〈大師凋零〉
楊振寧逝世【Yahoo 新聞報道】世界知名物理學家楊振寧上周六（18 日）在北京逝世，終年 103 歲。楊振寧和李政道（1926 年 － 2024 年）是 1957 年諾貝爾物理學獎的共同得主，評審委員會當年指兩人因為對「宇稱不守恆」（Parity non-conservation）定律的研究而得獎。原來在兩人的研究成果出爐前，「宇稱守恆」（Parity conservation）在物理學界可以說是一個理所當然，幾乎不可能被撼動的定律，因此當時楊振寧和李振道的研究為物理學開拓了一個新篇章，並且讓兩人創下「上年發表研究，今年獲諾貝爾獎」的驚人紀錄。
如果用相對簡單的說話形容，在「宇稱守恆」的世界裡，大家照鏡子時看到的影像是對稱的；但楊李二人提出的「宇稱不守恆」定律裡，就算照了鏡子，影像都是不對稱的 －－ 這看來不可思議，卻真實發生。隨著楊振寧的離去，《Yahoo 新聞》與你一共同探索楊李二人提出的「宇稱不守恆」定律，以及他們發表研究前後的故事。
在這篇文章，你將會了解到：
宇稱（Parity）屬於物理學詞彙，是物理學理論其中一種描述對稱的方法，而它跟「鏡像對稱」相關：如果我們拿一支筆向一塊鏡子照射，鏡中的影像就是一支筆的對稱形態，而匈牙利猶太裔物理學家維格納（Eugene Wigner）就是在 1927 年發表「宇稱守恆」定律，確立了「鏡像自然代表對稱」的概念，成為了物理學界的鐵律之一。然而，「宇稱守恆」也非毫無破綻，其中「θ-τ 之謎」（theta-tau puzzle）就體現了「宇稱守恆」以外的另一種可能。
如果放一面鏡子並照射物件，鏡子的影像對稱呈現，在日常生活中正常不過。如果放一面鏡子並照射物件，鏡子的影像對稱呈現，在日常生活中正常不過。
Eugene Wigner 在 1927 年發表「宇稱守恆」定律，確立了「鏡像自然代表對稱」的概念。
隨著粒子加速器技術演進，物理學家當時能夠產生出以往前所未見的粒子，包括「θ（theta）粒子」和「τ（tau）粒子」，而因為 θ 粒子和 τ 粒子不論在質量、電荷和自旋屬性都是一模一樣，因此物理學界視它們是同一種粒子。
但後來的研究發現，兩種粒子在衰變（Decay）後的結果並不一樣：θ 粒子衰變時會產生 2 個 π 介子（pi meson），τ 粒子衰變時會產生 3 個 π 介子。而因為 θ 粒子衰變會產生 2 個即偶數的 π 介子，因此其宇稱值（parity value）是正數，至於 τ 粒子衰變會產生 3 個即奇數的 π 介子，因此其宇稱值為負數。
如果兩種粒子都屬同種，它們在衰變後應該得出同樣的結果，這才能夠符合「宇稱守恆」。因此，這項發現除了無法讓學術界視 θ 粒子和 τ 粒子為同一種粒子外，亦令「宇稱守恆」定律出現缺口。
θ 粒子衰變（列表左）時會產生 2 個 π 介子，τ 粒子衰變（列表右）時會產生 3 個 π 介子。而因為 θ 粒子衰變會產生 2 個即偶數的 π 介子，因此其宇稱值（parity value）是正數，至於 τ 粒子衰變會產生 3 個即奇數的 π 介子，因此其宇稱值為負數。如果兩者是同一種粒子，為何兩者的衰變結果和宇稱值又各異？這成為了 1950 年代眾多物理學家的謎團。θ 粒子衰變（列表左）時會產生 2 個 π 介子，τ 粒子衰變（列表右）時會產生 3 個 π 介子。而因為 θ 粒子衰變會產生 2 個即偶數的 π 介子，因此其宇稱值（parity value）是正數，至於 τ 粒子衰變會產生 3 個即奇數的 π 介子，因此其宇稱值為負數。如果兩者是同一種粒子，為何兩者的衰變結果和宇稱值又各異？這成為了 1950 年代眾多物理學家的謎團。楊李兩人推測「弱交互作用」存在「宇稱不守恆」
