诸位朋友你们好！我是李永乐老师。
杨振宁先生出生在1922年10月1日，到明天正好100岁。他是现今中国乃至世界最首屈一指的数学学泰斗，他的成就可以与爱因斯坦媲美。而且大部份网友熟悉杨先生，还是由于1957年，他和李政道一起提出了“弱互相作用下宇称不守恒”，共同获得了诺贝尔化学学奖。这是中国人第一次获得诺贝尔奖。
许多网友问我：这个“弱互相作用下宇称不守恒”到底是啥意思呢？它为何如此重要呢？为何说杨振宁是现今最伟大的化学学家呢？在杨振宁先生百年校庆之日，我们再来讲讲这个问题，为杨先生贺寿。
01对称与守恒
首先，我们要讨论一下数学学中“对称”与“守恒”的关系。
20世纪初，美国知名男性物理家埃米·诺特提出了诺特定律，她说：系统中每位连续的对称性，就会对应着一个守恒量。
例如：化学规律都满足时间平移对称性，意思是说，明天的化学规律和今天的数学规律是完全一样的，数学规律不会随着时间发生变化。按照诺特定律，这些对称性一定对应了数学学中的一个守恒量，这个守恒量就是能量。
为何呢？我们用反证法来证明：假定数学规律会随时间变化，这么能量必将不守恒。
我们可以这样做：假定万有引力常数会随着时间渐渐地越变越大，这么我就可以在昨天消耗能量抬起一块石头，明日再让这个石头落出来，释放出能量。由于今天的万有引力常数大了，所以石头下落时，可以释放出更多的能量。这样一来，通过一个循环，我在不引发任何其他变化的情况下，陡然造出了能量，所以能量就不守恒了。按照原命题等价于逆否命题，假如能量守恒，那就必然得出万有引力常数不能随时间变化高中的角动量守恒是什么，这就是时间平移对称性。
化学规律不仅满足时间平移对称性以外，还要满足空间平移对称性——一个化学实验在中国做还是在英国做，得出的规律是一样的。即使领到火星起来做，结果也是这么。空间平移对称性对应了数学学中的动量守恒。
据悉，数学规律还要满足空间旋转对称性——向东扔一个足球，和向南扔一个足球，得到的数学规律是相同的。空间旋转对称性，对应了数学学中的角动量守恒。
最初，诺特觉得：对称量应当是连续可微的，也就是可以一点点地改变。诸如时间的平移、空间的平移和旋转都是连续可微的。并且后来人们又发觉了一种不连续的对称性——镜像对称，化学规律也普遍满足镜像对称。
比如：我扔出一个足球，排球会经过一条抛物线轨迹。假如在我旁边有个穿衣镜，穿衣镜里面的足球也会经过一个抛物线轨迹。你会发觉：不管是穿衣镜外边的世界，还是穿衣镜上面的世界，化学规律也是完全一样的。假如你只看足球经过了一个抛物线，是没有办法分辨这个世界究竟是镜中世界还是镜外的世界的，这就是化学规律的镜像对称性。
镜像对称又对应了一种哪些守恒呢？1927年，芬兰数学学维格纳提出：数学规律的镜像对称对应了宇称的守恒。
维格纳
02宇称
哪些是宇称？这个概念不好理解。并且我们上小学的时侯学过奇函数和偶函数吧。
函数y=x²是偶函数，由于有它的中央有一条对称轴，假如我们顺着这个轴把函数图象左右翻转一下，你会发觉左右两侧的函数图象重合了。
偶函数
而函数y=x³，称作奇函数，它不存在对称轴，假如我们非要顺着y轴左右翻转一下，你会发觉你会发觉它的上下颠倒了。
奇函数
我们晓得：量子热学中，粒子的位置是不确定的，须要通过一个波函数去描述粒子在不同位置的机率。假如这个波函数是偶函数，我们就叫它偶宇称，假若波函数是奇函数，我们就叫它奇宇称。
数学规律的镜像对称性对应了宇辰的守恒，也就是说：假如一个粒子的波函数最初是偶函数，这么它将仍然是偶函数；假如它最初是奇函数，这么它将仍然是奇函数。
人们以前觉得：宇称守恒就和能量、动量、角动量守恒一样，是一个普遍存在的规律，直至杨振宁和李政道的出现。
