江棋生文集
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成也智者,败也智者


   (北京相对论研究联谊会科学家联盟教授级成员,卢鹤绂论坛主持)
   成也智者,败也智者

   
    美国激光干涉引力波观察站中臂长达4公里的L型激光干涉仪,堪称当代物理学界聪慧智者们的超凡杰作。它的设计目标是:能排除一切可能的伪引力波效应,并能获得可期望的极高灵敏度,即1021分之一的可探测长度变化。在本文中,激光干涉仪近乎完美的振动隔离装置、真空泵、激光器等等,就不去说了,单说该仪器中起透视和反射光束作用的镜子,就是不可多得的世间极品。激光干涉仪中的人造蓝宝石平面镜,镜面极端平整,其精度高达十分之一纳米,即原子的直径尺度。镜面只有极低的损耗,足以保证激光束在光腔中的积聚。此外,镜子的形状非常精准,能使激光束紧密聚焦、形成干涉条纹。一句话,智者们鬼斧神工般打造出来的镜子,在去年9月成功捕捉到引力波直接证据的重大事件中,乃是一位不可忽缺的重要功臣。

    简单表过世所罕见的人造蓝宝石镜子,我要说说家家都有、人人皆知的玻璃镜子;并将对空间反演物理学界智者们在明镜面前不慎失察的“镜前盲”,作一番不客气的点评和论说。
    关于玻璃镜子,我能说出什么新鲜玩意儿来呢?我要说的是,只要用一面极普通的平面镜,就能实现无能耗的、稍有点另类的“现场直播”。请设想一下歌舞团的练功房,其中一面墙上镶嵌有巨大的镜子。当舞者开练时,你完全可以背对她们,从镜子里去看“现场直播”画面。你很明白,镜中的舞者和你身后的舞者在干同一件事,并且是共时地、丝毫不打折扣地在干同一件事。二者唯一的不同之处是,现实场景中的“左”和“右”,分别变成了镜像画面中的“右”和“左”。而这种不同,也就是镜面“现场直播”和大家所熟知的电视“现场直播”的不同;但,仅此而已。
   事实上,在每一家理发店中,镜面“现场直播”每天都在悄无声息地上演。当理发师用右手(左手)握住推子给顾客理发时,只要顾客不闭目养神,他就能从“现场直播”中看到,镜像画面中的理发师,正用左手(右手)握住推子,在给镜中的顾客理着发。理发店中镜外的“右手/左手”变成镜中的“左手/右手”这一幕,就连幼儿园小朋友都能干脆利落地说明白。这里没有魔术,就是眼见为实。这里无须推理,是啥说啥就成。
    不光是理发,干任何人间活计,镜外的“右手”,都会变成镜中的“左手”;而镜外的“左手”,则都会变成镜中的“右手”。例如,在物理学研究中,有时会遇到下述情形,即需要对旋转物体的旋转方向进行标记。如何标记呢?方法是:用左手握住一个旋转的物体,让4个手指指着物体表面旋转的方向,人们就把大拇指所指的方向定义为物体旋转的方向。使用左手来作定义纯属约定俗成;不过,重要的是,我们有了一种能方便地标记物体旋转方式的办法。于是,当某位物理学家用自己左手大拇指的方向,去标定某个旋转物体的旋转方向时,人们在镜面“现场直播”中必定会看到,镜中物理学家正共时地在用他右手大拇指的方向,去标定镜中旋转物体的旋转方向。排除心术不正的因素,则任何心智正常的观众都不可能说,他看到镜中物理学家正用其左手大拇指的方向,去标定镜中旋转物体的旋转方向(这叫睁眼说瞎话);也不可能说,他看到镜外物理学家把其左手伸到了镜子里面,先是把镜中物理学家给赶跑,再去给镜中旋转物体标定旋转方向(这叫出现幻觉,或叫胡编乱造)。
