“诺贝尔奖获奖模式”研究(四)


 

LY获奖模式(续)

 

“LY获奖模式”中的“L”系指李政道,“Y”系指杨振宁;“获奖”系指李政道与杨振宁二人因发现“在弱相互作用中宇称不守恒定律”于1957年共同获得诺贝尔物理学奖。


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LY获奖模式可以具体解释如下:


◆类A系指微观世界中的相互作用。

微观世界中的相互作用共有4种:即强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和万有引力作用。

由于万有引力作用在微观世界中是非常非常小的,因此在微观世界中通常将万有引力忽略不计。

这样,微观世界中的相互作用就只有3种,即强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用。[1]


◆第一步:以偏概全,导致论题1即“在微观世界的相互作用中宇称守恒”真假未定。

㈠实践证明:

⑴在电磁相互作用中宇称守恒。[2]

⑵在强相互作用中宇称守恒。[3]

㈡逻辑证明:

∴在微观世界的相互作用中宇称守恒(论题1)。[4]


◆第二步:论据真假未定,导致论题2即“在弱相互作用中宇称守恒”真假未定。

㈠逻辑证明:

在微观世界的相互作用中宇称守恒(即上述之论题1,其真假未定)。

㈡实践证明:

弱相互作用是微观世界相互作用中的一种。

㈢逻辑证明:

∴在弱相互作用中宇称守恒。(论题2)。[5]


◆第三步:观察与实验的结果证明论题2即“在弱相互作用中宇称守恒”为假。

㈠逻辑证明:

如果在弱相互作用中宇称守恒,那么“θ-τ之谜”不应存在。

㈡实践证明:

“θ-τ之谜”存在。[6]

㈢逻辑证明:

∴并非“在弱相互作用中宇称守恒”(论题2),即“在弱相互作用中宇称守恒”(论题2)为假。


◆第四步:大量实验的结果证明论题3即“在弱相互作用中宇称不守恒”为真。

㈠逻辑证明:

如果在弱相互作用中宇称不守恒,那么属性r1存在、属性r2存在、……、属性rn存在。[7]

㈡实践证明:

属性r1存在、属性r2存在、……、属性rn存在。[8]

㈢逻辑证明:

“在弱相互作用中宇称不守恒”(论题3),即“在弱相互作用中宇称不守恒”(论题3)为真。[9]


◆证讫。


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[1] 蒋东明著:《李政道》,长春出版社,2001年版,第73页。

[2] “宇称守恒定律最早是从电磁相互作用的角度提出来的,在这范围内它和许多实验结果相吻合。”(魏洪钟著:《细推物理须行乐:李政道的科学风采》,上海科技教育出版社,2002年版,第103页)

[3] “在强相互作用中它(指宇称守恒定律)也和大量的实验事实相吻合。”(同[2])

[4] “因此人们由此(指上[2]与[3]所述之事实)推而广之,把这一定律(即宇称守恒定律)看成为物理学的金科玉律,并用它来判定某种核反应或基本粒子过程是否能够发生。因此和能量守恒定律一样,宇称守恒定律也被看成是自然界一个非常重要的定律。”(同[2],第103~104页)

(由于在此证明过程中使用的是归纳推理,因此,为了确保该证明的论题即“在微观世界的相互作用中宇称守恒(论题1)”为真,就必须①首先将“在弱相互作用中宇称守恒”独立证明为真;②其次要穷尽列举,将已被独立证明为真的“在弱相互作用中宇称守恒”拿来作为此证明中的一个必不可少的论据,从而合乎逻辑地证明论题即“在微观世界的相互作用中宇称守恒(论题1)”为真。否则该证明的论题即“在微观世界的相互作用中宇称守恒(论题1)”真假未定。由于缺少上述两步,因此该证明的论题即“在微观世界的相互作用中宇称守恒(论题1)”真假未定。── 笔者)

[5] “(李政道和杨振宁发现:)长期以来,人们在没有实验数据的条件下,竟理所当然地认定宇称在弱相互作用条件下也是守恒的。”(同[2],第113页)

“在20世纪30年代后,宇称守恒定律被广泛地运用于原子物理、分子物理和粒子物理中,并取得了很大的成功。如在讨论能级标记、选择规则、强度规则及角分布中,人们都假定了宇称守恒。物理学家们慢慢地把这一定律看成为一个普遍规律。”(同[2],第103页)

(由于在此证明过程中使用了真假未定的论据即“在微观世界的相互作用中宇称守恒”,因此尽管使用了正确的推理形式,并且另一论据为真,该证明的论题即“在弱相互作用中宇称守恒”真假未定。── 笔者)

[6] “θ-τ之谜”:“1947年,基本粒子的研究史发生了一项非常奇怪的事。科学家罗切斯特和巴特勒第一次在宇宙射线的云雾照片所留下的一堆光怪陆离的径迹中看到了一个新的奇异粒子,那就是k介子。k介子会发生两种衰变,既能衰变成两个π介子,也能衰变成三个π介子。

“1953年美国物理学家达里兹和法布里通过实验的观察也证实了这一点。”(同[1],第73~74页)

(观察与实验的结果已经清楚地表明:“在弱相互作用中宇称守恒”这一定律实际上是假的,因为任何理论均不能同观察与实验的结果相违背。但是由于某些原因,对“在弱相互作用中宇称守恒”这一虚假的定律予以彻底的否定即证伪还需一定的时日。详情请见下面的[9]。── 笔者)