1956 年，「宇稱守恆」定律就被當時年僅 33 歲的楊振寧，以及 29 歲的李政道挑戰。楊李兩人當時分別在普林斯頓高等研究院和哥倫比亞大學做研究，兩人合力翻查過往的物理學研究，發現在物質 4 項基本相互作用（fundamental interaction）當中，電磁交互作用，即電磁力（electromagnetism）、重力交互作用，即重力（gravity）以及強交互作用（strong interaction）共 3 種作用都已經有大量證據支持「宇稱守恆」定律，但只有弱交互作用（weak interaction）未有任何學術研究支持「宇稱守恆」定律。
為何弱交互作用沒有相關研究？這是因為當時學術界基本將強交互作用和弱交互作用歸作同類，既然強交互作用支持「宇稱守恆」定律，也想當然認為弱交互作用同樣如此，未有進一步深究。然而楊李二人就認為，強與弱應該分開看待，他們因此從弱交互作用這個方向進發，嘗試驗證「宇稱守恆」是否在弱交互作用當中同樣實踐。
1956年 6 月，楊振寧和李政道在美國學術期刊《物理評論》（Physical Review）發表文章《弱交互作用中的宇稱守恆質疑》（Question of Parity Conservation in Weak Interactions），他們就在文章提出：θ 粒子和 τ 粒子是同一種粒子，不過它們在「宇稱不守恆」的背景下，最終在衰變後出現了不同結果。
楊振寧和李政道從學術中找到研究缺口，而他們沒有「想當然」的態度，最後打開了嶄新和可被驗證的理論之門。楊振寧和李政道從學術中找到研究缺口，而他們沒有「想當然」的態度，最後打開了嶄新和可被驗證的理論之門。
掀起了物理學界的波瀾，雖然發表初期廣受質疑，但道理最終站在他們一邊。
楊振寧和李政道發表文章後，當時不少知名物理學家都無法接受兩人的說法，不過兩人仍然希望透過實證證明。及後，兩人找到有「東方居禮夫人」之稱，後來成為美國物理學會會長的美籍華裔物理學家吳健雄，吳聽畢兩人的說明後決定取消個人休假，全力支持，而在 1956 年 12 月，吳健雄就在美國國家標準局（NBS）的低溫實驗室展開了後人所稱「吳氏實驗」（Wu’s experiment）。
吳健雄當時在實驗選取了放射性的「鈷-60（Cobalt-60）」原子作為實驗對象：鈷-60 作為不穩定的鈷同位素，它在經歷 β（Beta）衰變之後會變成穩定的鎳-60（Nickel-60），而在 β 衰變過程當中，鈷-60 核中的一個中子，會衰變為一個質子，同時放出一個電子與一個反電微中子，而當中的電子亦即是 β 射線，就是吳的觀察重點。
實驗結果：β 射線方向不一致 「宇稱不守恆」真實存在
為了讓鈷-60 原子的活動可控，吳健雄先為實驗環境降溫至攝氏零下 273.147 度，即比「絕對零度」僅高出 0.003 度。另外，吳再為實驗環境加上磁場，令實驗人員可以自行控制鈷-60 原子的自旋方向。然後實驗人員就架設兩套裝置，一套裝置設定鈷-60 向左自旋，另一套設定鈷-60 向右自旋，從而模擬鏡像效果，之後再在鈷-60 的 β 衰變過程當中觀察 β 射線的方向，留意兩個裝置的 β 射線方向是否一致。結果，吳健雄發現兩者的 β 射線方向並不一致，出現了「宇稱不守恆」的情況，「鏡像自然代表對稱」的說法在實證中被推翻。
吳健雄的實驗結果轟動物理學界，其中極力維護「宇稱守恆」定律的奧地利物理學家鮑立（Wolfgang Pauli）仍然認為「宇稱不守恆」是無稽之談，他在得知實驗結果後仍然指實驗結果必須能夠重現，而到了實驗後 1 年，吳健雄再次驗證結果屬實。而在吳的再次驗證前，科學界已經認可了楊振寧和李政道的研究，諾貝爾獎評審委員會並在 1957 年將諾貝爾物理學獎頒給兩人，不過主理實驗的吳健雄就未獲獎。
