造物主竟然是左撇子？華裔科學家的實驗如何揭露「左」與「右」的不對稱世界

從「左邊」這個問題說起

要是有人問你「左邊是哪一邊？」你很自然會說「左手那邊」。但如果對方是從沒見過人類的外星智慧，只能文字溝通，你要如何不繞圈子地定義左？理查·費曼曾用一個例子說明：衡量身高可以用氫原子堆疊數量，大家都懂；但左與右看似永遠繞著圈，因為日常物理世界大多對稱，左和右通常只是約定俗成的標記。

什麼是對稱（symmetry）？為何重要

把「對稱」想成「不變性」會比較直觀：如果你改變某個條件，方程式或規律還維持不變，就說它滿足某種對稱。像牛頓的重力定律，不管你在地面、飛機上或地底看，蘋果總是朝地心落下，這是一種空間和時間的連續對稱。還有一種叫離散對稱的情形，例如把正電荷換成負電荷方程式不變，就稱為C對稱（電荷反轉）。另外有時間反演的T對稱（把時間t換成−t），還有本文主角的宇稱P（parity），也就是鏡像對稱：把座標(x,y,z)換成(−x,−y,−z)後，物理是否不變？

θ-τ之謎與對稱的挑戰

1950年代，物理學家發現兩種介子θ與τ在質量、電荷、自旋等性質上完全一樣，但衰變出的產品卻不同：θ衰變成兩個π介子，τ衰變成三個π介子。按常理它們應該是同一粒子，為何衰變方式會不同？楊振寧與李政道提出一個大膽想法：或許弱交互作用不守恆宇稱（P）。也就是說，在鏡像下物理過程不一定會完全一樣。

吳健雄的實驗：如何用實驗定義「左」

要驗證這個猜想，需要實驗。吳健雄設計了著名的吳氏實驗，觀察鈷-60的β衰變：鈷-60會放出電子（β粒子）變成鎳-60。她把原子冷卻並用磁場讓原子核的自旋朝同一方向，然後測量電子被射出的方向。若鏡像對稱成立，鏡像中的電子方向應該與真實世界對應；但實驗結果顯示電子有偏向地一側發射，且偏好與自旋方向相反的方向。

左手或右手？結論驚人

具體來說，電子的發射方向遵循「左手定則」：把左手四指指向自旋方向，大拇指會指示電子偏向的方向。無論在鏡像或真實組別，電子都傾向同一手性的方向，意味著自然在弱交互作用中偏好「左撇子」。換句話說，宇稱（P）在弱交互作用中被破壞了——左和右不再只是人為定義，而是可以被實驗區分。

後續影響：諾貝爾獎與更深的物理問題

楊振寧與李政道提出理論，吳健雄的實驗給予實證，證明弱力會違反宇稱。這一發現改寫了物理對稱性的認知，兩位男科學家因此獲得1957年諾貝爾物理學獎，吳健雄則未被授獎，成為歷史遺憾。之後科學界發現，微中子等一些費米子在弱交互作用下也呈現「左手性」，目前尚未觀察到右手性微中子。

CP 對稱與宇宙的物質不均衡

為了修補失衡，物理學家考慮若同時對鏡像（P）與電荷反轉（C）一起做，或許CP依然成立。但1964年在中性K介子的衰變中發現CP也被破壞，這項發現與宇宙為何以物質多於反物質有直接關聯：若宇宙某些交互作用對稱性被破壞，可能促成了早期物質與反物質之間的微小差異，最終讓物質勝出，才有今天的我們。

回到外星人的問題：怎麼告訴他們「左」？

結論回到原點：若要向外星文明定義左或右，不再只能說「左手」。你可以請他們重複鈷-60的β衰變實驗，測出電子（β射線）偏多射向哪一側；那一側就是我們所說的「左」。這個實驗式的定義，把左與右從主觀標記變成了可以被普遍驗證的物理量。

總結

1) 對稱在物理學中表示「不變性」，但並非所有交互作用都守恆所有對稱。

2) 宇稱（P）是鏡像對稱，長期被認為是守恆，但在弱交互作用中被發現違反。

3) 吳健雄的鈷-60實驗直接顯示弱力偏好左手性，讓「左」與「右」成為可被實驗定義的性質。

4) CP破壞更進一步關係到宇宙中物質與反物質的不對稱，這是宇宙學與基本粒子物理交會的重要課題。

這些發現改變了我們對世界基本規則的理解，也提醒我們：即便看起來最簡單的「左」與「右」，有時也需要精巧的實驗與勇敢的質疑，才能揭開自然的祕密。