正传：34.左撇子

中学物理课上少不了要做实验。实验室的老师总是怕孩子们一不小心搞出啥篓子来。当然啦，物理实验还是比化学实验稍微放心一点儿。化学实验要么怕啥化学药品出问题。要么怕孩子们毛手毛脚的打碎了烧杯试管之类的。到了大学以后呢。大家都是成年人了。这方面倒是不必担心了。但是有这么一位，到了实验室以后，弄不好就劈啪作响。笨手笨脚的。总要出现一些不大不小的事故。他在实验室搞了20个月。不到两年的时间吧。他是彻底没信心了。他感觉自己还是不适合做实验。这人是谁呀？他就是我们都很熟悉的杨振宁。

杨振宁上大学的时候，正是战火纷飞的年代。他上的是著名的西南联大。抗战时期，西南联大根本没有搞复杂实验的条件。所以他到了美国，就跟着费米搞实验物理。费米在芝加哥大学。芝加哥大学当时汇集一批物理学的精英。同在芝加哥大学的还有杨振宁的同胞李政道。他俩都是费米的学生。费米教授很忙啊。他因为参与了美国国家的绝密军事项目。他搞的实验，外国人是不能参加的。他也就没法带着杨振宁做实验了。正好艾里逊在搞40万电子伏特的加速器。费米就推荐杨振宁去了艾里逊的门下。艾里逊带了6个研究生啊。结果，艾里逊的实验室就传出一个笑话。杨振宁出现在哪里，哪里就有爆炸。杨振宁搞的非常不顺利。他自己也着急啊。回头论文拿不出来怎么办啊。这时候，有一个冷眼旁观的人出手了。此人就是氢弹之父爱德华泰勒。泰勒一直关注着杨振宁。有一天，他就问杨振宁，实验是不是搞不定啊。杨振宁一脸诚恳。是啊，这事儿搞不定啊。泰勒开口了，“我认为你不必坚持一定要写一篇实验论文，你已经写了一篇理论论文，我建议你把它充实一下作为博士论文，我可以做你的导师。”

要不说泰勒慧眼识才呢，杨振宁真的不适合搞实验，但是在理论物理方面，那可是一把好手。1949年，杨振宁进入普林斯顿高等研究院进行博士后研究工作，开始同李政道合作。当时的院长奥本海默说，他最喜欢看到的景象，就是杨、李走在普林斯顿草地上。杨振宁刚到普林斯顿的时候，到处找房子住，正好看到个空房子，原来是数学家外尔搬走了，杨振宁刚好就接着租。杨振宁当时一定不会想到，他不仅仅在租房子上接了外尔的班。学术上也是一样。1953年，杨振宁去了布鲁克海文国家实验室。这个实验室那可是名声在外啊。这个实验室隶属美国能源部。这个实验室诞生了5个诺贝尔奖。你可见它有多厉害。杨振宁在布鲁克海文跟另外一个人同一间办公室，这个人叫米尔斯。当时正是大造加速器的时代，布鲁克海文国家实验室，就在搞加速器。布鲁克海文实验室有当时最大的加速器，能量高达3G电子伏特，它能产生π介子和各种各样的“奇异粒子”。实验物理学家们心里可是乐开了花了。到了60年代，好家伙，各种基本粒子有200来个。要么是研究宇宙射线发现的。要么就是大型对撞机里面撞出来的。理论物理学家可是彻底蒙圈了。哪儿蹦出来这么多基本粒子啊。听过以往节目的听众可能知道啊。量子力学的研究起点，就是研究电子轨道的问题。主要描述的是电磁相互作用。研究的粒子也是极其有限的。比如电子光子之类的。后来研究原子核。发现里面还有质子和中子。但是质子和中子并不是基本粒子，他们其实内部还有结构。大型强子对撞机一撞，啥玩意儿都冒出来了。狄拉克开创，费曼、施温格、朝永振一郎大大向前推进的量子电动力学在处理电磁相互作用的时候那是大显神威啊。可是拿来处理其他相互作用，那可就不好使了。比如强相互作用和弱相互作用。一大堆的问题，那就摆在了理论物理学家的面前。