03θ-τ之谜
宇称不守恒的故事，要从知名的θ-τ之谜说起。
有一副很有意思的动漫：粒子化学学家怎样研究乌龟的内部结构。粒子化学学家会把一只乌龟放进枪里发射出去，之后撞向另一只乌龟，两只乌龟撞得稀烂后，粒子化学学家再去看那些碎片。
化学学家是怎样研究物质结构的
这幅动漫中表现的就是粒子化学学家的日常工作：科学家们首先会造一台加速器，把某种粒子加速，之后让它撞向另一种粒子，撞击以后才会出现许多千奇百怪的碎片。通过这些方式，人们发觉了θ粒子和τ粒子。
θ粒子和τ粒子的化学性质十分一致，它们质量相同，电荷也相同，就连寿命也是一样的。这么我们如何晓得它们是两种粒子呢？由于它们的衰变产物不一样。
θ粒子可以衰弄成一个π+介子和一个π⁰介子，而τ粒子衰变以后是两个π+介子和一个π-介子。更重要的是：θ粒子衰变产物是偶宇称的，按照宇称守恒，θ粒子也应当是偶宇称的；而τ粒子的衰变产物是奇宇称的，所以τ粒子也应当是奇宇称的。
所以，科学家们断言：虽然θ粒子和τ粒子看上去十分相像，而且它们宇称不同，一定是不同的粒子。但是话又说回去，为何两个不同的粒子会具有几乎相同的性质，却惟独宇称不同呢？这就称之为θ-τ之谜。在二十世纪五十年代，这个问题被觉得是粒子化学的关键问题之一。
04宇称不守恒
针对θ-τ之谜，顶级化学学家们提出了好多种理论，并且最终解决这个谜题的是杨振宁和李政道。在1956年的三天，她们三人在一次用餐时激发出一个看法：其实θ粒子和τ粒子本身就是同一种粒子，只是它们衰变时，宇称发生了变化！
高中时我们就学过，自然界有四种基本的互相作用：
第一种叫电磁互相作用，例如两个电荷之间作用就是电磁互相作用。
第二种叫万有引力，例如太阳和月球之间的力就是万有引力。
第三种称作强互相作用，强力才能把质子禁锢在原子核里。
第四种力称作弱互相作用，在θ粒子和τ粒子衰变的过程中，就是弱力在发挥作用。
在前三种互相作用中，都有着力的实验和理论支持宇称守恒，然而在弱互相作用下宇称究竟是不是守恒的，还没有实验或则理论的否认。于是，杨振宁和李政道两个年青人大胆的猜想：其实在弱互相作用下，宇称就是不守恒的？所以同一种粒子，有时侯通过弱互相作用衰弄成偶宇称的粒子，有时侯通过弱互相作用衰弄成奇宇称的粒子。假如真的是这样，θ-τ之谜就被解开了。
不过，对称性是宇宙的基本的规律，在杨和李之前，所有的数学规律都是构建在对称性的基础之上，就连爱因斯坦的相对论也不例外。两个年青人说数学规律是不对称的，这很难让人相信。
于是，杨振宁和李政道决心，要通过实验验证自己的猜测。
05吴健雄实验
1956年末，杨振宁和李政道找到了正打算借助周末出去渡假的亚裔女化学学家吴健雄。吴健雄是一位十分杰出的女人，她后来成为了德国数学学会会长，被称为东方居里夫人。
吴健雄
杨振宁和李政道对她说：我们设计了一个实验来验证弱互相作用下宇称不守恒，您能不能帮我们把实验做下来？
具体的实验过程是这样的：
钴60是一种放射性元素，在弱互相作用下可以衰弄成镍、电子、反电中微子和两个光子：
我们要关注的是两个数学量：钴60原子核的载流子方向和电子的发射方向。通过外加不同的磁场，可以人为控制两个钴60原子核的载流子方向相反，这样它们正好是镜像对称的，我们可以称其中一个钴60为“真实世界”，另一个载流子相反的钴60为“镜像世界”。
由于衰变，无论是“真实世界”的钴60，还是镜像世界的钴60，就会向外发射电子。这种电子要满足哪些规律呢？
首先：按照早已否认的空间旋转对称性，真实世界只要旋转180度才能弄成镜像世界，因而真实世界中向下发射的电子束，一定和镜像世界向上发射的电子束硬度相同；真实世界向上发射的电子束，也一定和镜像世界向下发射的电子束相同。也就是I₂=I₁′，I₁=I₂′。
