大学物理课件.pptx

第1页共39页对称性与对称破缺H.邦迪:“美是探求物理学中重要结果的一个指导原则”。从这种“指导原则”或“驱动力”中可以引出一个重要概念——对称性。[美]阿.热在《可怕的对称》一书中说:“审美事实上已经成了当代物理学的驱动力”。“物理学在20世纪取得了令人惊讶的成功，它改变了我们对空间和时间、存在和认识的看法，也改变了我们描述自然的基本语言。在本世纪行将结束之际，我们已拥有一个对宇宙的崭新看法，在这个新的宇宙观中物质已失去了它原来的中心地位，取而代之的是自然界的对称性。”——斯蒂芬.温伯格

大学物理第2页共39页第一节对称性和对称性原理一、对称性和对称群1.对称性对称性的概念最初来源于生活：动物、植物、建筑、文学艺术

大学物理第3页共39页这些都是典型的对称结构天竺葵长春草

大学物理第4页共39页文学创作中的镜像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如果物体或一个系统各部分之间的适当比例、平衡、协调一致，从而产生一种简单性和美感。我们就说它具有一种对称性。

大学物理第5页共39页如果一个操作能使某体系从一个状态变换到另一个与之等价的状态，即体系的状态在此操作下保持不变，则该体系对这一操作对称，这一操作称为该体系的一个对称操作。被研究的对象——体系(或系统)。对体系的描述——状态。体系从一个状态到另一个状态的过程——“变换”或“操作”。变换前后体系状态相同——“等价”或“不变”。体系的所有对称操作的集合——对称群。2.物理学中的对称性关于对称性的基本概念

大学物理第6页共39页(1)空间对称性1)空间旋转对称OOO对绕O轴旋转任意角的操作对称对绕O轴旋转2?整数倍的操作对称对绕O轴旋转?/2整数倍的操作对称

大学物理第7页共39页若体系绕某轴旋转2??n后恢复原状，则称该体系具有n次对称轴。OO1次轴2次轴.3次轴4次轴.o.OO

大学物理第8页共39页物理定律的旋转对称性——空间各向同性空间各方向对物理定律等价，没有哪一个方向具有特别优越的地位。实验仪器方位旋转，实验结果不变。例如：实验仪器取向不同，得出的单摆周期公式相同。

大学物理第9页共39页2)空间平移对称一无限长直线：对沿直线移动任意步长的平移操作对称。一无限大平面：对沿面内任何方向、移动任意步长的平移操作对称。平面网格：对沿面内某些特定方向、移动特定步长的平移操作对称。

大学物理第10页共39页物理定律的平移对称性——空间均匀性空间各位置对物理定律等价，没有哪一个位置具有特别优越的地位。物理实验可以在不同地点重复，得出的规律不变。例如：在地球、月球、火星、河外星系进行实验，得出的引力定律（万有引力定律、广义相对论）相同。

大学物理第11页共39页相应的操作是空间反射(镜面反射)3)空间反射对称（镜象对称、左右对称、宇称）物理学中的矢量,在空间反射操作下怎样变化?zzxxyy右手螺旋左手螺旋镜面左右对称与平移、旋转不同(例如手套、鞋)

大学物理第12页共39页极矢量：平行于镜面的分量方向不变；垂直于镜面的分量方向反向。zxyvzxyv轴矢量（赝矢量）：垂直于镜面的分量方向不变；平行于镜面的分量方向反向。

大学物理第13页共39页物理定律的空间反射对称性如果在镜象世界里的物理现象不违反已知的物理规律，则支配该过程的物理规律具有空间反射对称性。(2)时间对称性1)时间平移对称性一个静止不变或匀速直线运动的体系对任何时间间隔?t的时间平移表现出不变性。而周期性变化体系(单摆、弹簧振子)只对周期T及其整数倍的时间平移变换对称。

大学物理第14页共39页物理定律的时间平移对称性物理定律不随时间变化即为物理定律具有时间平移对称性。物理实验可以在不同时间重复，其遵循的规律不变。2)时间反演对称性[t?(-t)的操作、时间倒流]牛顿定律具有时间反演对称性某些理想过程：无阻尼的单摆自由落体时间反演不变

大学物理第15页共39页将无阻尼的单摆（保守系统）拍成影片，将影片倒着放，其运动不会有任何改变——保守系统具有时间反演对称性。但生活中的许多现象不具有时间反演不变性：武打片动作的真实性：紧