为什么说上帝是左撇子？

　　先从一个假想的故事开始。如果有一天，我们与距离地球极为遥远的某个外星文明取得了联系；又假定，由于某些奇怪的原因，我们只能给这个外星文明传送嘀嗒嘀嗒的长短脉冲信号，除此之外，无法传送任何东西供其观察现在，我们想告诉这个外星文明有关地球上人类的一切，大家想一想该怎么办。
　　这个问题似乎并不难解决。第一步，先定义数字。数学是全宇宙通行的语言，用脉冲信号的长短来定义0和1这两个数字就足够了。因为数学规律与多少进制没有关系，不论是几进制，得出的数学规律都是一样的。有了数字，我们就可以告诉外星人许多信息。例如，可以用数字3。1415926来指代圆。
　　但是，我们很快就会面临一个难题：如何让外星人把我们的心脏放在正确的位置？
　　你可能会说，放在左边啊。可是，哪边是左边？这个问题如果是问地球人，他会回答你的左边就是左边，但现在与我们交流的是外星人。细想一下就不难发现，我们无法用自然语言准确地告诉外星人左和右的定义。这是一个不折不扣的难题。
　　如果这个问题出现在1956年之前，那么，所有科学家都会挠头。究其原因，那时的科学家有一个共同信念：上帝不偏爱任何方向，在宇宙中，所有物理现象都是镜面对称的。如果观察一个物理实验，不论是直接观察，还是通过一面镜子观察，最终得到的物理规律都是一样的。
　　这个共同信念，在物理学上有一个名词，叫作宇称守恒。
　　在1956年以前，宇称守恒与能量守恒一样，被认为是物理学中的基本原理，是金科玉律，是共同信念。也正是基于这样的共同信念，科学家会告诉你，对不起，我们真的没有办法用自然语言让外星人在左和右的定义上与地球人达成一致。无论让他们做什么样的实验，左和右都是完全对称的，没有任何区别。
　　既然说这是1956年以前的情况，那么剧情自然就在1956年发生了反转。
　　这可谓一部发生在物理学黄金年代的悬疑大片。
　　事情得从1947年说起。
　　那一年，实验物理学家发现，宇宙射线中有一种被称为粒子（读作西塔）的奇异粒子，它在衰变之后，产生了2个介子。1949年，实验物理学家又发现了一个新的奇异粒子，它衰变后产生了3个介子，人们又把这种奇异粒子叫作粒子（读作桃）。为了后面讲述方便，我们姑且把这两种粒子分别叫作西子和桃子。
　　西子和桃子的发现，当然不是什么令人瞩目的大事，不同的粒子有不同的衰变方式，就好像人有不同的死法一样，这很正常，没什么好奇怪的。但是，接下来，这两个子出了大问题，把物理学江湖搅了个天翻地覆。
　　随着实验的进行，人们发现，西子和桃子除了衰变方式不一样，其他方面的性质全都一样：质量和电荷是相等的，衰变所需时间也是相同的，再有，无论何时生成这两种粒子，它们总是以一定的比例出现。比如说，14是桃子，86是西子。这就好像有两只鸭子，无论用任何方式去观察比对，它们都是完全一样的。按理说，它们应该是同一种动物，但问题是，偏偏它们死掉以后会变得不一样。西子和桃子唯一的不同点，用物理学术语来说，就是在它们衰变后测量到的宇称不同。而宇称是一个实实在在的物理量，是可以测量的，而且当时几乎所有物理学家都秉持着一个信念，那就是宇称守恒。既然西子和桃子死后的宇称不同，那当然就不可能是同一种粒子嘛。这就好像有两只鸭子被我们吃掉消化后，经过精确无比的测量，证实我们得到的能量有所不同，那么这两只鸭子生前也肯定是不同的动物，因为能量守恒嘛。
　　于是，物理学家都在尽力改进实验设备和方法，想寻找西子和桃子的不同点，因为他们坚信，既然它们是两种不同的粒子，那就一定能找到不同点。然而，一切努力都徒劳无功，除了衰变后的宇称不同，两种粒子实在无法区分。
