1957年以前,歐洲物理學家普遍承認“宇稱守恒定律”。任何一種變化的開始和結束,宇稱的奇和偶不會改變。
1956年6月,沃爾夫岡·泡利(Wolfgang E.Pauli)收到了來自李政道和楊振寧的一篇題為《宇稱在弱相互作用中守恒嗎?》的文章。文中提出“宇稱守恒在強相互作用與電磁相互作用中均存在很強的證據,在弱相互作用中卻只是一個未被實驗證實的‘外推假設”,即在弱相互作用中宇稱不守恒。
這篇文章一出,學界嘩然,但是在眾多聲音中,還是反對和譏笑居多。
泡利因為在物理學領域憑借著自己敏銳、謹慎和挑剔的風格,具有一眼就能發現錯誤的能力,而被丹麥物理學家玻爾稱為“物理學的良知”。此次,這位“物理學的良知”也在反對者之中,但結果卻與往常不同。
泡利與他的學生
物理是一門實驗科學,李政道與楊振寧的理論要想得到學界的認可,就必須要通過實驗來證明。隨后他們找到了同在美國留學的華人物理學家吳健雄來完成實驗。
吳健雄于1936年來到美國攻讀物理學,她曾參與過“曼哈頓計劃”,深得奧本海默(曼哈頓計劃的領導者)的賞識。在吳健雄的簡介中,更是寫著:“物理學巨擘泡利的得意門生”。泡利與吳健雄相識是在1941年,當時泡利訪問加州大學伯克利分校,而吳健雄在那里學習。泡利對這個學生贊賞有加,并且一直保持著這份亦師亦友的情誼。
當泡利得知吳健雄要幫助李政道和楊振寧做實驗時,他曾為吳健雄的舉動表示出極大的惋惜。泡利認為以吳健雄的能力應該去做更重要的事,犯不著在這明顯不成立的理論上消耗時間。而當時實驗物理科學家大多也不愿意做這個實驗。另外,技術方面的困難也太大,科學家們都心存疑慮。宇稱不守恒實驗,對于對實驗技術沒有相當了解和深刻認識的人來說,簡直是無從入手。
1957 年 1 月 15 日,《物理評論》雜志收到了吳健雄等人的論文《貝塔衰變中宇稱守恒的實驗檢驗》,為宇稱不守恒提供了實驗證明。一天后,《紐約時報》就用《物理學中的基本概念在實驗中被推翻》為標題,在頭版報道了被其稱為 “中國革命”的吳健雄等人的實驗。
自此爭論結束。泡利面對此次“敗于學生之手”,在1957年1月27日給一位朋友的信中這樣寫道:“在最初的震驚過去后,我開始鎮定下來。事情的發展的確很有戲劇性……幸虧沒人跟我打賭,否則我要輸掉一大筆錢。現在只損失了一點名譽,好在我的名譽不小,損失一點沒什么關系。”
“泡利效應”
泡利出生在音樂之城維也納。“21歲時,他為德國的《數學科學百科全書》寫了一篇長達237頁的關于狹義和廣義相對論的詞條,該文到今天仍然是該領域的經典文獻之一,而泡利也因此名聲鵲起;25歲時,泡利提出了他一生中發現的最重要的原理——泡利不相容原理,為原子物理的發展奠定了重要基礎;1930年,他為擺脫放射性β能譜的能量守恒定律面臨的危機而提出了著名的‘中微子假說,后被美國物理學家考恩和萊茵斯在核反應堆中產生的反中微子的稀有俘獲而驗證。”
泡利為人幽默風趣,以工作嚴謹、博學而著稱,與他一起工作過的人,都非常佩服他的聰明才智與發現理論弱點的本領。同時他也是出了名的愛挑剔,在某些人眼中,泡利甚至是個狂妄自大的人。但有一件事,卻讓泡利“驕傲不起來”。
泡利的實驗動手能力很差,時不時會給實驗室帶來災難。與泡利在一起工作過的年輕物理學家甚至把實驗出現稀奇古怪的毛病,以及實驗儀器的損壞與爆炸都歸于泡利,并戲謔地稱之為“泡利效應”。泡利的朋友物理學家奧托·斯特恩 (1943年的諾貝爾物理學獎得主) 就曾因為擔心泡利效應而對泡利下達了封殺令, 禁止其進入自己位于德國漢堡的實驗室。
關于泡利效應還有這樣一個故事。有一天,哥廷根大學物理研究所詹姆斯·法蘭克(實驗物理學家,1925年諾貝爾物理學獎獲得者)教授的實驗室里發生了一次事故。此事一出,人們很快聯想到這件事情該不會是與泡利有關。經查實,泡利有充分的不在場證據。于是法蘭克寫信給泡利,很欣慰地告訴他說你總算無辜了一回。 然而泡利對這種無罪推定似乎并不領情,他回信很誠實地 “自首” 說自己雖不在第一現場, 但事發當時自己乘坐的從蘇黎世到哥本哈根的火車恰好在哥廷根的站臺上停留了一會兒。也許他是想承認泡利效應是具有“超距作用”的。當事人已經一笑置之,而旁觀者并未就此罷休,人們將“泡利在法蘭克實驗室里搗亂”的故事擴散開來,而且越傳越離奇,同時出現了很多版本,后來發展到只要泡利進入實驗室,實驗室的工作人員就會緊張得手忙腳亂,以致發生事故。
有關泡利效應的傳聞還有很多,不過在眾多的傳聞中有一個有趣的特點, 那就是泡利效應絕不會損害到泡利本人,不僅不會損害,甚至還能在關鍵時候“拯救”泡利。 泡利的助手派爾斯和韋斯科夫都曾在自己的自傳中講述過一個故事:“有一次泡利要參加一個學術會議,與會的年輕物理學家們決定跟他開個玩笑,他們在會議廳的門上做了一個觸發式的機關,只要泡利一推門就會發出類似爆炸的響聲。結果在泡利推門而入的一剎那, 那些被年輕物理學家們反復調試過的機關居然‘卡殼了!泡利效應通過破壞‘實驗裝置而成功地‘拯救了泡利。”
當然這些都只是關于這個傳奇人物的傳奇故事,人無完人,即便他是一個功勛卓著的偉大的科學家,也有犯錯的時候,這些錯誤只是他人生中的“陰影”,是他人生中的一部分,說到底他也只是個普通人。