张瑞明编著的《极微世界探极微》除介绍了当代科学技术的重要知识内容，并竭力避免浮光掠影地粗浅描述外，还十分注重一定层次的整体描述，企望以此引导青年朋友改变传统的、陈旧的思想观念，确立新的科学理念、科学精神、科学方法和科学的思维方式。力求把科学技术放到大的文化背景中，采用合理的文化观念描述人类、自然、社会相互间的关系，使当代青年从单纯了解科学技术事实的局限中解脱出来，看到科学技术更为广阔和动人的图景。

张瑞明编著的《极微世界探极微》是“当代青年科普文库”之一。

《极微世界探极微》的主要篇幅用于介绍极微世界探胜。平心而论，20世纪的粒子物理学，作为带头大科学，内容博瞻、丰富自不待言，因此读者在其中会发现许多引人人胜的绝妙风光，会找到许多智慧思想的灵泉活水，会领略到发人遐思的顿悟通识，是断乎可以期待的。

撩开极微世界的面纱

极微世界的惊雷

宇宙的最小砖石

桂冠如何加冕

千古“兴亡”一表收

“粒子王国”美的韵律

相互作用——物理世界的经纬

莎士比亚与牛顿

镜花水月奈何天

上帝竟然是左撇子

余波殃及反物质世界

神奇的CP魔镜

最后的天堂——CPT对称性

往事钩沉心潮急

轻子世界漫游

加冕100年的国王及其后裔

笔尖下冒出来的幽灵粒子

普里希娜小姐的故事及其他

深深的狄拉克海洋

决定宇宙命运的中微子

太阳风中隐藏的失窃案

微型孙行者的三副面孔

强子王国及桂冠的陨落

并非多余的砖石

翩翩而至的不速之客

新粒子的倾盆大雨

电子陆战队向核子发动猛攻

通向夸克王国之路

残缺的对称的美

青萍之末的微风

王冠上的宝石

真实乎幻境乎

初探夸克宫

美轮美奂的彩色世界

还是从爱因斯坦谈起

魏尔的宝贵遗产

杨振宁惊人的唯美设计

璀璨夺目的彩色世界

红外奴役与渐近自由

最是销魂雾中花

目断天涯上层楼

早春二月传佳音

团圆之夕话团圆

柳暗花明峰回路转

奇怪的对称性自发破缺

富丽堂皇的弱电“统一宫”

火树银花展新篇

终极之梦

世纪之交的梦想

隐隐约约的深院帘幕

一个几乎实现的玫瑰梦

宇宙学需要GUTS

终极之梦第一程——超引力

终极之梦再一程——超弦

似有若无的影物质

路漫漫其修远兮

新世纪伟大探索的征程

莎士比亚与牛顿

艺术家，如莎士比亚、贝多芬、屈原、李白、杜甫、汤显祖等等，他们是探求人间与社会的真、善、美的使者，并将这一切展示在我们的面前。科学家、物理学家，则是在自然界的纷繁多变中寻求“规律”与“秩序”，他们寻求自然与宇宙的真谛。但是，随着探索的日渐深入，他们在纷繁中看到了单纯，在变化中触摸到永恒，在紊乱中梳理出秩序。在无穷地追求和探索中，他们为真理的朴素和单纯的光辉而陶醉、而痴迷，为沉浸在大自然中无所不在的真理的节拍和韵律而欢欣、而跳跃。

真理的追求，就是对美的探求。20世纪物理学的发展，我们的世界，不管是大宇宙还是小宇宙，设计它们的以及洋溢在宇宙的“经纬”——相互作用中的方程，是和谐、韵律。而这韵律、和谐就是对称性（symmetry）。

什么是对称性呢？按照英国《韦氏国际大辞典》的定义，“对称性乃是相对于分界线或中央平面两侧物体各部分在大小、形状或相对位置的对应性”。这个定义实质上是指的今日一般人所称的空间几何对称性。现在科学家把对称性分为两大类：与时间、空间有关的对称性（时空对称性）；与时间、空问无关的对称性（内禀对称性）。

对称性在现代科学中，几乎就成了规律与和谐的同义语，极难准确定义。《韦氏国际大辞典》还谈到“对称性是适当或协调的比例，以及由这种和谐产生的形式美”，倒是告诉我们，这个概念的引申含意，及其美学属性。

图9、图10和图11都是日常生活中常见的几何对称例子。人们进入20世纪后逐渐明白，原来这些对称性与自然界最基本的物理定律是紧密联系在一起的。例如，物理规律的空间平移对称性（或称不变性）导致物理系统的动量守恒。什么是空间平移不变性？就是说，我们把观察者在空间平移一个地方，物理规律是不会改变的，如牛顿三定律无论在地球还是天狼星都不变。这种对称性又称空间的均匀性。