外尔

不管事儿有多少，看上去千头万绪。你总要一桩桩一件件的去处理啊。杨振宁就感觉，因该有一种统一的理论来解决现在碰到的问题。杨振宁就把注意力集中到了外尔的工作上。外尔本来是数学家。人家数学功底子特别好。他后来在物理学领域内的贡献也不小。他搞的玩意儿叫做规范场。就是从对称性出发经过一番推导，在数学上自然而然的推导出麦克斯韦的电磁方程。推导的过程很美啊，不仅迷住了外尔，也迷住了杨振宁。在芝加哥大学的时候，杨振宁就下了功夫想把这个思想推广到强相互作用的领域。后来他到了布鲁克海文国家实验室。眼睁睁的看着一堆的粒子被发现。可是没有个合适的理论去解释。他跟同屋的米尔斯一合计，要啃下这块硬骨头。他和米尔斯意识到，这东西的计算，不能像电磁场那样。需要用不同的算法。一旦开了窍，那就好办了。后边的计算就变得比较顺利了。后来杨振宁在回忆中说：“我们知道我们挖到宝贝了！”通过两人合作，他们在《物理评论》上接连发表了两篇论文，提出杨-米尔斯规范场论。

寄出文章之前，1954年的2月，杨振宁应邀到普林斯顿研究院作报告。杨振宁刚往黑板上写了几笔。就听身后有人大声的问啊。你这个场的质量究竟是多少？杨振宁回头一看，我的妈呀，怎么是这位啊。当时就吓得一身冷汗。发问的这位胖胖的，看上去生活很不健康的样子。这人正是号称上帝之鞭的泡利。泡利在此，神仙和妖怪都怕啊。杨振宁只好硬着头皮回答，现在还不知道。回过身去想继续在黑板上写完。泡利不依不饶啊，还在追问，你这个场的质量到底是多少？杨只好支支吾吾地说事情很复杂，泡利听后便冒出一句他常用的妙语：“这是个很不充分的借口”。闹的杨振宁下不了台，非常尴尬。领导奥本海默也在旁边坐着呢，这会儿起来打圆场啊。泡利你先别问了。先让他把东西讲一遍吧。泡利这才作罢。其实杨振宁想到的东西，泡利早就想到了。其实1953年泡利也做过类似尝试最后无果而终，没有写出相关的动力学场方程。但是泡利提出的质量问题。才是关键。规范理论中的传播子都是没有质量的，否则就不能保持规范不变。这个规范不变是规范场的关键。电磁规范场的作用传播子是光子，光子没有质量。但是，强相互作用不同于电磁力，电磁力是远程力，强弱相互作用都是短程力，短程力的传播粒子一定有质量，这便是泡利当时所提出的问题。果然是因为这个质量的难题，让规范理论默默等待了好多年！最后解决这个问题的人，他的名字大家其实也不陌生。关心科技新闻的想必也很耳熟啊，他叫希格斯。这是后话，按下不表。我们大致是编年史。还没到希格斯出场的时候。

第二天，杨振宁在自己的信箱里面看到一封信，是泡利写的。信里面提醒杨振宁，薛定谔的一篇文章你看过没有？那是一篇有关狄拉克电子在引力场时空中运动的相关讨论，不过，直到多年后，杨振宁才明白了其中所述的引力场与杨-米尔斯场在几何上的深刻联系，从而促进他在70年代研究规范场论与纤维丛理论的对应，将数学和物理的结合推进到一个新的水平。泡利这个上帝之鞭的名号并非浪得虚名的。

当年的杨-米尔斯理论，虽然没有真正解决强相互作用的问题，但却构造了一个非阿贝尔规范场的模型，为所有已知粒子及其相互作用提供了一个框架，后来的弱电统一、强作用、直到标准模型，都是建立在这个基础上。所以，可以毫不夸张地说：杨-米尔斯规范理论，对现代理论物理起了“奠基”的作用。

这是杨振宁第一次和上帝之鞭泡利交手啊。杨振宁闹的很尴尬。但是杨振宁和泡利的第二次交手，那可是大获全胜啊。这就是他和李政道合作搞的弱相互作用宇称不守恒。

这个宇称不守恒到底是啥意思呢？我们都有左右手啊，左手和右手是互为镜像的。啥意思呢？就是说，从镜子里看右手，那就跟左手是一样的。说白了，就是在一个维度上反了一下。除了这种左右对称的镜像以外，还有另一种东西，那就是左旋右旋。我们现在的螺丝钉大多数是右旋的。顺时针是拧紧，逆时针是拧松。这叫“右旋”。一般物理学上表述旋转的时候，都是称呼手性的。宇称就是描述波函数空间反演变换性质的一个內凛的值。要么是1，要么是-1。如果系统总宇称在反应过程前后保持不变，则谓宇称守恒，反之则为宇称不守恒。在1956年之前，物理学家们都坚定地认为宇称是守恒的，亦即一切物理过程都应该遵循“宇称守恒定律”。

