对称性

有因必有果，有果必有因，没有无因之果，也没有无果之因，然而令人困惑的是，在现代自然哲学（包括天文学、物理学和生命科学等）前沿领域，到处堂而皇之地游荡充斥着大大小小形形色色的幽灵和鬼魅，所谓的对称性自发破缺就是这样的一个有果无因的幽灵鬼魅。

美籍华人李政道、杨振宁发现了在弱相互作用下宇称不守恒。这一石破天惊的发现，使杨李二人迅速获得了诺贝尔奖。现在我要说这个发现只不过是一个知其然不知其所以然的小发现。自己族人取得的骄世的科技成就，我却要不知天高地厚怀疑和否定，有人要骂我不是东西了，好在二千多年前亚里士多德老先生有句名言："吾爱老师，但吾更爱真理"，我也就坦然了。

杨李二人的科学发现是经过科学实验严格证实了的，不是想推翻就能推翻得了的。本人怀疑和否定的不是某些条件下的宇称不守恒，而是其背后的"自发"的对称性破缺的无厘头的解释，好像宇称不守恒的结果是完全自发的，是不需要原因的。这是完全不可能的，对称和守恒也是有条件的，没有无条件的绝对的对称和恒守，一旦对称和守恒的条件和基础遭到破坏，对称和守恒将不复存在。

就以证实弱相互作用下宇称不守恒的实验来说，吴健雄教授在极低温度（0.01k）下用强磁场把Co60原子核极化，使其自旋几乎都在同一个方向上，观察Co60原子核β衰变不同方向上放出电子的数量，结果发现与核自旋相同及相反的两个方向上放出电子的数量有相当大的差异。这就是说，相同的条件和原因，却产生不同的结果。对这一惊异的结果，物理学界无可奈何地认定为对称性破缺（宇称不守恒）自发造成的。

物理学界这样简单的处理是不科学的，是回避问题回避矛盾的做法，这与神造论没什么区别：人是怎么来的？--上帝创造的。笔者认为出现这样的结果一定是有客观原因的，并认为这很可能主要是地球的自转造成的。

我们知道，地球由西向东自转，赤道自转速度为，但在地面上我们感觉不到地球的运动。感觉不到不等于不存在，速度是矢量，是有方向的，地球的自转运动速度一定对地面上相关的物理实验要产生影响，这个β衰变实验应是地球的自转运动对Co60衰变产生了影响。至于通过怎样的具体途径来影响，笔者对这个实验不是很了解，也就不能说出个所以然来。但影响是肯定的，起码，两套实验装置中的Co60原子核发生衰变前所处的条件和基础并不是完全对等的，由此产生不同的结果也就不足为奇了。

这是一个简单的想法，人们之所以没有想到这一点，最根本的原因是受了伽利略相对性原理的影响，思想被相对性原理禁锢了，相对性原理是造成所谓对称性自发破缺找不到原因的思根源。的确，单纯地从地面参考系看，地面是静止的，静止当然各向同性，两套实验装置中的Co60原子核所处的环境条件找不出不同来，而结果却是不同的，即相同的条件（原因）产生了不同的结果，而又找不出发生这种怪异现象的原因，人们只好归因于无形而万能的上帝之手--自发破缺。

那么，相对性原理错了吗？不能这么说，相对性原理不错，但它也是有条件和适用范围的，改变了条件，超出了适用范围，相对性原理就不一定正确了。那相对性原理成立的条件和适用范围是什么呢？笔者把它简单地概括为---平衡对称。

公转轨道为圆形时，行星受到太阳的引力与其自身绕行运动产生的离心相等，二者达成平衡，反过来，二者的处处平衡又造就了行星的圆形轨道。行星受到的合力为0时，其上的物体受到的合力也为0，也就是说，在分析行星系统内的物体的受力情况时，即不用考虑太阳的对其产生的引力，也不用考虑随行星绕太阳运动产生的离心力，因为二者的合力为0。只要公转轨道为圆形，无论哪个行星，其系统内的物体所面对的系统外部境况是一样的，只需考虑在自身行星系统内的运动学和动力学问题。世界是统一的，在一个行星上得到的物理学规律在另一个相同处境的行星上同样适用，而不必到每个行星上去总结物理学规律，这是相对性原理一个适用范围的基础情况，也是其威力的体现。