与此同时，假如宇称也是守恒的，这么依据镜像对称性，真实世界向下发射的电子束和镜像世界向下发射的电子束硬度一定相同，真实世界向上发射的电子束和镜像世界向上发射的电子束硬度也应当相同。也就是I₁=I₁′，I₂=I₂′。
这么，按照以上两条对称性，自然就有四个方向的电子束硬度都相同，即I₁=I₂=I₁′=I₂′。
然而，如果杨振宁和李政道的猜测是正确的，在弱互相作用下宇称不守恒，那才会出现钴60向下和向上发射的电子束硬度不同的情况，实验就是要找到这些不同。
听起来不难，然而实际做上去，难度还是很大。由于原子核都是在不停的运动的，它如何会听话的排成整齐的镜像呢？方式就是增加体温，只有气温降到足够低，原子核的运动能够被禁锢住。
吴健雄被这个新颖的看法吸引了，她取消了自己的放假，在法国国家标准高温实验室里完成了这个实验。她把钴60的湿度增加到0.003K，这早已十分接近绝对零度了，再通过磁场控制钴核的载流子方向，之后统计了大量钴60的衰变结果，发觉了一个惊人的事实：
在实验中，钴60向下和向上发射的电子束硬度不同！
真实世界的里的钴核向上发射的电子多，镜中世界里的钴核向下发射的电子多，每一个钴核载流子方向和电子发射的优势方向都满足右手定则！就好象它们都是左撇子一样！
你看，假如把真实世界的钴60原子旋转180度，才能变换到镜中世界，所以空间旋转对称性还是没错的。并且，假如把真实世界的钴60做一个镜像，就和镜中世界完全不一样，所以在弱互相作用下，镜像对称性被破坏了！宇称果然不守恒了！
1957年初，吴健雄发表了自己的实验结果，支持了杨和李的推论。虽然这么，还是有许多顶尖数学学家不能接受。例如：被称为“物理学界的良心”的泡利说：我不相信上帝是左撇子。理查德.费曼说：我赌50卢布这个实验肯定是做错了。布洛赫更是夸张的说：假如宇称不守恒，我就把自己的军帽吞掉。
虽然有许多人反对，而且实验结果是难以驳斥的。1957年，诺贝尔化学学奖授予给杨振宁和李政道，那一年杨振宁35岁，李政道31岁。想想爱因斯坦从1905年提出光电效应，到1921年获得诺贝尔奖高中的角动量守恒是什么，中间相隔16年。杨振宁先生和李政道先生从提出理论到得奖，中间只隔了1年。
宇称不守恒是一个十分重要的数学结果，它打破了人们的固有观念，把对称性掀开了一个口子。人们发觉：在个别情况下，对称性是有破缺的。正是由于对称性的破缺，一种统一的斥力，才渐渐弄成弱互相作用和电磁互相作用。反过来，我们也可以用一种理论解释弱力和电磁力，这就是强电统一理论。
虽然，早在1954年，杨振宁和米尔斯就写下了杨-米尔斯多项式，并且直至人们理解了对称性破缺，才晓得了这个等式的重要性。再后来，温伯格提出了强电统一理论，盖尔曼等人构建了描述强互相作用的量子色动力学，这一切构成了我们明天对微观世界的最深刻认识：粒子化学的标准模型。
杨振宁和米尔斯
温伯格
盖尔曼
粒子化学标准模
二十世纪上半叶是一个年青化学学家辈出的时代，保罗·狄拉克提出狄拉克多项式的时侯26岁，海森堡提出不确定性原理的时侯也是26岁，爱因斯坦提出相对论和光电效应多项式的时侯25岁，其实正是由于这种年青人没有太多条条框框的禁锢，才才能为数学学作出突破性的贡献。
在杨振宁先生提出宇称不守恒和杨-米尔斯多项式时，都遭到过当时的数学学你们的猛烈批评，但是杨先生在压力下仍然坚持了自己的看法，才有了轰动世界的发觉，成了数学学泰斗。回想起爱因斯坦提出的相对论和光电效应理论，不也是这么吗？
谢谢你们观看本期内容。让我们一起祝杨先生生日快乐！