最开始让人怀疑到宇称守恒的是所谓“θ-τ之谜”。物理学家们发现，当高能质子和原子核碰撞时产生的K介子有两种完全不同的衰变方式：有时衰变成两个ρ介子，有时衰变成三个ρ介子。因为ρ介子的内禀宇称值为-1，所以，在衰变成两个ρ介子的情况，总宇称是(-1)²=+1，而衰变成三个ρ介子的情况，总宇称是(-1)³=-1。物理学家们分析，如果宇称是守恒的，那么衰变之前的K介子应该是两种宇称相反的粒子：偶宇称的被称为θ，奇宇称的被称为τ。这两种粒子的其它性质，包括自旋、质量、电荷等等，几乎完全一样，因此，人们总怀疑它们就是一种粒子。K介子的衰变属于弱相互作用，如果把它们（θ和τ）当成是同一种粒子，就必然要否定宇称守恒，起码要弱相互作用中的宇称不是守恒的。

李政道和杨振宁首先深入研究了这个问题，他们查阅了很多有关文献及实验资料，发现在强相互作用及电磁作用中，许多实验结果以很高的精度证明宇称守恒，但对弱相互作用却缺乏强劲的实验证据。好像谁也没说过宇称是守恒的，大家想当然的以为弱相互作用下的宇称一定守恒。

1956年6月，李政道与杨振宁在美国《物理评论》上共同发表《弱相互作用中的宇称守恒质疑》的论文。认为基本粒子弱相互作用内存在“不守恒”，宣称θ和τ是两种完全相同的粒子。

吴健雄和泡利

李政道和杨振宁认识到，要大家承认弱作用的宇称不守恒，关键问题是实验。他们设计了几种相关的实验方法，并且自然地想到了他们的华人同胞，实验女王吴健雄。吴健雄与李政道同是哥伦比亚大学物理系的教授，是作beta衰变实验的专家。她非常感兴趣做这个关键性的实验，那时正值1956年圣诞假日的前夕，吴健雄本来要和夫婿袁家骝一起去日内瓦参加一个学术会议，再去远东演讲旅行，并回中国家乡探亲。但她实在不愿放弃这个验证如此重要物理定律的机会，最后决定让丈夫单独去旅行，自己留下进行实验。

1957年1月15日，《物理评论》杂志收到了吴健雄等人实验证明宇称不守恒的论文。实验需要在极低温(0.01K)的条件下进行。最后的实验结果显示明显不对称，因而证实了弱相互作用中的宇称不守恒。

泡利对宇称守恒深信不疑，他在 1957 年 1 月 17 给奥地利裔美国物理学家韦斯科夫的信中表示 (着重是原信就有的)： “我不相信上帝是一个弱左撇子， 我准备押很高的赌注……”。泡利说要押很高的赌注。但是他从头到尾也没说到底赌多少钱。费曼也坚信宇称守恒而与人打赌，他倒是真的押了50美金。另外一位著名的物理学家话就说大了，研究晶体的布洛赫曾经说，如果宇称不守恒，他就把自己的帽子吃掉！

泡利最后也没掏钱，因为没人跟他打赌。费曼显然是输了50美元，也不是啥大钱。布洛赫干脆说自己没帽子，应给赖账赖掉了。不过这个消息还是石破天惊，因为过去大家都没想到这事儿是真的。大家还都在调侃这事儿呢。炸药奖委员会这回倒是嗅觉灵敏，立马把1957年的诺贝尔奖颁发给了李政道和杨振宁。可惜，从此之后两人交恶断了往来。这也是一大憾事。正应了那句话，有人的地方就有江湖。科学家也是人。谁都经不起拿放大镜去观察。

1958年，泡利病倒了。确诊是极为凶险的胰腺癌。他进入苏黎世的红十字会医院后有一次他的助手去看望他，他就问他的助手：“你看到这间房的号码了吗？”他的病房的号码是137。恰好精细结构常数就是1/137。泡利还在念念不忘物理学。1958年12月15日泡利在这间病房中逝世，终年58岁。谁也没想到，继费米和爱因斯坦之后去世的重量级物理学家，竟会是泡利。上帝收回了他的鞭子。这个世界上少了一个罕见的天才。

在欧洲的东边，苏联科学界也正为一件事儿窝火呢。这是怎么回事呢？

下回再说……