平衡是相对的，不平衡是绝对的。宇宙的公转轨道几乎都是椭圆，只不过扁的程度不同而已。对于椭圆，由于引力与离心力不平衡，因而失去了相对性原理适用的基础条件，严格地说，公转的椭圆轨道已经超出了相对性原理的适用范围，不能直接应用。以地球为例，地球的公转轨道是椭圆，地球的公转速度产生的离心力与受到太阳的引力不相等，二者的合力不为0，这个不为0的合力将对地球系统内的物体产生影响和作用。譬如说，地球位于远日点时，太阳的引力大于地球运动产生的离心力，抵消离心力后剩余的引力将要对地球系统内的物体产生作用。假如有一座大炮在地面上垂直向上发射，若发射时间为中午，由于炮弹要受到太阳剩余引力的作用，并且此时的太阳剩余引力方向与地球引力方向相反，因而炮弹要射得更高些；若发射时间为子夜，由于炮弹受到太阳剩余引力的作用方向与地球的引力方向相同，因而炮弹将射得更低些。月亮是地球的卫星，如果地球的公转轨道是圆形，根据相对性原理，月亮的公转轨道就可以单纯考虑地球的作用和影响，而不用考虑上个系统--太阳系统的作用和影响（地球公转轨道是太阳决定的，应属于太阳系统）。但地球公转轨道是椭圆，这时就要考虑太阳对月亮公转轨道的作用和摄动影响了，月亮的公转轨道就要越级考虑太阳的引力和地球公转运动产生的离心力，根据二者的合力来修正。按相对性原理，本来是不需要考虑这些因素的。

好在地球公转轨道接近圆形，太阳对地球内部事务干涉影响不大，相对性原理仍粗略有效。水星离太阳又近，公转轨道又扁，离心率大，相对性原理就不那么好用了。假若水星有颗卫星，要想像计算地球的卫星--月亮公转轨道那样忽略太阳的影响恐怕是不能的了，若还是那样计算的话，那计算出的轨道与实际轨道将会相差甚远。

联想到保存在巴黎国际计量局总部的国际千克原器神秘减轻事件，国际千克原器不知原因减轻了大约50微克，笔者对这事件进行思考：测量季节及具体时间是否与当初确定标准之时间相同呢？若有不同，按上面所说的道理，则在两次测量中，太阳的引力与地球运动产生的离心力二者的合力是不同的，千克原器在两次测量中的重量有微小不同完全在情理之中，增重或减轻也就不足为奇了。笔者粗略计算，由于地球公转轨道为椭圆，引力与离心力不平衡，在约90天的时间内，千克原器可能增重或减轻900多微克，平均每天增重或减轻10多微克，50微克的差异是很容易造成的。若地球位于远日点或近日点时期，千克原器在中午测量的重量与在子夜测量的重量可以相差近2毫克，造成50微克的差异更不在话下了。

除公转外，天体的自转也是相对性原理是否适用必须考虑的另一个主要因素。天体的

自转为0是相对性原理适用的基础条件，不为0严格地说已超出了相对性原理适用范围，就不能应用。自转为0，意味着对称，意味着运动各向同性，各方向基础条件相同，大家处在相同的起跑线上。如果自转不为0，意味着非对称，各向不同性，相同的基础条件在此情形下遭到破坏，大家不是处在同一起跑线上。例如说，地球除公转外，还有自转，方向由西向东，自转速度为465m/s，假如在赤道地面上，一物体向东运动速度为100m/s，向西运动速度也为100m/s，在地面参考系看来，它们的运动速度是相等的，运动的距离是对称的，可在地心参考系看来，向东运动速度为565m/s，向西运动速度为365m/s，运动速度不相等，运动距离不对称。这就发生了矛盾，哪个正确呢？孤立地看，两者都不错。但运动速度不是一个孤立的物理量，很多情况下是与其它物理量联系在一起的，而很多物理量和物理定律是建立在绝对（地心）参考系基础之上的。在非平衡对称的情形下，物理学定律原则上不能不经坐标变换而直接应用。

