歡迎來(lái)到真實(shí)的鏡像世界（上）

一個(gè)與我們的宇宙一模一樣的宇宙可能就在我們身邊。

乍一看，一切看起來(lái)都那么熟悉。墻上的鐘在嘀嗒響著;窗外，汽車轟隆駛過(guò);你手里拿的《奇聞怪事》雜志，封面也同樣吸引人。但似乎有什么東西不對(duì)勁：時(shí)鐘是倒著走的;汽車在靠左行駛;你正在讀的文字也是左右顛倒的。哈哈！原來(lái)你是在看鏡中的像。

幾乎所有人都認(rèn)為鏡中的世界是“假的”——雖然有一本書叫《愛麗絲鏡中游記》，講述了種種鏡中的冒險(xiǎn)趣事，但那畢竟是童話。可是對(duì)于一些物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，所有事物都左右翻轉(zhuǎn)的世界（不妨稱其為“鏡像世界”）或許是真實(shí)存在的，而且說(shuō)不定就藏在我們身邊。在那個(gè)世界里，有鏡像原子、鏡像分子、鏡像恒星和行星，甚至鏡像生命。只是它們幾乎不跟我們的世界相互作用，才一直沒(méi)被發(fā)現(xiàn)。但這并不意味著我們永遠(yuǎn)發(fā)現(xiàn)不了。一些粒子或許會(huì)在我們的世界和鏡像世界之間相互“切換”——一會(huì)兒在這個(gè)世界現(xiàn)形，一會(huì)兒在那個(gè)世界現(xiàn)形——這樣，就暴露了鏡像世界的存在。

如今，物理學(xué)家正在安排實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這個(gè)假說(shuō)。如果真找到這么一個(gè)鏡像宇宙，除了我們對(duì)現(xiàn)實(shí)的看法將徹底改變，還可以回答關(guān)于我們自己宇宙的一些問(wèn)題——它們已經(jīng)困擾我們幾十年了。

發(fā)現(xiàn)全新的世界

發(fā)現(xiàn)一個(gè)全新的世界，讓人類的眼界豁然大開，當(dāng)然不是一件容易的事，但在物理學(xué)上，這種近乎奇跡的事情并非沒(méi)有發(fā)生過(guò)。1928年，英國(guó)物理學(xué)家狄拉克根據(jù)量子力學(xué)的理論預(yù)言，宇宙中存在一個(gè)全新的粒子家族，其中的粒子與已知的粒子，除了電荷相反，其他方面完全一樣。這就是我們現(xiàn)在經(jīng)常掛在嘴上的“反物質(zhì)粒子”;由這些粒子組成的世界，叫“反物質(zhì)世界”。

還不止呢。1933年，瑞士天文學(xué)家弗里茨·茨威基觀察到，星系團(tuán)中可見物質(zhì)的萬(wàn)有引力，似乎無(wú)法為星系團(tuán)的快速旋轉(zhuǎn)提供足夠的向心力。換句話說(shuō)，倘若沒(méi)有額外的引力，星系團(tuán)早該解體，不存在了。

今天，我們認(rèn)為這個(gè)額外的引力來(lái)自“暗物質(zhì)”。宇宙中暗物質(zhì)與普通物質(zhì)的質(zhì)量之比大約是5：1。暗物質(zhì)與普通物質(zhì)之間，除了引力，沒(méi)有別的相互作用，尤其沒(méi)有電磁力的相互作用，所以很難被發(fā)現(xiàn)，組成暗物質(zhì)的粒子迄今仍沒(méi)找到。盡管如此，暗物質(zhì)的說(shuō)法已被主流科學(xué)界所接受。