　　物理学家们陷入了迷惘和思索之中。这种困境，在当时被物理学界称为之谜。
　　在距离美国东海岸不远的新泽西州，有一处学术圣地，伟大的爱因斯坦不久前在那里与世长辞，那就是著名的普林斯顿高级研究所。而此时，34岁的杨振宁和30岁的李政道，正形影不离地走在校园中，热烈地讨论着西桃之谜。
　　这对来自中国的青年才俊根本想不到，一年之后，他们将因此时此刻讨论的问题，同时获得诺贝尔奖。
　　就是在这一年，1956年，在纽约的一家餐馆中，杨振宁和李政道突然想到，似乎之前所有证明宇称守恒的实验，都没有仔细地按照不同的相互作用来分类。那么，宇称会不会仅仅在弱相互作用中不守恒，而在其他相互作用中是守恒的呢？
　　这里解释一下什么是弱相互作用。牛顿把力定义为物质之间的相互作用，万有引力是人类发现的第一种相互作用；电磁力是第二种；进入量子时代后，在粒子物理学中，人们习惯性地使用相互作用这个词，而不是力。强相互作用就是把质子和中子结合在原子核中的一种力。弱相互作用则只作用于电子、夸克、中微子等。
　　有一种弱相互作用叫作衰变。1896年，物理学家贝可勒尔发现了铀原子的放射性现象，92号元素铀能够自发衰变成82号元素铅。卢瑟福和汤姆逊在一年后发现，铀在衰变过程中会产生3种不同的放射线。准确地说，大自然中没有线，所有的线都是由粒子组成的。你可能会问，他们怎么知道是3种不同的粒子呢？原理其实很简单，就是让放射线通过一个磁场，然后他们就发现，在磁场中，放射线的偏转方向有所不同，根据电荷在磁场中受力的原理，也就知道了铀在衰变过程中释放出带正电、负电和不带电的3种粒子。他们把带正电的叫作射线，带负电的叫作射线，不带电的叫作射线。那么，发出射线的衰变过程，就叫作衰变。
　　在随后的两个星期里，杨振宁和李政道设法找来大量有关衰变的实验数据，开始动手计算，验证宇称是否守恒。这个过程涉及极为枯燥和复杂的数学计算，而且当时还没有计算机可以作为辅助。最后，他们算出的结果是一致的：数据不足，没有结论。换句话说，他们惊讶地发现，过去所有衰变的实验数据都既不能证实，也不能证伪宇称守恒。
　　这个突破口一旦被找到，后面的事情就如同开闸放水，一泻千里。仅仅用了一个月，他们俩就共同完成了那篇名垂青史的论文《弱相互作用中的宇称守恒问题》，并投给了著名的学术期刊《物理评论》。1956年10月，文章被发表了。
　　这是近代物理学史上最重要的论文之一。在这篇论文中他们提出，在强相互作用和电磁相互作用中，宇称在很高的精度上是守恒的；但在弱相互作用中，宇称守恒只是一个外推性的假设，甚至可以认为，西桃之谜恰恰是弱相互作用中宇称守恒的反例。为了毫不含糊地确定在弱相互作用中宇称是否守恒，他们必须完成一个实验，以确定在弱相互作用中左和右是否相同。
　　论文发表后，遭到了绝大多数著名科学家的反对要打破一个信念何其艰难。物理学家菲利克斯布洛赫在看了论文后决绝地说：如果宇称真的不守恒了，我就把我的帽子吃掉。
　　实验是检验物理理论的唯一标准。对杨振宁和李政道而言，比科学理论更重要的是科学实验。不幸的是，他们俩都不是搞实验的。
　　起初，他们找到了著名的实验物理学家莱德曼，但遭到拒绝。莱德曼开玩笑说：一旦能找到一位绝顶聪明的研究生供我当奴隶使用，那我就会去做这个实验。这当中还有一个很重要的原因就是，这个实验的难度极高，而且花大量的时间和精力去做一个很可能没有任何价值，只会反向证实一些人们早就相信的事情的实验，是不值得的。
　　这时候，他们生命中最重要的贵人出现了，这就是他们的中国同胞，足以和居里夫人媲美的物理学家吴健雄博士。吴健雄在物理学史上的地位极高，她是当时全世界最优秀的几位实验物理学家之一有些书甚至不加几位之一。