与此类似的，还有时间的均匀性或称物理规律随时间平移（无论是唐朝，还是现代、乃至1000年以后的30世纪）具有不变性，原来与能量的转换守恒定律相关；空间的各向同性，或称物理规律相对于空间各个方向（无论指向哪个方向）具有不变性，原来与角动量守恒定律相关。

动量守恒、能量守恒与角动量守恒是自然界最基本守恒定律，迄今尚未发现有任何破坏的迹象。这就导致物理定律在自然界的普适性和可重复性，即无论宇宙中何时、何地和何方向，这些规律都不会变化，都有效。

迄今为止，我们讨论的对称性都称为连续对称性，因为它们可以用无穷小运动而实现，如无穷小的空间平移、空间转动，或时间移动等等。我们举例还限于几何对称性。在几何对称性中最有趣的也许要算镜像对称，或左右对称性了。

镜花水月奈何天

图11所显示的泰姬陵显然有一个中轴面。建筑左、右两部分相对于中轴面显然是对称的。因此称为左右对称。同时，如果以水面为中轴面，泰姬陵建筑的本身与其在水中的像，相对于水面也是完全对称的，因此称为镜像对称。实际上，整个画面，如果把中轴面想象为一面镜子，左边（或右边）建筑物在此镜中的像，正好与右边（或左边）建筑物完全一样。

可见左右对称，实质上就是镜像对称。这种对称，只要一次变换，即以中轴面为镜子，镜像与原物就具有镜像对称。这种对称是以可数的分立变换（分立变换就是跳跃性的变换）实现的。镜像对称性只需一次变换就可以了。图12中的四个叶片的风车，具有所谓四重对称性（图中黑点表示风车的轴，它是垂直于纸面的）。就是说，风车在绕轴转动90°、180°、270°和360°后，其形状与未转动时的原来形状重合，即图形不变。显然，正五角星具有五重对称性。由此看来，对称性往往导致不变性。反之，不变性往往蕴藏某种对称性。

自然界有许多左右对称结构的例子。例如人体结构、大多数建筑物等。这种对称似乎给予匀称、和谐的优美氛围。

类似的对称性还有时间反演不变性。什么是时间反演呢？就是让时间倒流，将电影片倒过来放，所看到的就是时间反演后发生的事。许多物理过程，尤其是微观现象都具有时间反演对称性。图13中左图表示在电场中运动的电子，右图表示在时间反演后（即所谓T变换），只是运动倒转方向，轨迹依然不变。换言之，时间反演前后两者运动轨迹相同（运动方向则反向），我们叫该过程具有时间反演不变性。实际上，经典力学和经典电动力学的规律，既具有镜像对称，又具有时间反演的不变性。

 直到1956年，物理学家一直理所当然地认为自然界的规律，应该是不会有“偏爱”左或者右的情况发生。难道用右手坐标系描写物理现象，会比用左手系描写的有所不同吗？在量子物理诞生以后，镜像对称性会得到一个新的守恒律——宇称（parity）守恒。

 简单地说，宇称守恒要求自然界所发生的一切，在镜像世界对应的过程也应该真实存在，如图13所示。上帝总不是左撇子或右撇子吧，宇称守恒简直被视为神圣的戒条。镜中花，水中月，摇摇曳曳，荡荡晃晃，一向是诗人讴歌的对象，难道内中还有什“玄机”隐藏？

1956年6月，中国人杨振宁、李政道发表一篇历史性的论文，对于宇称守恒的普遍性提出质疑，并且提出了解决有关问题的实验构想。这犹如晴天霹雳，轰动物理学界。这里澄清一个问题，杨、李在撰写论文，以及次年荣膺诺贝尔物理学奖时，并未加人美国籍。直言之，他们当时是道道地地的中国人。

P20-25

出版一套面向广大青年的科普图书，是许多地方科技出版社萦怀已久的愿望，但是由于种种原因，一直没有哪一家出版社独自将之付诸实施，这常常让我们引为憾事。1995年，新闻出版署确定了《当代青年科普文库》为国家“九五”出版重点选题，才使我们有机会通过联合出版的方式了却大家的夙愿。

今天，世界处在科学技术飞速发展、社会生活瞬息万变的时代。处于高科技时代的青年人，通过耳濡目染或者孜孜以求，已经打开了曾经狭窄的眼界，而从各种不同的途径汲取知识，丰富自己，以求得多元的而不是单一的知识结构。将会影响21世纪人类命运和前途的高新科学技术知识，便成为他们涉猎的热点。青年人清醒地认识到，21世纪是青年人的世纪，他们背负着时代赋予的重大责任，而科学技术知识恰恰能开发他们担负起这种责任的巨大潜能。

