江棋生|无谜可言的θ -τ 之谜

阿斗的梦2026年01月07日约 9 分钟

江棋生 | 文

导读：在《两种站不住脚的宇称守恒定律之证明》[1]一文中，我们考察了相关物理学专著和量子力学教科书中给出的两种典型证明，发现它们都有明显的谬误，都是站不住脚的。于是我们在文中认为：所谓宇称守恒定律，恐怕不是什么局部不成立的问题，而是很可能压根儿就并不存在。在那篇文章的结尾处，我们作了预告：在我们的下一篇文章中，将讲述物理学史上很有名的θ -τ之谜，并给出我们独特的破解之道。

现在，我们用心写得的这篇破谜解谜文章面世了。在秉持“求真与严谨 ”写作态度的前提下，我们尝用科普文章的标配笔触，先介绍当代物理学史对θ -τ之谜的描述，再叙述60多年前物理学界对它进行的艰辛破解，最后给出我们关于θ -τ之谜的颠覆性见解。

我们相信，与不得不援引公式的准科普文字相比，这篇科普文章的较为可读和易于理解，应该是可以期待的。

当代物理学史告诉我们，20世纪50年代基本粒子物理学中的θ -τ 之谜，是一个使当时整个物理学界感到困惑不解的梦魇之谜。经过敢于挑战权威和挑战定论的李政道、杨振宁、吴健雄等物理学家的努力，1957年1月中旬，宇称守恒定律在弱相互作用领域中被推翻，θ -τ之谜也顺势被一劳永逸地破解。

当我们在弱相互作用领域之外证伪了宇称守恒定律，及发现了该定律的两种典型证明站不住脚之后，上述不可小觑的θ -τ之谜，自然就进入了我们的视野。可以毫不夸张地说，我们对所谓的θ -τ之谜，已能气定神闲地给出洞若观火般的解拆之词。2009年9月，我们发布《质疑量子力学中的宇称守恒定律》[2]一文，其中就有我们对θ -τ之谜的独家看法；2022年5月，在《物理学分立对称性新论》[3]这部专著中，我们又作了明确的重申。

在这篇文章中，我们先介绍当代物理学史对θ -τ 之谜的描述，接着叙述60多年前物理学家们对θ -τ之谜的艰辛破解，最后给出我们关于θ -τ之谜的独特破解之道。

一、当代物理学史对θ -τ 之谜的描述

1947年，从事宇宙射线观察的实验物理学家发现，有一个被称为θ粒子的基本粒子在衰变时，变成了两个π介子，用式子加以简明表示，即有：

θ → π + π .(1)

1949年，他们又发现了另一个基本粒子——τ 粒子，它在衰变时变为三个 π介子，用式子表示即有：

τ → π + π + π .(2)

几乎在作出上述观察发现的同时，他们在实验室里也得到了同样的结果。

随着实验手段和方法的改进，到20世纪50年代早期，θ 粒子和τ粒子具有相同的寿命、相同的自旋、相同的电荷及几乎相同的质量，已是公认的实验事实。根据上述“ 四个相同 ”，看来没有理由不将它俩确认为同一个粒子。

然而，从它俩衰变结果的不同，物理学家认定它俩的宇称却并不一致，前者为偶，后者为奇[4] 。决不能小看这样一种唯一的不同。对当时的物理学家来说，二者宇称的不同，乃有举足轻重的意义。因为宇称守恒定律的硬核要求是，如果它俩为同一个粒子，则它俩的宇称必须一致，没有商量。既然它俩的宇称并不一致，就绝不可能是同一个粒子。

如果人们基于“ 四个相同 ”，坚持认为它俩是同一个粒子，则势必冒犯宇称守恒定律。而宇称守恒是早就与左右对称无缝锚定的，那个时候谁敢怀疑宇称守恒，就是怀疑神圣的左右对称原理，这可是冒犯天条啊。

不过，“四个相同 ”又明明硬邦邦地摆在那里，人们难道能闭着眼睛绕过去，愣说它俩是不同的两个粒子吗？

那么，θ 粒子和τ 粒子究竟是同一个粒子，还是不同的两个粒子？对此，物理学家绞尽脑汁不得其解，遂有θ —τ之谜。

二、物理学界对θ —τ之谜的破解

然而，科学家的脾气是，再难解开的谜，也得解。杨振宁先生后来回忆当年的亲身经历时，说过下面一段话[5][6]：

那时候，物理学家发现他们所处的情况，就好像一个人在一间黑屋子里摸索出路一样，他知道在某个方向上必定有一个能使他们脱离困境的门。然而，这扇门究竟在哪个方向上呢？

从1954年开始，终于有人开始大胆质疑宇称守恒定律的不可动摇性。美国物理学家派斯在《基本粒子物理学史》中说，宇称不守恒这个课题，“至少在1954年的东京会议上就出现了 ”。到第六届罗彻斯特会议上，“人们第一次在会上会下对这种选择进行了认真的讨论 ”[7]。

与其他质疑者相比，后起之秀李政道和杨振宁的切入点选得比较恰当和可行。他俩在1956年提出，宇称守恒在其它相互作用中都受到过检验，是没有问题的。但宇称守恒却从来没有在弱相互作用领域中受到过检验。他们还进而讨论了做出这种检验所需的一系列实验条件，李政道则更是当面请吴健雄和她的合作者去做第一个这样的实验。

