在本文中,我们就两个量子力学中的实际例证进行分析,简捷明快地对宇称守恒定律进行了证伪,说明其的确不能成立。我们举出的例证是:一维自由粒子的定态波函数,及一维自由粒子受方势垒散射的定态波函数。
在我们的证伪过程中,由式(3)至式(9)七个必要的公式,起到了中流砥柱的作用。而我们知道,有些朋友和网友一见到公式就会头晕。因而在此,我们愿诚挚地对他们说:我们是别无选择,只能对公式依重有加啊。而你们,则大可对文中的公式视而无睹,只需读读我们的中文表述,品品文章的逻辑架构;接着,再把文章转发给懂点物理学的朋友和后生就行。
1957年1月,吴健雄实验出了结果,宇称守恒定律遂在弱相互作用领域中被“证伪”——这是一桩即刻轰动世界物理学界的重大事件。不过自那之后,人们形成了一个坚定的共识:宇称不守恒仅仅发生在弱相互作用中,在电磁相互作用、引力相互作用和强相互作用中,宇称守恒定律完全无恙、照样成立。
现在,我们要对上述共识提出质疑:在弱相互作用领域之外,宇称守恒定律果真能够妥妥地成立吗?
为此,我们有必要首先将现有理论中的宇称守恒定律转述如下:
如果多个粒子组成的体系的哈密顿算符不是时间t的显函数,并在宇称变换下不变,即有
则体系的定态波函数就具有确定的宇称:
并且,这种由宇称量子数所表征的宇称不随时间而改变,即宇称守恒。其中,量子数+1表征波函数的偶宇称,量子数1表征波函数的奇宇称。
接着,我们就来考察量子世界里的两种情形:一种是一维自由粒子的运动;另一种是一维运动粒子受方势垒散射的问题。这两种情形都发生在弱相互作用领域之外。
我们先考察一维自由粒子的运动。
一维自由粒子的哈密顿算符为,
. (3)因此,按照宇称守恒定律,一维自由粒子的定态波函数必定具有确定的宇称。
然而我们看到,它的两个定态波函数为
,
, (4)即
这至少表明,对于一维自由粒子的运动,宇称守恒定律并不成立。
我们再来考察一维运动粒子受方势垒散射的问题。
所谓方势垒是指粒子受到势能为
(6)力场的作用,体系的哈密顿算符为
, (7)它不是时间的显函数,并显然满足
. (8)而体系的定态波函数为
,
,
, 显然
这就表明,对于一维运动粒子受方势垒散射的问题,宇称守恒定律也不成立。
至此,我们可以明确地断言:在弱相互作用领域之外,宇称守恒定律就这样被轻松地证伪了。也就是说,从这条定律被得到的那天起,它就不是量子世界中的普遍规律。上述断言,最早于2009年9月8日被我们公诸于世[2]。2022年5月,我们又在自己的物理学专著中对其加以重申[3]。
应当说,得出这样的断言,真的说不上有多大的困难;无需冥思苦想,更不用长篇大论,我们仅用了区区几百个字,就干成了。
令人感到十分纳闷的是,为什么自这个定律被提出近100年来,就一直没有人用自由粒子定态波函数去对它加以方便的证伪?甚至有人明确提到了“自由粒子定态波函数没有确定的宇称、该波函数不是宇称算符的本征态”[4],也在只差半步之遥的地方停了下来,而没有得到一个势在必得的重要结论:至少对一维自由粒子的运动来说,宇称守恒定律并不成立。
直到1956年,人们因为所谓的
现在我们看到,在弱相互作用领域之外,宇称守恒定律早就并不成立。这就使我们必然要进一步发问:这个所谓的定律,究竟是否确实存在?人们在把它推导出来的时候,有没有出错?如果有,到底错在哪里?
在下一篇文章中,我们将回答上面的发问。
2025年11月28日 定稿于北京家中
参考文献:
[1]江棋生. 宇称守恒与左右对称毫无关涉. 2025年11月25日发布于微信公众号“阿斗凿墙”、《光传媒》和《民主中国》网刊.
[2]江棋生. 质疑量子力学中的宇称守恒定律[OL]. 序号1512,自然科学—物理学,中国预印本服务系统,国家科技图书文献中心网,2010.09.08.
在网上搜索一下,就能见到这篇文章;或去我的《科学网》博客,也能找到这篇文章.
[3]江棋生. 物理学分立对称性新论[M]. 武汉:汉斯出版社,2022:135.汉斯出版社关于此书的荐读网页:
https://mp.weixin.qq.com/s/2rlTYJejUuWzWJLNZV7_aQ
[4]卓崇培,刘文杰. 时空对称性和守恒定律[M]. 北京:高等教育出版社,1982:160-161.
[5]李政道. 弱相互作用和宇称不守恒(1957年12月11日在诺贝尔物理学奖颁奖典礼上的演讲)[A]. 诺贝尔获奖者演讲集:物理学1942-1964[R].
阿姆斯特丹:Elsevier 出版社,1964:406-418.