地方科技出版社承担着向青年系统地进行科学普及教育的重要任务，这是具有使命性的任务。科学普及事业直接影响着社会进步和民族兴衰。翻开历史的卷页，许多事实都证明，科学技术对社会的影响既取决于科学技术的发展水平，又取决于科学技术被公众理解的程度，所以说，科学普及与一切科学活动、科学成就具有等量齐观的价值。我们注意到，由于现代科学技术发展迅速，知识更新日益加快，自然科学的各分支学科之间、自然科学与社会科学之间的融合愈加紧密，再像过去那样仅向青年人介绍一般的科学常识已经不足以提高他们的科学文化素质。因此，《文库》除介绍了当代科学技术的重要知识内容，并竭力避免浮光掠影地粗浅描述外，还十分注重一定层次的整体描述，企望以此引导青年朋友改变传统的、陈旧的思想观念，确立新的科学理念、科学精神、科学方法和科学的思维方式。

在人类社会发展进程中，科学技术从来不是孤立存在的，它是社会文化的重要组成部分。今天，人们越来越重视科学技术的文化意义，这对当今社会的进步具有重大意义。我们力求把科学技术放到大的文化背景中，采用合理的文化观念描述人类、自然、社会相互间的关系，使当代青年从单纯了解科学技术事实的局限中解脱出来，看到科学技术更为广阔和动人的图景。

《当代青年科普文库》的前期准备工作进行了将近两年，总体策划工作组在广泛调查研究的基础上，拿出了选题设想和文库整体编辑方案，之后多次进行了充分的讨论并召开专家论证会，确定了最后的选题编辑方案，这一方案经过地方科技出版社社长、总编年会通过后才正式加以实施。参加这一工程的共有27家地方科技出版社。

在《文库》即将全部付梓之际，我们倍觉欣慰。与此同时，我们对在《文库》策划、编辑、出版过程中，给予关心和支持的中宣部出版局、新闻出版总署图书司和中国版协科技委员会的领导表示敬意和感谢；对应邀担任《文库》顾问的各位领导和科学家表示诚挚的谢意；对在很短的时间内编写出高质量稿件的各位作者表示衷心的感谢；对承担《文库》编辑、出版工作的各地方科技出版社的领导、责任编辑致以深切的慰问。作为跨世纪的大型科普书，这是我们奉献给当代青年的一份礼物，希望他们能够喜欢这份礼物。

中国出版工作者协会

科技委员会地方工作部

本书的主要篇幅用于介绍极微世界探胜。平心而论，20世纪的粒子物理学，作为带头大科学，内容博瞻、丰富自不待言，因此读者在其中会发现许多引人人胜的绝妙风光，会找到许多智慧思想的灵泉活水，会领略到发人遐思的顿悟通识，是断乎可以期待的。这倒并非作者自诩，确实这门科学本身委实太有趣、太生动了。

正如山水之旅，不免劳顿一样，阅读本书也有可能需要费力之处。有的名词，或许乍见显得生僻。敬请读者耐心地与它们打交道，俟以时日，便会陶醉在这些绝妙的概念、思想所散布的淡淡幽香中，亦如异国佳人，会使你断魂失魄呢！

近20年来，一种新的信念在科学界日渐增强：始原物质的追求和宇宙创生的探索，可能是一回事。粒子物理的标准模型与大爆炸标准模型的各种综合方案应运而生，所谓宇宙弦、暴胀宇宙论就是这些方案中最绚丽的一朵奇葩。极微世界的疑云怪雾与大千世界的玄宫秘殿原来存在许多天然联系，本书专辟最后一章集中阐明其中千丝万缕的天然关系。由于宇宙学的内容极其丰富，我们只着手于物质的始原的探索，选取材料挂一漏万，在所难免。难以自由展开，潇洒写去。望乞鉴谅。

湖北科学技术出版社李慎谦副社长，热情洋溢，视野开阔，思想活跃，在以往著述出版中我们有过亲密愉快的合作。本书的写作，1年以来，怂恿之，鼓励之，催促之，创意之，校审之，遂使我从极其繁忙教学科研中，拨冗抽暇，终于草成此书。当此书出版之际，对李君谨表谢忱。湖北科学技术出版社刘健飞社长，通人雅士也，对本书写作亦多方关心。王梅女士，妙手丹青，精心插图，为本书生色不少。在此并致谢意。在写作过程中，研究生陈中军帮忙不少。没有贤内助彭芳明的支持，本书也难以在如此短的时间成书。

科普著作不乏传世佳作。但平心而论，真正令人满意者不多。所以然者何？大多作品非拘泥科学性，类同科学论文，则流于肤浅，甚至每每有失真之叹。是书也，作者力求希望抓住科学本身发展脉络，在动态中描述近50年粒子物理的繁花硕果。力求做到斟奇而不失其真，探真而务求其趣。简言之，信，科学内容准确；达，文字流畅酣达；雅，风雅可乐。最后做得如何？质之高明贤达，不吝赐教为幸！

张瑞明