专题：守恒定律与对称性.ppt

物理定律的这些对称性是偶然的吗？它是否意味着对称性同物理定律本身有着某种更深刻、更紧密的联系？ 诺特尔 (1883～1935)定理 物理定律变换不变性 守恒定律 适用范围 时间平移 能量守恒 完全 空间平移 动量守恒 完全 空间旋转 角动量守恒 完全 镜象反射 宇称守恒 弱作用中破缺 伽利略变换 时空绝对性 v c 近似成立 电荷规范变换 电荷守恒 完全 * * 对称性的概念最初来源于生活、艺术、结构领域的图像中。在人和自然界中都随处可见：动物、植物、建筑、文学艺术……对称是形象美重要因素之一。 附：守恒定律与对称性 福建厦门鼓浪屿的一幅对联 雾锁山头山锁雾 天连水尾水连天 清代女诗人吴绛雪的《四季回文诗.夏》 香莲碧水动风凉 水动风凉夏日长 长日夏凉风动水 凉风动水碧莲香 文学创作中的对称 峦覆水面水覆峦 月挂柳梢柳挂月 文学创作中的镜象对称 —— 回文词 雾窗寒对遥天暮 暮天遥对寒窗雾 花落正啼鸦 鸦啼正落花 袖罗垂影瘦 瘦影垂罗袖 风剪一丝红 红丝一剪风 苏东坡《题金山寺》 潮随暗浪雪山倾，远浦渔舟钓月明。 桥对寺门松径小，巷当泉眼石波清。 迢迢远树江天晓，蔼 蔼红霞晚是晴。 遥望四山云接水，碧峰千点数鸥轻。 无论顺念，倒念或从任一字开始念都成章! 文学创作中的镜象对称 —— 回文词 吴绛雪的咏四季---四首回文诗 每首仅用十个字，却是七言绝句： 《春》：莺啼岸柳弄春晴夜月明 《夏》：香莲碧水动风凉夏日长 《秋》：秋江楚雁宿沙洲浅水流 《冬》：红炉透炭炙寒风御隆冬 《春》 莺啼岸柳弄春晴， 柳弄春晴夜月明。 明月夜晴春弄柳， 晴春弄柳岸啼莺。 《夏》 香莲碧水动风凉， 水动风凉夏日长。 长日夏凉风动水， 凉风动水碧莲香。 《秋》 秋江楚雁宿沙洲， 雁宿沙洲浅水流。 流水浅洲沙宿雁， 洲沙宿雁楚江秋。 《冬》 红炉透炭炙寒风， 炭炙寒风御隆冬。 冬隆御风寒炙炭， 风寒炙炭透炉红。 三大守恒定律，等，这些守恒意味着什么呢？它们由什么决定的呢？ 1916年德国女数学家诺特尔指出：每一种守恒都是与自然界中的一种对称性相联系的。严格的对称性对应着严格的守恒定律，近似的对称性意味着近似的守恒定律。 附：守恒定律与对称性 对称性 —— 守恒量 —— 守恒定律 对应 对应 物理学中存在着许多守恒定律,如能量守恒、动量守恒、角动量守恒、电荷守恒、奇异数守恒、重子数守恒、同位旋守恒……这些守恒定律的存在并不是偶然的，它们是自然规律具有各种对称性的结果。 附：守恒定律与对称性 附：守恒定律与对称性 物理学中的形式对称 对物理定律、公式形式对称的追求，往往对理论的发展起到积极的建设作用 真空中的麦氏方程组 万有引力公式和库仑公式 物理学中的抽象对称 . 抽象对称性往往是指从一个概念、一个命题或一个定理中反映出来的对称性。 ， 德布罗意：物质波概念的提出、波粒二象性 狄拉克：正电子、反物质 爱因斯坦：狭义相对论和广义相对论的提出 . . 将对称性概念用于物理领域，则可表示为： 对称性与对称操作 如果某一物理现象或规律在某一变换下保持不变，则称该现象或规律具有该变换所对应的对称性。 物理学中最常见的对称操作是时空操作 时间操作：时间平移、时间反演等。 空间操作：空间平移、空间反演等。 时空操作：伽利略变换、洛仑兹变换等。 参考书 《可怕的对称》 附： 守恒定律与对称性 物理定律不因人而异 物理规律(自然定律)不因人（参考系）而异，参考系变换应该是物理定律的对称操作。 时间平移对称性 空间旋转对称性 空间平移对称性 动量守恒定律 角动量守恒定律 能量守恒定律 ?E = 0 守恒定律与对称性 对称论才是对世界最根本、最真实的哲学认识 讨 论 一、粒子物理学物质创生实验证明――物质生成具有对称性，大量的物理学定律证明宇宙的物质运动规律来源于对称性的发展。 二、物理学史上300年的“波粒战争”证明――物质的根本表现就是“二象性”（这就是“既是……又是”的辩证法结构基础），这也是对称论的结构启迪。 三、人类最重要的文明经典证明――阴阳共体的“道”创造了世界，而对称论可以证明对称性就是“道”的起源，可以准确阐释人类几千年来不能言传的“不可言的道”和“不可说的法”。 四、人类社会存在过的两派哲学（唯物论和唯心论）的理论体系本身存在着逻辑悖论。 五、对称论能够解释一切正确的物理学和社会学规律，为宇宙和人类社会带来和谐和发展，为人类进步指引前进的方向。 对称论的处世哲学－－－“逢善更善 逢恶更恶”？ * *