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泡利的错误 (下)

- 卢昌海 -

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四. 泡利的第二次错误： 宇称守恒

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注释

1. 宇称守恒， 或者说宇称对称性， 是指物理定律在坐标反演 (r → -r) 下不变。 在三维空间中， 通过旋转对称性， 坐标反演可以约化为镜面反射， 从而宇称守恒常被通俗地表述为： 从镜子里看世界， 物理定律依然成立。
2. 对此， 韦斯科夫在自传中不无自豪地表示是自己心中的 “善” 占了上风， 才没有在回复泡利 1 月 17 日的信件时答应跟泡利赌 1000 美元！
3. 细心的读者也许注意到了， 泡利把宇称 “去世” 的日期搞错了几天， 不知这是否意味着心情尚未完全平复？
4. 当然， 外尔的二分量方程式是针对无质量粒子的， 在中微子有质量的情形下并不完全适用， 不过这跟泡利的反对理由是两码事。 另外值得一提的是， 萨拉姆有关中微子方程式的文章在发表前曾给泡利看过， 泡利通过维拉斯转达的评价是： “请向我的朋友萨拉姆问好， 并告诉他思考点更好的东西。”
5. 顺便介绍一下泡利的反对理由——主要有两条： 一条是： 电荷守恒， 能量动量有什么理由不守恒？ 另一条是： β 衰变在表观上总是损失能量， 若能量果真不守恒， 有什么理由总是损失能量， 而从不增加能量？
6. 泡利给中微子所取的名字是 “中子” (neutron)， 这个名字不久之后被我们如今称为 “中子” 的粒子所 “占有”。 另外值得一提的是， 泡利所假设的中微子在具体参数上跟真实的中微子存在很大差异， 比如其质量被假定为与电子相当， 磁矩的上限被大大高估， 穿透能力则被大大低估。 但这些都是可以理解的， 在那样早期的阶段， 定性远比定量重要， 而中微子所具有的质量轻、 穿透性高、 磁矩小等性质在定性上仍被涵盖了。
7. 不过早在 1953 年， 中微子存在的早期证据就传到了泡利所在的苏黎世。 泡利兴奋地携几位同事登上了苏黎世附近的玉特利山 (Üetliberg)， 并喝了不少红酒。 据一位同事回忆， 在下山途中， 泡利说了一句令他终生铭记的话： “记住， 所有好事都垂青于有耐心的人”。 不过， 中微子的发现直到 1995 年才获颁诺贝尔物理学奖， 已风烛残年但侥幸健在的莱因斯算是 “有耐心” 地等到了， 柯温却很遗憾地在 21 年前就去世了。
8. 在粒子物理标准模型中， 中微子原本只存在左手 (left-handed) 态， 从而直接、 并且最大化地破坏了宇称对称性——被称为 “宇称的最大破坏” (maximal violation of parity)。 中微子被发现有质量之后， 情势复杂化了， 目前尚无扩展标准模型的唯一方案， 宇称的破坏有可能不再是最大化的， 但中微子的状态及相互作用依然是直接破坏宇称对称性的。
9. 泡利与吴健雄相识于 1941 年泡利访问加州大学伯克利分校 (University of California at Berkeley) 期间， 对吴健雄的前述赞许来自泡利 1957 年 8 月 5 日给荣格的信。 作为比较， 另两位有幸 (或不幸？) 与泡利交往过的华人物理学家——周培源和胡宁——从他那儿得到的评价就乏善可陈了： 周培源 1929 年在泡利处工作过， 泡利在接受普林斯顿高等研究院的询问 (因周于 1936 年申请到该院工作) 时表示： “我对他的科学才能没有太好的印象”； 胡宁 1944 年在泡利处工作过， 泡利在给朋友的信里表示： “胡只在数值计算上有用， 我很想把他赶走， 但不太知道能赶他去哪里”。
10. 这件逸闻是李政道在给美国科罗拉多大学的科学史学家富兰克林 (Allan Franklin) 的信件中讲述的。