反物質(zhì)和暗物質(zhì)的存在，為我們認(rèn)識(shí)物質(zhì)、認(rèn)識(shí)宇宙，提供了全新的思路。譬如，困擾現(xiàn)代物理學(xué)的一個(gè)難題是：到底存不存在一個(gè)主要由反物質(zhì)組成的世界？存在的話，它在哪里（考慮到正反物質(zhì)相遇就會(huì)灰飛煙滅，反物質(zhì)世界必定離我們非常遙遠(yuǎn)）？還有，在我們身邊存不存在一個(gè)“暗”版的世界，在那里，物質(zhì)是“暗”的，作用力是“暗”的，甚至存在“暗”版的人？

有著這些先例為我們打氣，現(xiàn)在讓我們啟程去探索另一個(gè)全新的世界——鏡像世界！

宇稱守恒還是不守恒？

在物理學(xué)中，一個(gè)很有用的概念是對(duì)稱。物理學(xué)中所說(shuō)的對(duì)稱，指的是物理規(guī)律在某些變換下保持不變。比如，一個(gè)球從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，雖然空間位置變了（這叫“空間平移變換”），但它遵從的物理規(guī)律（比如牛頓三大定律）保持不變。這叫空間平移對(duì)稱性。再比如，僅僅改變一個(gè)球的顏色，它對(duì)地球引力的反應(yīng)不受影響。假如取個(gè)名，也可以叫做“顏色變換對(duì)稱性”。

粒子物理學(xué)中一個(gè)很重要的對(duì)稱性叫“宇稱”，即“左右對(duì)稱”或“鏡像反演”。“宇稱守恒”則是指，即使把涉及物體的所有位置和方向都像在鏡子里一樣翻轉(zhuǎn)，物理過(guò)程和規(guī)律也保持不變。

例如，一個(gè)小球向右運(yùn)動(dòng)，它遵從牛頓運(yùn)動(dòng)定律。假如我們放一面鏡子，在鏡像世界里做這個(gè)實(shí)驗(yàn)——你或許會(huì)好奇：我們?cè)趺吹界R像世界去做實(shí)驗(yàn)?zāi)兀科鋵?shí)，不必跑到鏡子里去，只要把實(shí)驗(yàn)裝置都按鏡像所顯示的那樣去安排就是了——小球則向左運(yùn)動(dòng)。但與像向右運(yùn)動(dòng)的小球一樣，向左運(yùn)動(dòng)的小球，也遵從牛頓運(yùn)動(dòng)定律。

在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間里，物理學(xué)家相信，在自然界，宇稱是守恒的。但這個(gè)看似天經(jīng)地義的猜測(cè)，后來(lái)卻遇到了麻煩。

1950年代初，科學(xué)家們從宇宙射線里觀察到兩種新的介子（即質(zhì)量介于質(zhì)子和電子之間的粒子）：θ和τ。這兩種介子的自旋、質(zhì)量、壽命、電荷完全相同，很多人都認(rèn)為它們是同一種粒子。但是，它們卻具有不同的衰變方式，θ衰變時(shí)會(huì)產(chǎn)生2個(gè)π介子，τ則衰變成3個(gè)π介子，這說(shuō)明它們遵循著不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

假使τ和θ是不同的粒子，那它們?cè)趺磿?huì)具有一模一樣的質(zhì)量和壽命呢？而如果承認(rèn)它們是同一種粒子，二者又怎么會(huì)具有完全不一樣的衰變方式呢？為了解決這一問(wèn)題，物理學(xué)界曾提出過(guò)各種不同的想法，但都沒(méi)有成功。

1956年，李政道和楊振寧在深入細(xì)致地研究了各種因素之后，大膽地?cái)嘌裕害雍挺仁峭耆嗤囊环N粒子（后來(lái)被稱為K介子），但在涉及弱核力的衰變中，宇稱不守恒了，導(dǎo)致它沒(méi)有固定的衰變方式，既可以衰變成2個(gè)π介子，也可以衰變成3個(gè)π介子。

李政道和楊振寧的觀點(diǎn)震動(dòng)了當(dāng)時(shí)的物理學(xué)界。此后不久，吳健雄用一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了“宇稱不守恒”。從此，“宇稱不守恒”才真正被承認(rèn)。

（待續(xù)）