三、对称方法的困难

通常把利用对称性探索自然奥秘的方法称为对称方法。人们利用对称

方法，曾取得过科学上的进展。

过去，人们认为，粒子物理学中宇称(P)，是反映空间左右对称即镜像对称的物理量，这个物理量是守恒的，这就是通常说的宇称守恒定律。这一定律在强相互作用、电磁相互作用和引力相互作用的条件下都是正确的。但是，1956 年李政道和杨振宁认为，在弱相互作用下，空间的左右对称会出现破缺，也就是说，在弱相互作用下，宇称 P 不再守恒了。这一预言，被 1957 年吴健雄的实验所证实。她同时还证明了，电荷的共轭变换 C， 在弱相互作用下也不守恒。这就打破了通常人们认为的，空间反演对称和正反粒子变换在任何情况下都对称的传统观念。后来，物理学家们又预言， 宇称 P 和电荷的共轭变换 C，虽然在弱相互作用下分别不守恒，但 P、C 二者联合作用又是守恒的和对称的。朗道曾将这一组合变换的对称性称为“CP 对称原理”。这一原理为μ±粒子的衰变实验所证实。1964 年，菲奇等人发现，在 k 介子的衰变实验中，CP 联合作用在弱相互作用下不守恒。这说明，CP 联合对称并不严格成立，即又出现了对称破缺。但是，如果加上一个时间反演 T，则出现了 CPT 联合作用的对称。这说明，当分别考察空间反演(P)、电荷共轭变换(C)、时间反演(T)时，可能是分别不对称的，但它们做某种联合反演则又变为对称的。这个复杂过程表明，在科学的认识过程中，似乎经历着：对称——不对称——新的对称——新的不对称这样的链条。但是，这个链条在什么条件下能成立，却难以寻求统一的模式。

在对自然科学的深入研究中，人们还常常采用“对称填补法”来做出科学发现。所谓“对称填补法”，就是把科学的逻辑体系中不对称的地方， 填补成对称的，从而有目的地去探索未知世界的方法。这个方法曾取得过一定的成功。例如，Ω-粒子、粲夸克 C，都是用这种方法先做出预言，后来才得到证实的。1962 年，美国科学家盖尔曼，根据 SU（3）八重态模型的对称性，预言了Ω-的存在，后来就被出色地证实了。过了两年，即 1964 年，盖尔曼又提出著名的夸克模型，预言了强子由 u、d、s 三种夸克组成， 这一成果使他获得了 1969 年诺贝尔物理学奖。到 1970 年，格拉肖注意到， 夸克和轻子有很好的对称性，而轻子有 ve、e、vμ、μ四种，其中，三种轻子 Ve、e、μ和三种夸克 u、d、s 是一一对称的，唯独另一种轻子 vμ没有与之对称的夸克，出现了对称性破缺。据此，他大胆地预言了存在着粲夸克 C，并指出，粲夸克 C 与轻子 yμ相对称。这一预言，被 1974 年丁肇中等人发现的ψ/J 粒子所证实。上述成果，鼓舞了人们大胆地去使用“对称填补法”来思考问题。但是，在某些场合对称填补法却是无能为力的。例如，现代化学中，有人利用周期律的对称性，填补了化学元素周期表的第七、八、九周期；还利用无机物和有机物的对称性，用填补法制定了有机物周期律，事实证明，这种填补没有取得进展。

以上情况说明，利用对称填补法是有条件的，那末，这种条件是什么呢？现在谁也说不大清楚，这就是对称方法的困难。

总之，对称与破缺的转化以及在科学研究中利用对称方法，都存在着许多困难和问题，这些困难和问题的解决，将会极大地促进现代科学的发展。

（王德胜）