参考文献

1. H. Atmanspacher and H. Primas, Recasting Reality: Wolfgang Pauli's Philosophical Ideas and Contemporary Science, (Springer, 2009).
2. N. Bohr, Collected Works (vol 5), (North-Holland Physics Publishing, 1984).
3. N. Bohr, Collected Works (vol 9), (North-Holland Physics Publishing, 1986).
4. C. P. Enz, No Time to be Brief: A Scientific Biography of Wolfgang Pauli, (Oxford University Press, 2002).
5. M. Fierz and V. F. Weisskopf (eds), Theoretical Physics in the Twentieth Century, (Interscience Publishers Inc., 1960).
6. R, P. Feynman, Surely You're Joking, Mr. Feynman!, (W. W. Norton & Company, 1997).
7. A. Franklin, The Neglect of Experiment, (Cambridge University Press, 1986).
8. G. Fraser, Cosmic Anger: Abdus Salam - The First Muslim Nobel Scientist, (Oxford University Press, 2008).
9. D. Lindorff, Pauli and Jung: The Meeting of Two Great Minds, (Quest Books, 2004).
10. J. Mehra and H. Rechenberg, The Historical Development of Quantum Theory (vol 1 part 2), (Springer, 1982).
11. J. Mehra and H. Rechenberg, The Historical Development of Quantum Theory (vol 3), (Springer, 1982).
12. J. Mehra and H. Rechenberg, The Historical Development of Quantum Theory (vol 6 part 1), (Springer, 2000).
13. A. I. Miller, Deciphering the Cosmic Number: The Strange Friendship of Wolfgang Pauli and Carl Jung, (W. W. Norton & Company, Inc., 2009).
14. A. Pais, Einstein Lived Here, (Oxford University Press, 1994).
15. W. Pauli, General Principles of Quantum Mechanics, (Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1980).
16. S. Tomonaga, The Story of Spin, (University of Chicago Press, 1997).
17. V. Weisskopf, The Joy of Insight: Passions of a Physicist, (BasicBooks, 1991).
18. C. N. Yang, Selected Papers with Commentary (1945–1980), (W. H. Freeman and Company, 1983).
19. 季承、 柳懷祖、 滕麗 (編), 《宇稱不守恆發現之爭論解謎》, (天地圖書, 2004).

二零一四年七月十六日写于纽约
二零一四年七月十七日发表于本站
https://www.changhai.org/

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网友讨论选录

• 网友： 王连涛   (发表于 2014-07-26)

  昌海的 Pauli 的错误写得很精彩。 我这里也来画蛇添足一下。

  首先， 涉及到瑞士理论物理学家 Ernst Carl Gerlach Stueckelberg (也许我们可以以后另外谈谈他的主要贡献)。 在 1935 年， 他提出如果有一个质量为电子 280 倍的粒子传播核力， 则可以解释为什么核力是短程力。 这其实就是我们现在熟知的 pi 介子， 和电子的质量比是 260 多。 接下来的故事我们可以猜到。 他和 Pauli 去讨论， 他的理论被称为是 “我所见过的最愚蠢的东西”， 并被警告说 “如果把这个理论拿去发表， 我对你的尊重就会消失”。 于是他就没有发表这个理论。 这个理论被 Hideki Yukawa (汤川秀树) 独立地重新发现。 汤川因此获得了 1949 年的 Nobel 奖。

  另一个 “险遭毒手” 的是 Bhabha， 不过经过有所不同。 Bhabha 本来是 Cambridge 的学生， 后来被导师送到 Pauli 那里学习。 不过 Pauli 一直认为他没有希望， 不理他。 正是在这段时间里， Bhabha 写出了后来被列入每一本教科书的被称为是 Bhabha 散射的文章。 当 Bhabha 把文章拿给 Pauli 时， Pauli 的答覆是 “如果这是你做的， 我就没兴趣看”。 后来， 绝望的 Bhabha 找到了 University of Zurich 的 Gregor Wentzel。 Wentzel 看了文章， 立刻认识到了其重要性。 于是他就拿了文章去找 Pauli。 Pauli 听说是 Bhabha 的东西， 还是不想听。 Wentzel 劝 Pauli 暂时假装认为文章是 Wentzel 写的， 这才说服 Pauli。

  看到 Pauli 的这些故事， 我有时觉得为什么那些人不直接忽视他的意见而发表文章。 我想原因肯定是尽管 Pauli 有不少著名的错误， 但是他对的时候更多。 只是这些对的事例很少被记录下来就是了。 这种 “总是对的” 的名望可能对那些直接在欧洲在他的鼎盛时期和他有过近距离相处的人来说更加刻骨铭心。 这也许是为什么他的反对对李和杨没能起那么强的作用的原因。

  另外， 我觉得创造性的工作在开始的时候往往看上去不一定很有希望。 这时候， 甚至需要有一种愚蠢的坚持和盲目的乐观去支持才能继续下去。 Pauli 的成就不如 Heisenberg、 Dirac、 Schrödinger 等等。 这里面当然有很多机缘巧合， 但是我想他的个性也有一定的关系。

  既然说到 Pauli， 在多掰几句。 Pauli 其实是一个很复杂的人。 比如， 他和 Jung (荣格) 一起研究梦的组成， 一起提出过量子力学的统计性和超自然力有关。 他们甚至一起研究了 Pauli 效应 和超自然力的关系。 这当然说不上一定是什么错误。 只能说 Pauli 不仅仅是物理学的良心那么简单， 也是复杂的， 也是一个人。

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