上面所说的物体向东发射速度为100m/s，向西发射速度也为100m/s，这是我们人为的规定，假如一个物体在地面上向东发射速度为100m/s，在地面系看来完全相同的情况下，向西发射速度也是100m/s吗?更具体些：枪支和子弹完全一样，向东射击，子弹出口速度都是100m/s，调头向西射击，子弹出口速度也都是100m/s吗？地球自转速度对子弹速度完全没有影响吗？顺着和逆着地球自转方向射击都是一个速度，这是什么道理呢？是不是凭空一句"相对性原理"就化解了呢？

伽利略相对性原理是感觉的产物，并没有得到科学实验的确切验证。但其来源于生活和社会生产实践活动，我们感觉它总是对的，因此，即使有错，也不会错到哪里去！也必定存在着合理的内核。笔者认为，这个合理的内核就是平衡与对称，具体地说就是公转轨道圆形化，和自转静止化。这是比较苛刻的条件，大多数不能满足这苛刻的条件，所以严格地说，相对性原理适用范围非常狭小。条件虽然苛刻，很难达到，但大多数实际条件仍围绕在这苛刻的条件的周围，与之相去不远，所以相对性原理仍可粗略应用，并大体正确。譬如说，大多数行星轨道离心率不是很大，引力与离心力的合力虽不为0，但与行星自身的引力比起来还是比较小的，在一般精度内可略去不计，不予考虑。伽利略在《两个世界的对话》中所举的大船中的那些例子，大多数只能算是粗略正确。

以地面为参考系，地面是静止的，各向同性，根据相对性原理，用同样大的力和角度向东丢石头和向东丢石头，速度和距离是一样的，同理，向东打枪打炮与向西打枪打炮，两方向的速度和距离也应该对应相等。果真这样吗？那为什么发射卫星，只有向东发射的没有向西发射的呢？

对于向东向西的发射速度异同问题，我们在《让实验来裁判》章进行了比较充分的讨论，基于地球的自转方向和速度，根据能量转化与守恒定律进行了剖析和计算，最后得出的结论是：同一物体在地面上向东向西的发射速度是不同的。之所以不同，是因为受到了地球自转不同方向不同影响。虽然在地面上看来，向东与向西没什么不同，完全是对称的，谁知看起来静止不动的地面却在脚底下无声无息地转动，并对地面上的物件悄悄地不知不觉地发挥着影响。

在《让实验来裁判》章还有一个例子：子弹向东或向西以200m/s的速度水平射出，它们下落到地面的时间与子弹从相同高度自由下落到地面的时间相比较，问下落的时间是否相同？通常认为三者都是相同的，因为从地面参考系看，完全没有不同的理由。这种认识是受到了扩大化了的相对性原理的影响，已完全不能意识到地球自转的影响作用。笔者认为三者的下落时间是不同的：向东的最长，向西的最短。这结论当然不是信口开河，是有合理的来源的。笔者考虑了自转速度，子弹的速度在各方向相对地心参考系是不同的，又根据离心力计算公式，不同大小的速度具有不同大小的离心力，不同大小的离心力与引力的合力大小也是不同的，导致子弹的重力加速度不同，从而下落时间不同。

类似的例子应该很多，这里笔者就想到了一个简单有趣的例子。坐在高铁上，从西边的武汉到东边的上海，体重要比从上海到武汉的体重大。若真做此实验，实验对象最好不用人，改用质量不变的金属体，称重量器不能用杆秤和天平，而用电子秤或弹簧秤，道理不言而喻。实验最好同时在同一段铁路上进行，尽量保证除方向不同外，其它条件是基本平衡对称的，以突显结果的致因，使实验结果揭示出的结论更令人信服。

随着科学的发展和测量技术的提高，为数不少的实验实际上已经揭示了地球自转的影响作用，但由于潜在的扩大化了的相对性原理在人们脑子里根深蒂固，即使发现了地球自转影响作用导致的现象，也没有意识到要往这方面去想。

光谱线的精细结构实际上是紧挨在一起的两条线，是什么原因造成这种情况呢？笔者认为是地球自转造成的。地球自转速度造成东西两方向的内在光速不同，内在光速不同又导致内在波长不同，而光谱线正是波长的表达。天体的自转运动速度通过速度矢量和法则复加到跃迁发光电子中去，致使发射的光波波长不同。光谱线的精细结构综合反映了光源天体的诸多特性，其中包括天体的自转运动速度，不同天体同一元素的的特征谱线的精细结构不同是非常正常的事情。

