第一部分 *番外*【科学往事】

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【科学往事?一】

“上帝不掷骰子”——爱因斯坦的名言中很少有哪句话像这句被引用得如此之多。人们自然而然地把这句名言当做他断然否定量子力学的证据，因为量子力学把随机性看作是物理世界的内禀性质。

在大众心目中，爱因斯坦拒绝接受这样一个事实：一些事情是非决定论的——它们发生就是发生了，人们永远找不出原因。在同时代的物理学家中，他几乎是惟一一个还抱此信念的：他坚信宇宙是经典物理式的，像钟表那样机械地嘀嗒运转，每个瞬间都决定着下个瞬间。

麦克斯韦方程组是经典电磁学的基础方程。它是由是英国物理学家詹姆斯?克拉克?麦克斯韦在19世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。

从麦克斯韦方程组，可以推论出电磁波在真空中以光速传播，并进而做出光是电磁波的猜想。(后由量子力学中著名的“双缝干涉实验”证明了光既是“波”也是“粒子”的波粒二象性)

正是从这四条基础方程的相关理论，人们发展出了现代所有的电力技术与电子科技。

在19世纪，麦克斯韦认识到电学和磁学在本质上是相同的东西，他创立了电磁学，这是近代物理学上的第一次大统一。

进入20世纪之后，物理学家们还发现了除了引力和电磁力之外的另外两种基本力——弱核力和强核力。他们希望，就像麦克斯韦方程组能够统一电力和磁力那样，研究出一个大一统理论就能描述四种基本力——即自然界的4种基本力：强核力（strongnuclearforce）、弱核力（eaknuclearforce）、电磁力（eleagicforce）以及引力（gravitation）。

20世纪前半叶，爱因斯坦在创立广义相对论之后，曾试图把引力和电磁力统一在一起，但直到去世，这项工作都没能完成。而在爱因斯坦去世前一年的1954年，杨振宁先生达成了职业生涯最重要的成就——杨-米尔斯理论，该理论的提出为大统一理论指明了方向。

基于杨-米尔斯理论，后来的物理学家们统一了电磁力和弱核力，创立了电弱统一理论。以此为基础，最终粒子物理标准模型又把强核力统一进去。也就是说，在杨-米尔斯理论的框架下，除了引力之外的其它三种基本力已经全部得到统一。

【科学往事?二】

世界不是偶然形成的。

杨振宁认为，即使机械中最简单的麦克风，纵使任由自然界所有轻重元素进化百亿年也不会直接演化出来。

这一简单逻辑让吴奥如醍醐灌顶。他的理解是，通过人类手脑结合的创造，我们的世界才出现了各种先进的计算机、人工智能、粒子对撞机、宇宙空间站、可控核聚变反应堆等等各个前沿科技领域的精密无比的人造设备。而这些东西要想不经“人脑”的创造，被自然演化出来的概率无限趋近于零。

是人脑赋予了它们出现的可能性，那么“人脑”必然比它所创造的一切事物都要更加精妙的多，这会是传统进化论能够解释的现象吗？如果达尔文活到如今这个时代，见证诸多“创世”性的领域突变，想必也不敢轻易动笔了。

宇称不守恒：科学界在1956年前一直认为宇称守恒，即一个粒子的镜像与其本身性质完全相同；而宇称不守恒定律是指：在弱相互作用中，互为镜像的物质的运动不对称。该定律由受杨振宁与李政道所托的华人物理学家吴健雄女士在1956年用钴60实验验证，这一发现于次年便获得诺贝尔物理奖。

至此，物理学界在此之前一切基于粒子宇称守恒的基础理论被推翻，也是从这里正式开始，世界在本质上被证明了是不完美的、有缺陷的。

吴奥觉得，既然粒子世界有时并不具有和我们用肉眼所观测的宏观世界的镜像对称性，那么镜中世界可能并非是我们观测的世界。吴奥不知道能否举我们的宏观世界的例子去类比，如果可以的话，那简直可怕的要命了！

试想一下，假如一面巨大的镜子前有一辆轿车，司机坐在座位上，油门在他右脚对吧。而镜子里同样是这辆车的司机会显示坐在这辆车的右前方座位上（想象成英国和日本那样的右舵左行），油门踏板则在他左脚位置。此时司机顺时针方向扭动钥匙点火，把汽车发动起来，并用右脚轻踩油门踏板，使得汽车以每小时40公里的速度向镜子驶去；此时镜子里的司机也肯定显示是完全一样的动作，只是按照镜像原理左右交换一下——他会逆时针方向开动点火钥匙，用左脚踩油门踏板，并且脚踩踏板的倾斜程度与镜外的完全一致。那么镜子内外的两辆汽车将会如何运动呢？

正常人都会认为两辆汽车应该以完全一样的速度相对行驶对不对？然而，这只是在宇称守恒的前提之下！

而根据粒子世界的宇称不守恒定律显示，“镜中的汽车”将以完全不同的速度行驶，可能是20公里每小时，也可能60公里每小时，甚至还可能是600000公里每小时，而且行驶方向也可能和镜子外的汽车完全不一样！

不可思议吗？这已经被无数实验证明了，吴奥说服自己回过神来。

并且吴奥了解到，在20世纪后半叶，物理学家们基于这一“骇人听闻”的全新定律进而研究发现，很多粒子的运动行为都不守恒。

1998年年末，物理学家们首次在微观世界中发现了违背时间对称性的事件——欧洲原子能研究中心的科研人员发现，正负k介子在转换过程中存在时间上的不对称性：反k介子转换为k介子的速率要比其逆转过程即k介子转变为反k介子来得要快——连时间都不守恒了！

至此，粒子世界物理规律的对称性全部破碎，现代基础物理学进入了全新的“不守恒”纪元。

【作者题外话】：番外一&二承接正文第一部分与第二部分。