1957 年1月中旬，吴健雄实验结果出来了：在弱相互作用领域中，宇称确实是不守恒的，亦即左右对称真的出现了破缺。这一重大的惊人结果，或被欣喜地拥抱，或被无奈地接受；总之，很快就被物理学界公认了。

两强顶牛硬者胜。偏偏在弱相互作用中，宇称守恒定律表现拉胯，左右对称原理“被判明是一种偏见“[8]。于是，加在θ粒子和τ粒子身上的宇称守恒定律之硬核要求被撤销了，人们对θ -τ之谜的理解也就随之“豁然开朗 ”：

θ 粒子和τ粒子就是同一个粒子！虽然它俩的宇称不一致的确令人遗憾，但原因已经探明，那是由“宇称不守恒 ”或“左右对称之破缺 ”造成的。换句话说，人们终于揭开了θ -τ之谜的谜底，那就是：尽管在其它三种相互作用之中，上帝的确不是左撇子，但在弱相互作用领域中，上帝可就是个左撇子。

三、 θ -τ 之谜：我们的独特破解之道

对著名的θ -τ之谜及来之不易的人们对它的“成功 ”破解，我们如何看待？我们关于θ -τ之谜的独特破解之道，又是什么？

上世纪 50 年代， θ -τ之谜之所以使人特别纠结，乃是因为人们认为：这两种粒子宇称不一致的事实，与它俩的其它物理性质几乎完全一致的事实，二者都十分刚硬，在掐架中处于平权地位。于是，要把它俩定为同一个粒子，就得宇称守恒定律是个软柿子才行。而要把它俩定为不同的粒子，就得“其它物理性质几乎完全一致的事实 ”是个软柿子才行。当时的物理学家真的十分为难，实在无法区分出哪一个才是软柿子，于是他们的手也就迟迟捏不下去。

直到 1957年，人们终于知晓在弱相互作用中，宇称守恒定律是个软柿子，该定律和由它表征的左右对称原理之普适性被打破、神圣性遭打折，随之也就顺理成章地解开了θ -τ之谜。

然而，68年前人们就θ -τ之谜给出的谜底：在弱相互作用领域中，上帝可就是个左撇子，真的对头吗？

我们的回答是，不对头。请读者诸君且看我们对θ -τ之谜的破解之道：

现在的我们，已然知晓宇称变换和宇称守恒与左右对称毫无关涉，已然明白宇称守恒定律根本不是“左右对称原理在量子世界中的体现 ”，已然了解粒子的宇称特性只是表征其波函数的“奇偶性 ”而已[9][10] ，那么，尽管θ粒子和τ粒子的宇称不一致显得有些别扭，但这种不一致仅仅牵涉到波函数的函数特性，而丝毫不影响左右对称原理的神圣性和普适性，即丝毫不影响人们心中“上帝不是左撇子 ”的坚定信念。于是，所谓宇称守恒定律，当然就是一只十足的软柿子。于是，在把θ粒子和τ粒子确认为同一个粒子时，我们心中的为难，充其量只及当年物理学家的万分之一。

现在的我们，又对宇称守恒定律进行了新的重要证伪[11] ，明白了在弱相互作用领域之外，该定律其实早就拉胯，早就不成立。于是，这条软柿子定律在我们心中的份量，就差不多轻于鸿毛了。对我们来说，在弱相互作用领域之内也出现“宇称不守恒 ”，又有什么大惊小怪的呢？对我们来说， θ粒子和τ粒子的宇称不一致，可以说是题中应有之义；在把它俩确认为同一个粒子时，我们心中的为难，已不及当年物理学家的亿分之一。

到此为止，在我们眼里，所谓θ -τ之谜，不仅根本不是什么梦魇之谜，更是已近乎无谜可言。

然而，现在的我们更发现：证明宇称守恒定律的两种典型推导，是不能成立的[1] 。我们还因此大胆放言：所谓宇称守恒定律，恐怕不是什么局部不成立的问题，而是很可能压根儿就并不存在。

如果宇称守恒定律真的并不存在， θ -τ之谜也就决然无谜可言了。这是因为：

一、既然“宇称守恒与否 ”乃子虚乌有之事，那么，两种粒子的“宇称不一致 ”对“其它物理性质几乎完全一致 ”曾作出的硬刚，就立马烟消云散，从而无谜可言。

二、宇称守恒定律已不是拉胯的问题，不是什么柿子软硬的问题，而是它连当柿子的资格都没有。在没有什么定律要求两种粒子必须具有确定的宇称、并保证其宇称不随时间而改变，在完全没有“宇称守恒与否 ”的搅和下，根据θ粒子和τ粒子具有相同的寿命、相同的自旋、相同的电荷和相同的质量这一事实，我们当然可以毫不犹豫、痛痛快快地将它俩确认为同一个粒子—— K+介子。

在对θ -τ之谜做出原创性的全新破解之后，不消说，我们心中自有充溢的激情在荡漾。然而，在我们心中，更有这样一种值得珍视与守恒的体悟：永远不要把前人的定论，视为必然的和不可更改的。

2025年12月3日初稿于北京家中

2025年12月8日定稿于北京家中

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