机载原子钟环球飞行实验是个很著名的实验，这个实验在有关章节中进行了讨论和计算，笔者认为，导致三种情况下原子钟快慢不同的根本原因是地球自转，地球自转速度造成地心参考系东西两方向的内在光速不同，根据光快钟慢、光慢钟快的规律，可以准确无误地计算出各种情况下的钟慢效应值。从相对性原理和狭义相对论的角度来看，飞机载着相同的原子钟在相同高度相对地面相同速度东飞西飞，两方向上的原子钟走动速率和走时数没有理由不相同。而实际上它们的确是不同的，除了地球的自转速度，还能找出别的原因吗？当考虑地球的自转速度并引入计算后，计算出的钟慢效应值是那样的准确，这不充分说明地球的自转速度与钟慢效应相关吗？在地面参考系却要考虑本参考系之外的地球的自转速度，这宣告了扩大化了的相对性原理和狭义相对论的破灭。相对性原理尚能挽救，在一定精度内尚有很大的适用性。而相对论不但原理错误，在应用性完全可以用其它理论和方法代替。不只飞机这些运动速度较快的物体发生钟慢效应，即使是人在平坦地面上向东或向西缓慢走动，也要发生钟慢效应，向东与向西的时间效应值也是不同的，这无疑也是地球的自转速度造成的。

同一物理量在不同的参考系中的数值是不同的，例如，在地面系看，物体向东运动的速度为100/s，在地心参考系看，向东运动的速度却是： （465+100）=565m/s。在地面参考系看，向西运动的速度为100m/s，但在地心参考系看，运动的速度却是：（465-100）=365m/s，方向也变为了向东。在地面参考系原本对等的两个数值，在地心参考系却变成不对等的了，例如，在地面参考系，向东100m/s与向西100m/s是对称相等的，但在地心参考系看，两个速度方向都向东，一个速度值是565m/s，一个速度值却是365m/s，不对称相等。许多物理定律和计算公式是建立在地心参考系基础之上的，因而这些定律和计算公式就不能在不作相应变换的情况下而直接应用。例如说，离心力公式：，就是建立在地心参考系上的，公式中的速度v是相对地心参考系上的速度，如果把地面上运动速度100m/s用于计算那就错了，要变换成相对地心参考系上的速度，向东565m/s和向西365m/s，把这些变换后的数值代入计算才是正确的。这就说明相对性原理不是绝对的，是有适用范围的。扩展思考，有些物理量在地面参考系看来是对称的，各向同性的，在地心参考系上看，却是非对称的，非各向同性的。由此联想到τ-θ之谜，在地面参考系看来，τ粒子和θ粒子的质量、电荷、寿命和自旋几乎一样，说明它们是相同的粒子，但是在地心参考系看来，有些物理量可能就不一样了，表明它们是不同的粒子。不同的粒子发生衰变产生不同数目的粒子是再平常不过的事。同时，在弱相互作用下，同一物理量的量值相差很小，而误认为是一样的，这也是有可能的。

现在，我们回过头来看看吴健雄教授用Co60所做的证实弱相对作下宇称不守恒的β衰变实验，实验一定没有考虑地球自转的影响作用，这不对称的结果是不是地球的自转速度造成的呢？我认为这是完全可能的。

对称性破缺是时时处处存在的，不只弱相互作用下存在对称性破缺，强相互作用下和电磁相互作用下也存在对称性破缺，但都不是"自发"的，都是有根源的。地球的自转速度可能是造成某些对称性破缺的原因，只是破缺的原因造成的变化量很小，与原量比起来微不足道，就像涓涓细流淹没在了滚滚洪流之中，故而认为没有发生对称性破缺。弱相互作用不同，弱相互作用的量比较小，虽然破缺的原因造成的变化量小，但由于原量小，有可能造成较大的变化效果，并被人类观察到，从而认为发生了对称性破缺。只要有对称性破缺的原因存在，一定会发生对称性破缺的结果，不管结果是大是小，是显性还是隐性，但它总是存在的。

一切结果都是有原因的，不同的结果有不同的原因，对称性自发破缺不是科学的解释。