1956年10月年仅35岁的杨振宁教授和年仅31岁的李政道教授,发表了一篇论文《弱相互作用中宇称不守恒》(原名为《对弱相互作用中宇称守恒的质疑》),此文刊登于1956年10月1日的世界权威杂志——美国《物理评论》上。此成果于1957年10月就获得了诺贝尔物理学奖,应该说这是世界上获诺贝尔奖最快的科研成果之一。

对称性是自然界的普遍属性之一,也是人类生活中喜爱的原则之一。而对称变换是指一个物理系统(对象)从一个状态变换到另一个状态的过程。如空间对称性(包括空间平移、空间旋转等)、时间对称性。

1918年德国诺特给出了一条定理(简称“诺特定理”),说的是：物理规律中每有一种对称性,会相应地存在一条守恒定律。此定理在经典物理中得到普遍证明,后来推广到量子力学中,仍普遍成立。

例如,时间平移的不变性,400多年前比萨斜塔上的自由落体实验,在今天也一样(亦即“科学真理是永恒的”)。再如,空间平移的不变性,如比萨斜塔自由落体实验,在苏州虎丘塔上来做也是一样的(亦即“真理是放之四海而皆准的”)。

关于宇称与守恒简言之如下：

左手在平面镜中的像(简称“镜像”)是像的右手(这是尽人皆知的常识)。

镜像与原物之间存在一种重要的对称性——即镜像对称(也称为左右对称)。

将以上所说换成较为学术一点的语言就是：

若有两部分形体,其中一部分是另一部分在平面镜内的像,则称它们为镜像对称,也称为左右对称。就是这种镜像对称发展成为了微观世界中的宇称。

因为物理定律一直显示出左右之间的完全对称,这种对称在量子力学中,形成了一种守恒定律,被称为宇称守恒。它和左右对称完全相同。

在自然界中发生的任何过程,如果我们在平面镜中看它,则看到的过程也在自然界中发生,这样自然界是镜像对称的。如此说来,自然规律在镜像反射下是不变的。而长期以来宇称守恒被人们认为是普遍规律。(www.daowen.com)

自然界中存在四种相互作用(即四种力或四个场)。它们分别是：

(1)引力相互作用。引力是万物都有的,每一个粒子都会因它的质量或能量而感受到引力。引力比其他三种力都弱得多。但它能作用到大距离去,且它总是吸引的。

(2)电磁相互作用。长程吸引力,但它不与不带电荷的粒子相互作用,很强,能作用于电磁物体(场)之间,它在原子和分子的小尺度下起主要作用。

(3)强相互作用。短程力,很强,如核子之间的作用力,它将质子和中子的夸克束缚在一起,并将原子核中的质子和中子束缚在一起,它在高能量下会变得很弱。

(4)弱相互作用。在原子核衰变中出现,较弱,也是短程力,它负责放射性现象。只作用于自旋为1/2的所有物质粒子。1967年,温伯格提出了弱作用和电磁作用的统一理论后,弱相互作用才被人们较多地了解。此理论展现了称为对称自发破缺的性质,这意味着在低能量下一些看起来完全不同的粒子,事实上都只是同一种粒子处于不同的状态,但所有这些粒子在高能量下都有相似的行为。

从上面列举的四种相互作用(即四种力)来看,关于宇称守恒原理的论述,并未区分它适用于哪些相互作用。这就表明在1956年之前,物理学家们一直认为在任何相互作用过程中宇称必定守恒。

历史行进到1953年,人们发现了两种奇异的介子：θ介子和τ介子。θ衰变能产生两个π介子,τ衰变能产生三个π介子,而π介子的宇称都为-1,这可以推出θ和τ具有不同的宇称,应该是两种不同的粒子,于是θ-τ奇怪的特性成为国际物理学界的头等疑难和中心热门话题。此时,杨振宁和李政道已开始对θ-τ的疑难进行研究,并在罗切斯特大会上由杨振宁做了一个引介报告。1956年5月初的一天,杨振宁、李政道二人在哥伦比亚大学李政道的办公室进行了激烈讨论,并取得了关键性的突破：把宇称守恒是否成立,单独放在弱相互作用中来检验。经过几周的详细数值分析,终于得到了重要发现：虽然在强相互作用和电磁相互作用范围内,宇称守恒得到了较严格的证明,但“和一般所确信的相反,在弱相互作用中,实际上并不存在左右对称的任何实验证据”。此时杨振宁、李政道二人以无比的胆识和巨大的创新精神,突破性地提出在弱相互作用中可能宇称不守恒的革命性理论。

这是20世纪尖端科学领域中,中国科学家所爆发出的最强烈的一声华夏春雷!它响彻寰宇!它震惊世界!它向全世界宣告：中国人有能力攀登上科学世界的最高峰!

对此还应当提及吴健雄博士。因为宇称不守恒(在弱相互作用下)理论的提出还需要有具体实验的证实,而此项证实实验是由吴健雄博士完成的。

因为核能级、核衰变、中微子、弱相互作用等都需要通过β衰变来进行研究。1957年1月吴健雄发表的《钴-60极化核β衰变不对称性》一文,证明了《弱相互作用中宇称不守恒》,从而促进了1957年杨振宁和李政道两位教授的获诺贝尔物理学奖速度。人们都认为吴健雄博士应该与杨振宁、李政道二人同时获得诺贝尔物理学奖,但是未果。有人认为这是瑞典诺贝尔奖奖金委员会的一项大的败笔!杨振宁、李政道的《弱相互作用中宇称不守恒》获诺贝尔奖是实至名归,是20世纪科学史上最重要、最重大的革命性突破之一。有人认为杨振宁、李政道的这项成果使物理学家找到了一条走出“宇宙丛林”的道路。