[7] “他们(指李政道和杨振宁)在论文(指李政道和杨振宁合写的论文《弱相互作用中的宇称守恒问题》)中提出了后来称为‘李-杨假说’的有关弱相互作用中宇称不守恒的观点,并且讨论了可能的检验手段,如利用β衰变的不对称性、Λ衰变的上-下不对称性、π-μ-ε衰变序列和Ξ-Λ-ρ衰变序列。”(同[2],第114页)

[8] “1956年12月27日,吴健雄领导的实验小组所做的实验证明在弱相互作用中宇称不守恒。

“物理学家莱得曼和范因利希利用李、杨曾提出过的μ介子实验方式的基础,……进行实验,结果也证实了μ介子在弱相互作用下宇称是不守恒的。

“物理学家弗里德和特莱格迪在芝加哥用照相乳胶方法确定了μ介子的衰变中宇称也是不守恒的。

“紧随着吴健雄实验之后,全世界有近百个不同实验得到同一结论。”(同[1],第107~109页)

(李政道与杨振宁正式提出“在弱相互作用中宇称不守恒”这一假说,并设计了若干实验用以对该假说进行检验。随后的大量反复的实验证明了这一假说。由于无一例外,该假说遂成为真实的定律,一举取代了原虚假的定律即“在弱相互作用中宇称守恒”── 笔者)

[9] 在最终得到这一正确结论的过程中,无疑有很多的经验教训值得我们关注。以下仅从两个方面进行分析。

一、 已有思想对新思想产生严重的不利影响。

1、“起初,为了解决这个“疑谜”(即上述“θ-τ之谜”,见上[6]),(而这样做的目的则是为了维护原来已有的思想即“在弱相互作用中宇称是守恒的”不被否定即证伪。── 笔者)物理学家们曾假定k介子不只是一种,而是两种。他们把衰变成两个π介子的叫作θ介子,衰变成三个θ介子的叫作τ介子。(同[1],第74页)

(但是,物理学家们的这一假定是不成立的。因为如果k介子不是一种而是两种,那么它们的质量和寿命都应当是不同的。但如下所述,实验证明它们的质量和寿命都是一样的。因此,k介子是一种而不是两种。这实际上已经直接导致了对原来已有的思想即“在弱相互作用中宇称是守恒的”的否定即证伪。但是物理学家们仍不死心,他们继续不断地提出一个又一个新的假说去维护原来已有的思想即“在弱相互作用中宇称是守恒的”不被否定即证伪。请看下述2中李和杨在其思想最终获得突破前的一些想法与做法。──笔者)

“随着测量技术的越来越精确,人们发现:θ介子和τ介子质量都是电子质量的966倍,平均寿命也是一样,在衰变前都只生存大约10  -8(-8为10的指数)秒。纵观整个粒子表,最仔细的测量也丝毫不差地指出:θ介子和τ介子实际上就是一种k介子,可它又确实具有不同的宇称。”(同[1],第74~75页)

2、“在‘θ-τ之谜’面前,李政道和杨振宁最早是想从维护宇称守恒定律出发来解决问题。在所有努力都不成功的情况下,他们才想到了宇称守恒可能在弱相互作用下不成立。(同[2],第113页)

“李政道、杨振宁和其他物理学家一样,对粒子物理学上空的这朵乌云(即上述“θ-τ之谜”,见上[6])深表不安。他们在1954年至1956年间一直在关注这一问题,并竭尽全力来解决它。正如库恩所说,在科学发展中出现反常时,科学家首先要做的是对原来的范式进行修修补补,以把这种反常纳入旧的框架。李政道开始也是在传统的理论框架内做工作,并未怀疑宇称守恒定律是否有问题,而与奥雷耶(Jay Drear)提出了一个雪崩机制来解释“θ-τ之谜”,但是和实验结果相去甚远。(同[1],第107~108页)

“后来,李政道想到宇称可能不守恒,并和杨振宁讨论过这种可能性,但是在这个方向上没有进展。于是他们又设想宇称有双重态,即在一定条件下,一个粒子的宇称值可能不是唯一的,他们并以宇称的双重态为内容写了一篇论文,结果又和实验不一致。(同上)

“事实上,在“θ-τ之谜”出现以后的很长时间里,李政道和杨振宁也都力图在不改变这个宇称守恒定律前提下,从理论上解释这一难题,并先后提出了不少假说,企图从实践上加以检验,但都以失败而告终,或者说一直没有得到满意的结果。”(同上,第114页)

3、“在1928年,有一位美国物理学家考克斯在β衰变中观察到了宇称不守恒现象,…… 但考克斯对于宇称守恒定律深信不疑,便改用不极化的热电子重复做了实验。…… 考克斯因为缺乏取得重大惊人结果的思想准备,在重大发现面前失之交臂,把这项研究推迟了近30年。(同上,第110~111页)

4、“早在李、杨取得这一成果的前一两年,大物理学家朗道的研究生曾写了一篇探讨关于在弱相互作用下宇称不守恒的文章,被朗道斥为“开玩笑”。这位研究生出于对朗道的崇拜而放弃了这一想法,因而他失去了一次重大发现的机会。”(同上,第110页)

二、 逻辑错误导致对客观世界的不正确认识。

1、“以偏概全”的逻辑错误导致对客观世界的不正确认识,由此得出的“在微观世界的相互作用中宇称守恒(论题1)”这一论题真假未定,但却被绝大多数物理学家所坚定信奉竟长达数十年。

2、“论据必须为真”这一在证明中必须满足的逻辑要求被严重忽视,想当然地直接从未被独立证明为真的“在微观世界的相互作用中宇称守恒(论题1)”这一论据推出“在弱相互作用中宇称守恒。(论题2)”这一论题。该论题虽然真假未定,但却一直被当作真实的定律而广泛地加以使用,直至出现“θ-τ之谜”才引起警觉。


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