　　李政道找到了在美国哥伦比亚大学执教的吴健雄。听完说明后，吴健雄毅然放弃了和丈夫一起回中国探亲的计划。她已经20年没有回过祖国，本来连船票都买好了。
　　吴健雄一头扎进实验室，这一年的物理学界注定要掀起轩然大波。
　　以毒舌著称的著名物理学家泡利，在得知吴健雄正在做实验的消息后对朋友说：像吴健雄这么好的实验物理学家，应该找一些更重要的事去做，不应该在这种显而易见的事情上浪费时间。我不相信上帝是一个左撇子，我愿意打一个赌，实验一定会给出一个守恒的结果。
　　吴健雄选择了杨、李论文中建议的一个实验，就是把元素钴60的核冷却到接近绝对零度，这样原子的热振动基本就消除了，然后再用一个磁场使得这束原子核按照同一个方向自旋。如果宇称是守恒的，电子就会以相同的数量向两个方向飞出；如果宇称不守恒，那么一个方向上飞出的电子，将会比另一个方向飞出的电子多。
　　1957年1月9日凌晨两点，吴健雄小组做了最后一次查证，实验终于结束。好多天前，他们就已经知道结果，这次实验是出于对重大成果的极度谨慎才进行的。实验小组一共5个人，他们打开了事先准备好的葡萄酒，庆祝一项伟大物理学成就的诞生：弱相互作用下，宇称不守恒。
　　6天后，哥伦比亚大学做了一件史无前例的事：为这个实验举行了一次新闻发布会。物理系主任在发布会上说：在某种意义上，一个相当完整的理论结构已从根本上被打碎。
　　没过多久，包括之前拒绝做实验、肠子都悔青了的莱德曼在内的几个物理学家的验证结果相继出炉，以更加详尽的实验数据验证了吴健雄的实验结果。
　　整个物理学界都轰动了，西桃之谜终于被解开，这是一个无可比拟的、重大的、革命性的进展。这个实验也被认为是继迈克耳孙莫雷实验之后最重要的物理实验。当年的诺贝尔物理学奖被以火箭般的速度颁给了杨振宁和李政道，创下了诺奖历史上绝无仅有的当年出成果当年颁奖的传奇。
　　按理说，吴健雄也完全有资格获此殊荣。许多大科学家都对吴健雄未获奖一事公开表示了失望。1988年的诺贝尔物理学奖得主史坦伯格就认为，那年的诺贝尔奖没有同时颁给吴健雄，是诺贝尔物理学奖委员会最大的失误。
　　由于诺奖甄选资料的保密期是50年，因此在2006年之前，这一直是个谜。后来文件解密了，大家才知道真正的原因：吴健雄的实验也有美国国家标准局低温实验科学家安伯勒的功劳，但诺奖的评奖规则是最多同时颁给3位科学家，这样一来，委员会就犯难了，如果颁给吴健雄而不给安伯勒，有失偏颇。他们权衡再三，只好将吴健雄的名字去掉。
　　到这里，本文开头提出的那个问题就有了答案，现在我们可以对外星人说：听着，你们先制造一块磁铁，把线圈绕上去，让电流通过，随后取一些27号元素钴，把它的温度降低到尽可能接近绝对零度，然后（此处略去几百字专业性比较强的实验描述）。好了，现在你们看到的电流流出的方向，就是我们地球人所谓的左边。
　　上帝他老人家居然真的是一个左撇子，他偏爱左边。
　　科学再一次向我们展现了它强大的自我纠错能力。
　　所有科学理论都有一个非常重要的特征：科学理论是有适用范围的。任何一项科学理论，都只能说其在某个范围内是正确的。这句话反过来理解会更重要、更有意义当我们说推翻了一个现有的理论时，其实并不是说现有理论错了，而只是将现有理论的适用范围框定在了某个精度之下。
　　如果未来有一天，科学家告诉我们现在的量子理论是错误的，能量守恒也是错误的，那也并不会导致我们今天在这些理论指导下发明的手机、电脑不工作了。我们可以跟那时的人们说，对不起，在我们当前的适用范围内，这些理论会一直、永远正确下去。在相对论推翻牛顿力学的100年后，人类所有的航天器发射依然需要用到牛顿力学。科学精神，让我们得以正确认识科学理论的错误。