人文物理第三篇 从萨维阿奇大船到爱因斯坦飞马.ppt

相对论并不神秘——它是最脚踏实地的一种理论，是经过千百次实践检验的真理。只要我们摆脱日常生活经验的束缚，自觉地进行理性思维训练就能很好地理解它。 对称性扩展 力学相对性原理 狭义相对性原理 广义相对性原理 所谓常识不过是你年满18岁之前心中成见的淀积 第4章　对称性与物理学 2.物理学与对称性 第4章　对称性与物理学 2.物理学与对称性 4.2.2 对称性与守恒定律 镜里朱颜都变尽，只有丹心难灭。 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。 诺特尔 (1883～1935)定理 对称性 —— 守恒量 —— 守恒定律 对应 对应 严格的对称性——严格的守恒定律 近似的对称性——近似的守恒定律 例：时间平移对称性——能量守恒定律 第4章　对称性与物理学 2.物理学与对称性 如果物理定律不具有时间平移对称性 设重力势能 随时间变化 例如：白天 g 大，晚上 g 小，则可晚上抽水贮存于h高度处，白天利用水的落差作功，可获得能量赢余 则永动机可以制造成功，违反能量守恒定律 第4章　对称性与物理学 2.物理学与对称性 空间平移对称性——动量守恒定律 设体系由两个相互作用的粒子组成而且只限于在x轴上运动。当两粒子之间距离 x=x1 - x2 时，体系的势能为 当体系发生一个平移 时，两粒子的座标变为 但二者的距离仍为x= x1 - x2 空间的平移对称性意味着势能应于 无关。这只有在势能U只是两粒子的间距的函数时才有可能。 第4章　对称性与物理学 2.物理学与对称性 因此： 这样的条件下，粒子1受力为： 这样的条件下，粒子2受力为： 所以： 第4章　对称性与物理学 2.物理学与对称性 根据牛顿定律： 所以可得： 即两粒子体系的总动量不随时间发生变化，体系统动量守恒。 第4章　对称性与物理学 2.物理学与对称性 粒子对：A，B，相互作：固定B， A沿 至 A 系统相互作用势能增量： 空间旋转对称性－空间各向同性－相互作用势能只与二者距离有关，与二者连线在空间取向无关－此操作不改变系统势能。 空间旋转对称性 相互作用沿二者连线 内力矩矢量和为零 角动量守恒定律 空间旋转对称性——角动量守恒定律 第4章　对称性与物理学 2.物理学与对称性 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 练习：将守恒定律与其相关的时空对称性连接起来。 第4章　对称性与物理学 2.物理学与对称性 第4章　对称性与物理学 2.物理学与对称性 小结： 物理规律的对称性： ?E = 0 时间平移对称性 空间旋转对称性 空间平移对称性 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。 相对论的对称性! 欢 迎 走 进 文科 物 理 课 堂 20世纪初的学术巨匠，是一批学贯中西的人 21世纪的大师，将出自那些文理兼通的人 * Arts Physics * 人文物理 Arts Physics 人文物理 联系：wangqt@qdu.edu.cn 主讲：王清涛 第三篇 从萨维阿奇大船到　　　　　　　 爱因斯坦飞马 第三篇　从萨维阿奇大船到爱因斯坦飞马 大小或距离(m) 光速 速率 E B A D C A牛顿力学、B狭义相对论、C广义相对论 D量子理论、E量子理论+狭义相对论 第三篇　从萨维阿奇大船到爱因斯坦飞马 第三篇　从萨维阿奇大船到爱因斯坦飞马 第4章　对称性与物理学 相对论来源于对称性，对称性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。 第4章　对称性与物理学 第4章　对称性与物理学 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 第4章　对称性与物理学 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 第4章　对称性与物理学 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 第4章　对称性与物理学 4.1 自然界的基本对称性 自然界对称的形式多种多样，通常分为空间的对称和时间的对称。 第4章　对称性与物理学 1.自然界的对称性