綁架愛麗絲 之 鏡像語言 027

2 The Garden of Live Flowers: 棋局

活花花園

用費曼的話來說，單靠電話通訊，我們很難向外星人表達左和右的概念，因為自然界 (即物理學家的自然界) 佔99.99%是不分左右的。這就是前面提到的宇稱守恒原則，屬於電磁及強相互作用的一個特性。1956年，美國物理學家楊振寧和李政道提出宇稱守恒原則是可以違反的，比如在弱相互作用中會出現宇稱不守恒。¹⁴ 1957年，李政道在哥倫比亞大學的同事吳健雄教授用鈷-60做了一連串的實驗，並於同年發表實驗結果。¹⁵

首先，用鈷-60的一個原因是因為鈷-60不穩定，容易人為地製造衰變。當鈷-60出現衰變而產生鎳-60，一粒中子轉換為一粒質子，然後會出射一粒電子和一粒反中微子﹕Co⁶⁰ → Ni⁶⁰ + e¯ + ve。另一個原因是置於磁場中的鈷-60原子核在極低溫 (接近絕對零﹕0.01K 或 -273°C) 之下的極化情況較理想，即是說鈷-60原子核的自旋 (spin) 會對準磁場的方向 (就好像羅盤指針對準地球磁場的磁北一樣)。

實驗的觀察對像是出射的電子。如果宇稱守恆，右撇子電子會傾向於根據鈷-60原子核的自旋方向出射，用我們的羅盤做類比，即沿著原子核的軸從北出射，而左撇子電子則傾向於從反方向 (南) 出射﹔兩者的比例應該差不多﹔再強調，如果宇稱守恆為定律的話。但吳健雄的團隊卻發現大部分的電子從北出射，換句話說，是宇稱不守恆。吳健雄的實驗團隊證明鈷-60經β衰變出射的電子，大多數傾向於某種優先定向的自旋。楊振寧﹑李政道和吳健雄證明了在自然界中辨別左右是可能的﹗下圖來自奧利弗．普利關於該實驗的一篇文章﹕¹⁶

(a) 和 (b) 是鏡像關係。

先看 (a) 圖，右撇子e¯從 Co⁶⁰的「北極」出射，(b) 圖則顯示左撇子e¯從 Co⁶⁰的「南極」出射。為了突出 (a) 和 (b) 兩個情況的鏡像關係，我們將兩圖並排置放，事實上，我們應該認識到 (b) 圖倒轉了。將 (b) 圖倒轉，放在 (a) 圖下方，(a) 和 (b)便有相同的極向。¹⁷ 這樣我們便明白 (a) 圖顯示的是右撇子電子從 Co⁶⁰ 的「北極」出射，而左撇子電子從 Co⁶⁰ 的「南極」出射。吳健雄的實驗發現 (a) 的情況屬大多數。

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¹⁴ T. D. Lee & C. N. Yang﹕Question of Parity Conservation in Weak Interactions, Physical Review 104 (1956), 254-258。

¹⁵ C. S. Wu, E. Ambler, R. W. Hayward, D. D. Hoppes, and R. P. Hudson﹕An Experimental Test of Parity Conservation in Beta Decay, Physical Review 105 (1957), 1413-1415。基於某些原因，他們的理論幾乎完全被西方物理學界忽略。他們甚至提出幾個實驗可能性，可以直接證明宇稱守恒原則是可以違反的，但沒有實驗物理學工作者願意做。最後由另一美國物理學家吳健雄女士實驗證實。這個現象與主流的權威地位和大學撥款制度有關。今日仍然存在這個情況，譬如挑戰愛恩斯坦的相對論的論文同樣有發表上的困難。

¹⁶ Oliver Pooley: Handedness, parity violation, and the reality of space, in Symmetries in Physics: Philosophical Reflections, ed. Katherine Brading & Elena Castellani, Cambridge: Cambridge University Press, 2002。

¹⁷ 記得第一章中的那個人像鏡像圖嗎﹖

待續