年。
宇稱不守恒以后
你們還記得微觀粒子世界的三個(gè)主要基本對(duì)稱嗎？
它們分別是電荷、宇稱和時(shí)間。我們用每一種對(duì)稱的首字母C（）電荷、P（）宇稱、T（TIME）時(shí)間來(lái)尊稱她們。
楊振寧終結(jié)了宇稱，這么剩下的兩個(gè)的命運(yùn)又將怎樣呢？
對(duì)于化學(xué)學(xué)界來(lái)說(shuō)，化學(xué)學(xué)家們不樂(lè)意舍棄宇稱守恒，由于這種大師們太清楚對(duì)稱性在數(shù)學(xué)學(xué)的重要程度了，但是基于她們的理智認(rèn)知，她們絕不樂(lè)意相信上帝會(huì)是一個(gè)左撇子！
化學(xué)學(xué)家們提出過(guò)一個(gè)折中的解釋，弱力宇稱不守恒沒(méi)有哪些大不了的，它只電荷宇稱或CP對(duì)稱的一部份。
可惜該來(lái)的擋不住，1964年，就有實(shí)驗(yàn)發(fā)覺(jué)了一些粒子也可能違背CP對(duì)稱，化學(xué)學(xué)家以前覺(jué)得是自然界基本定理的兩條定理都被打破了。
脆弱的對(duì)稱性
化學(xué)學(xué)只得撤退到了最后一道理論防線前面——“CPT對(duì)稱”。
是的，目前只剩下“時(shí)間”在固守了。
結(jié)語(yǔ)
我們可以確定的是，假如CPT對(duì)稱最終也逃過(guò)倒下的命運(yùn)，那這三天物理大師電荷及其守恒定律，也將是量子場(chǎng)論和狹義相對(duì)論的終點(diǎn)。人類的科學(xué)認(rèn)知，將再一次面臨推到重來(lái)的命運(yùn)。
這就是由宇稱不守恒引起的化學(xué)學(xué)思維的改變。楊振寧先生開(kāi)啟的這一場(chǎng)打破對(duì)稱性的革命，究竟將給與化學(xué)學(xué)一個(gè)如何的未來(lái)，我們?nèi)赃h(yuǎn)遠(yuǎn)從未見(jiàn)到盡頭。
楊振寧先生一生最大的成就，并未止步于宇稱不守恒的發(fā)覺(jué)，而是堪稱麥克斯韋多項(xiàng)式組以及愛(ài)因斯坦相對(duì)論的楊-米爾斯理論。它是現(xiàn)代粒子標(biāo)準(zhǔn)模型的集大成者，好比相對(duì)論，雖未獲諾貝爾獎(jiǎng)，雖然諾貝爾獎(jiǎng)早已不足以說(shuō)明它的偉大。
偉大的握手說(shuō)明一切
楊振寧先生早年旅居日本，就仍然充當(dāng)兩國(guó)科研交流的橋梁，創(chuàng)立國(guó)際研究所數(shù)十家；晚年回國(guó)，仍情系祖國(guó)科研未來(lái)，為小型粒子對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目的上馬與否，頂住壓力，仗義執(zhí)言。
雖招來(lái)巨大的侮辱尚未舍棄正直無(wú)私的本意，高山仰止，令人拜服。
來(lái)源：少年化學(xué)學(xué)家，以上文章觀點(diǎn)僅代表文章作者，僅供參考，以拋磚引玉！
END