   对相关科学工作者来说,观看镜面“现场直播”,就是对镜像世界进行科学观察,并进一步将观察结果与现实世界进行科学比对。其最终目的,是要解决下面的问题:支配镜像世界的物理规律,是否与支配现实世界的物理规律相一致?如果一致,则左右是对称的;如果不一致,则左右不对称。根据上文的叙述,相关科学工作者理应和普通观众一样,板上钉钉地得到如下结论:当镜外物理学家用自己左手拇指的方向,去标定某个旋转物体的旋转方向时,镜中物理学家则共时地用他右手拇指的方向,去标定镜中旋转物体的旋转方向。而只有立足于这种可靠的观察结果,才能正确把握和描述镜像世界中的相关物理规律,并进而与现实世界加以比较,得到相应的科学结论。然而,不幸的是,悠悠古训“智者千虑,必有一失”,却在空间反演物理学界智者们身上得以应验;更为不幸的是,他们的“一失”,后果相当严重。
    一直以来,在空间反演物理学界中,那些智者们认定:“如同镜子里的表针是逆着转一样,镜子里核的旋转方向也是相反的。”[1]应当承认,这句话的“似是”度不低;人们即使过了脑子,也会很容易对其点头称是。这是因为,在现实世界里,两个表面旋转方向正好相反的物体,它们的旋转方向也必定正好相反——这一点为人们所熟知,且无可争辩。我在书中初次读到那句话时,同样毫不觉得它有什么不对劲的地方。在文献[1]给出的示意图中,与镜外之核相比,镜中核的表面旋转方向反过来了,于是我就“理所当然”地认为,它的旋转方向也自然就相反了。只是在以后对上述认定加以多次逼视和反复琢磨后,才使它的似是而非无可逃遁地裸露出来。而一旦对这个问题领悟通透,论证起来非常简单:在文献[1]的示意图中,镜外核的旋转方向是平行于镜面的。按照“镜中核的旋转方向,是由镜中物理学家用他右手拇指的方向所标定”的观察证据,我们立即可以认定,纵然镜中核表面的旋转方向相反了,但镜中核的旋转方向和镜外核的旋转方向却是相同而不是“相反”的!将上述结论与文献[1]中的认定相比,对错立判。此外,如果镜外核的旋转方向是垂直于镜面的,那么,同样依照上述观察证据,我们可以判定,镜中核的旋转方向和镜外核的旋转方向乃是正好相反,而不是智者们认为的“相同”!如果镜外核的旋转方向是任意的空间方向,则可以分解为平行和垂直于镜面的分量来处理。至此,我们就可立得如下结论:旋转物体的旋转方向这一矢量,乃是真矢量,而不是赝矢量。这一结论,完全推翻了智者们一向所持的“旋转物体的旋转方向是赝矢量”的错误认定。
    在这里,我们要逼问一句:以文献[1]为代表的空间反演物理学界的智者们,究竟是凭什么观察证据和逻辑依据,去确定“镜子里核的旋转方向”的呢?令人遗憾的是,在文献[1]及其它我所读过的物理学书籍和论文中,对此未置一词。而近10年来,我也是三思难得其解。现在,我将勉力觅得之一解试述如下:原因极有可能是,100多年前,始作俑者出于不经意间的轻忽,一是没有走到镜子跟前去比划和观察;二是在头脑中想象镜像世界时,见物不见人,只看到镜中旋转的核,却看不到给镜中之核标定旋转方向的人;三是想当然地把自己的左手伸进镜像世界,去给本应无从染指的镜中旋转物体标定方向。三招不慎,遂铸大错。100多年来,后继者或重蹈这一“镜前盲”,或对前人“结论”未作严格审察而加以接受,并浑然不觉、一代一代地以讹传讹,直至21世纪的今天。
   
