【手性趣闻 2.】

       (2.  上帝果真是个左撇子）

 前已述及左撇子和右撇子的形成一直在人们的疑惑中，而西方人在世事不得其解的时候，总是把功劳记在造物主身上。而科学界也喜欢把未尽知晓的现象，解嘲式的归结到上帝头上，在量子力学成型初期，概率论的可能性也被大腕科学家质疑，“难道上帝会掷骰子（随机性）”？上帝到底会不会掷骰子，我们不知道，也勿须知道，因为后来的薛定谔波函数方程已经证实概率论就是量子力学的主旋律。后来“薛定谔的猫”也调侃似地说明了量子力学中的随机可能性。

    至于“上帝是个左撇子”，这是在上世纪初的又一场物理学界的大争论中，被一群年轻的华裔科学家用严谨的理论推导和实验所证实了的。这里涉及到两个重要的概念：一是宇称守恒，二是手性。

  先说宇称这个概念，按中文字面意义讲，宇称就是四方空间里的对称。通俗的说，宇称就是微观粒子的奇偶性。这里的微观粒子指的是尺度在原子以下的亚原子微粒，他们的行为轨迹可跟我们常见的风沙微粒不一样哦。所谓奇偶性，也就是这些微粒在空间和时间的限域中，进行一系列的空间反演转换的前后，其符号能否保持不变的一致性，具有不变性则为宇称守恒，可变性则是宇称不守恒。而这些空间反演转换的对称性操作，它也代表着宇称，如果这些操作的前后，能够保持镜像对称，也就是在虚拟的镜里镜外的微粒行为完全一致，但不重合等同，这也是宇称守恒；反之镜像对称不存在，那就是宇称不守恒。那么这种镜像操作实质是一种手性操作。换句话说，物与像⼀致，手性对称成立即为宇称守恒。反之，手性对称破缺，即为宇称不守恒。

 上世纪初，物理学上有宇称守恒不守恒的大争论，其实这就是个手性问题，老一辈的物理学家认为，宇称守恒在任何条件下都是一条铁律不可质疑。而年轻一辈的科学家实验证明微观粒子在弱力这种手性力的作用下，也会滋生为手性的，由此宇称在弱力作用下可以是不守恒的（关于弱力的手性将在后面的趣闻中讨论）。

  这个振撼性结论是李政道和杨振宁作出的，他们的理论推导破解了 “θ-τ ”之谜，结论是“弱相互作用中微观粒子的宇称不守恒”。

  所谓“θ - τ ”之谜，就是荷电的κ介子（宇称为负）有两种衰变方式，一种记为θ介子（中文音“西”），一种记为τ介子（中文音“桃”，故为“西-桃”之谜）。这两种粒子的质量、电荷、寿命、自旋等几乎完全相同，以致于人们不能不怀疑它们是同一粒子。然而另一方面，它们的衰变情形却不相同，表现为宇称不相同，当τ粒子衰变时，产生三个π介子，它们的宇称为负，前后不变，宇称守恒；而θ粒子衰变时产生两个π介子，它们的宇称为正，也就是说，其宇称不守恒。

李、杨在分析大量的宇称守恒的实验数据的基础上，大胆提出了在弱力作用下，κ介子以θ介子方式衰变，宇称不守恒。这个推论由杰出的实验物理学家吴健雄设计的钴-60的衰变实验证实：互为镜像的实验装置不能得到互为镜像的实验结果。实验结果见下图，左为镜像对称的，不存在；右为非镜像对称，是真实存在的。所以说，实验结果是手性的。

  李、杨、吴三位年轻的物理学家，推翻了任何条件下宇称守恒的铁律。要知道这在1957年（李、杨获得诺贝尔物理学奖）以前，整个科学界都是认为宇称守恒是坚不可摧的。而他们的结论是在弱力作用下，θ粒子衰变为手性粒子（具体为左旋的）。

       据此，当时许多著名的大咖科学家不惜以豪赌来否定宇称不守恒。其中顶尖大腕泡利（奥地利科学家，吴健雄的导师）说，“他决不相信上帝是左撇⼦！”成了名言。后来真相事实无可厚百，最后，持反对意⻅的科学家们都惭愧纠错了，承认“在弱⼒作⽤下宇称不守恒”是⼈类的⼀个伟⼤发现。就连当初最反对这个结论的泡利教授也发现他自己发现的中微子也是左旋手性的。因此“上帝是左撇子”成了铁证。神明的上帝并非是“公正⽆邪”⽽不偏倚的。

   这正是：“华裔才俊，⻄桃揭秘。上帝果真左撇⼦，缘自偏左⼀⽅。宇称守恒，苟唯迷信。遇⼿性弱⼒，大咖羞愧。”（摘自禾子文2023.5月发表的美篇）

  “上帝果真是左撇⼦”！ 似乎造就了⼀个不太完美的宇宙，可证实就这不完美（手性对称性破缺），才让我们的世界变得更加缤纷多彩！此乃后话。

                               丰都智愚河畔环境技术工作室