吳健雄為了協助證明楊振寧和李政道的「宇稱不守恆」定律，主理了後人所稱的「吳氏實驗」，最終取得成功。
鈷-60（60Co）在經歷 β（Beta）衰變之後，會變成穩定的鎳-60（60Ni），而在 β 衰變過程當中，鈷-60 核中的一個中子，會衰變為一個質子，同時放出一個電子與一個反電微中子，而當中的電子（紅色方格者）亦即是 β 射線，就是吳的觀察重點。（Wikipedia 圖片）鈷-60（60Co）在經歷 β（Beta）衰變之後，會變成穩定的鎳-60（60Ni），而在 β 衰變過程當中，鈷-60 核中的一個中子，會衰變為一個質子，同時放出一個電子與一個反電微中子，而當中的電子（紅色方格者）亦即是 β 射線，就是吳的觀察重點。
假設圖片中軸的橙色直線為鏡子，圖右半為鏡中影像。如果是「宇稱守恆」就應該如圖中所示，電子（黃色球）即 Beta 射線會射到同一方向。（Linvo說宇宙 YouTube 頻道截圖）假設圖片中軸的橙色直線為鏡子，圖右半為鏡中影像。如果是「宇稱守恆」就應該如圖中所示，電子（黃色球）即 Beta 射線會射到同一方向。
吳氏實驗結果示意圖。在真實的吳氏實驗，吳健雄以兩套裝置模擬鏡像活動，結果鈷-60 在衰變當中產生的 Beta 射線方向，一套裝置的射線往上走，一套裝置的射線往下走，換言之非以鏡像方式呈現，實證了楊振寧和李政道的「宇稱不守恆」定律存在。
「宇稱守恆」的維護者，奧地利物理學家鮑立曾經宣示，吳氏實驗必須能夠重現結果，而吳健雄在 1 年後已經再次證明「宇稱不守恆」的存在，經得起研究考驗。 (Photo by RDB/ullstein bild via Getty Images)「宇稱守恆」的維護者，奧地利物理學家鮑立曾經宣示，吳氏實驗必須能夠重現結果，而吳健雄在 1 年後已經再次證明「宇稱不守恆」的存在，經得起研究考驗。
楊振寧和李政道以物理學之美成就彼此，最終卻無法跨越分歧。「宇稱不守恆」作為二十世紀物理學界的關鍵學術發現，楊振寧和李政道對於何人率先提出相關想法都各有主見。李政道認為，自己是首先提出相關想法的人，但是楊振寧則認為自己對想法貢獻更大，這在楊臨近 60 歲時由其編輯的紀念論文集當中可以獲得證明。
另外，楊振寧跟李政道共同研究的漫長歲月裡，經常以自己比李年長 4 年為由，就在論文裡把自己的名稱放在前面，李的名稱在後，這令李感到不滿。
1962 年，《紐約客》（New Yorker）刊登兩人合作歷程的報道，但楊因為擔心報道內容歪曲對他不公，試圖阻止報道出街，但雜誌最終如期出版，令楊振寧跟李政道 10 多年的合作關係正式決裂。
1998 年，香港電台《傑出華人系列》曾經為楊振寧製作紀錄片，楊受訪時就形容，他跟李政道合作的時期，兩人關係甚至比夫妻關係更密切，「這樣深厚的一個關係，破裂的時候，我想跟一個婚姻的破裂，是在同一等級的痛苦。」
楊振寧和李政道是戰友，亦是摯友，合作期間兩家人不時共聚，但隨著兩人決裂，相中的歡愉場面亦成歷史。楊振寧和李政道是戰友，亦是摯友，合作期間兩家人不時共聚，但隨著兩人決裂，相中的歡愉場面亦成歷史。
楊振寧在老年的時候曾經形容，他跟李政道的決裂，「跟一個婚姻的破裂，是在同一等級的痛苦。」 (Photo by Li Jin/VCG via Getty Images)楊振寧在老年的時候曾經形容，他跟李政道的決裂，「跟一個婚姻的破裂，是在同一等級的痛苦。」
楊振寧離世，遺孀翁帆撰文：有他多年的陪伴，我何其有幸。
※取材網路