   
    现在是时候了,是到了从上述旷世迷误中走出来的时候了!而且,走出来的办法简便易行得很:只要请空间反演物理学界的智者们来个忙里偷闲,相约走到镜子跟前,边用自己左手拇指的方向去标定某个旋转物体的旋转方向,边看近在咫尺的镜面“现场直播”,瞧瞧镜中旋转物体的旋转方向,到底是不是由他们的镜像在加以标定、又是怎样标定的,他们就会在经历一番难免的震撼和阵痛之后,明白100多年来看似无可置疑的“共识”,原来竟是理性失足造成的误识;并会以豁然开朗的心境,首肯和背书如下之结论:镜中旋转物体的旋转方向,是由镜中物理学家用他右手拇指的方向所标定。这样,对于文献[1]所描述的情形,他们就会痛快地认定,镜中核的旋转方向和镜外核的旋转方向,不是相反而是相同的。并且我相信,他们还会很快体悟到,正是缘于原初那个不经意间的失足,空间反演物理学界的人们才会一步步深陷歧路而不自知:
   首先,人们基于最初的错误认定,得到了物体旋转方向这个矢量以及其它类似矢量不是真矢量、而是赝矢量的“重要”结论。而若干年之后,又正是以赝矢量及由赝矢量所衍生的赝标量概念为基石,李政道、杨振宁于1956年10月发表了他们的“划时代”论文:“对弱相互作用中宇称守恒的质疑”,[2]明确提出弱相互作用中左右可能不再对称。随即,根据李政道和杨振宁的下述建议:在弱相互作用实验中去测量赝标量项,通过观察赝标量项,就能得到左右对称是否受到破坏的结论,吴健雄率一批科学家于1956年秋冬开始做钴核(Co60)的Beta衰变实验;[3]1957年1月15日,美国哥伦比亚大学物理系举行了一次史无前例的新闻发布会,会上公布了吴健雄小组的实验结果,向全世界宣布“左右对称原理”在弱相互作用中被“推翻”。之后,李政道和杨振宁获得1957年诺贝尔物理学奖,世界物理学界就此确认“弱相互作用中左右不再对称”,并进一步引出“弱相互作用中正反共轭变换对称性也遭到了破坏”。
   
   成也智者,败也智者

   
   
    我不想讳言,如此搭建起来的空间反演物理学大厦,正面临崩塌的命运。这一断言基于如下环环相扣的理由:
   1、根据观察证据,镜中旋转物体的旋转方向,是由镜中物理学家用他右手拇指的方向所标定;同样的观察表明,当镜外物理学家根据矢量代数中的“右手法则”,去用他的右手标定两个矢量的矢量积之方向时,镜中物理学家则共时地用其左手在标定镜中两个矢量的矢量积之方向。
    2、于是,物体旋转方向这一矢量和两个矢量的矢量积,以及所有以矢量积方式表示的物理量,如角动量、角速度、力矩、磁感应强度、磁化强度和自旋角动量等,统统都是真矢量或极矢量,而不是赝矢量或轴矢量。
   3、由于根本不存在赝矢量和赝标量,李政道和杨振宁获奖论文的基础将荡然无存,他们的结论将被彻底颠覆,而正确的结论将立马浮出水面,即弱相互作用中左右是对称的。
   4、吴健雄实验及相关的其它实验所测量的,事实上都不是赝标量项,而是标量项,因此它们所真正确认的,不是所谓“弱相互作用中左右不再对称”,而恰恰是:弱相互作用中左右依然对称。
   5、弱相互作用中正反共轭变换对称性压根儿未遭破坏,完好无恙。
   有必要提到的是,上述五条显得惊世骇俗、并有可能使空间反演物理学界地动山摇的革命性见解,我在2006年开始起草、并于2010年定稿的三篇物理学论文中,已经给出了规范的论述。那三篇论文的题目是:“透视赝矢量”、[4]“弱相互作用中左右依然对称”[5]和“检视C变换和C不变性”。[6]2013年8月,我又撰写了一篇带有一定科普性质的文章:“旋转物体镜像的旋转方向究竟由谁来标记”,[7]文章问世后,得到了江苏朱顶余先生和广东司今先生的高度肯定。朱顶余先生的评论是:“我已经大彻大悟,彻底领悟江棋生的灵感之精神实质所在。李政道曾经声称旋转运动并不遵守镜像反射守恒(即旋转运动超越了左右对称原理),而江棋生这篇文稿就是在说,根据观察证据去对旋转运动进行正确的方向判定,即可纠正旋转运动镜像不对称的说法。”司今先生则大呼:“江棋生先生在这里提出了一个重要的问题!!!大家应当重视!”

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