近代物理學中的重要觀念。如果運動規律具有一種對稱性，必相應地存在一條守恆定律。
基本介紹
- 中文名：對稱性和守恆定律
- 外文名：symmetry and law of conservation
- 類別：定律
- 學科：物理
- 定理：立諾特定理
簡介,對稱性,諾特定理,意義,
簡介
對稱性和守恆定律
symmetry and law of conservation
對稱性
對稱性是人們觀察客觀事物形體上的特徵而形成的認識，例如正六邊形具有六角對稱，一個平面圓形具有軸對稱，人體具有左右對稱，一條連續的花邊具有平移對稱，其他還有鏡像對稱等等。這些對稱性被看作自然界的一項美學原則，廣泛套用於建築、造型藝術和工藝美術中。物理學移植對稱性概念用於研究物理規律的特徵，並給以精確化，把它與變換聯繫起來。通常把兩種情況通過確定的規則對應起來的關係叫做從一種情況到另一種情況的變換，例如旋轉某一角度或旋轉任意角度，平移一段距離或平移一段時間等等都是變換的規則。對稱性則定義為某一情形在某個變換下保持不變的性質。對稱性意味著某種不可分辨性或不可測量性。例如物理規律具有空間平移變換對稱性，表明空間沒有絕對的原點，可以任意選擇空間的一點作為坐標原點，物理規律保持形式不變，即絕對位置是不可測量的；同樣物理規律具有時間平移變換對稱性，表明時間也不存在絕對的零點。
諾特定理
物理學關於對稱性探索的一個重要進展是建立諾特定理，定理指出，如果運動定律在某一變換下具有不變性，必相應地存在一條守恆定律。簡言之，物理定律的一種對稱性，對應地存在一條守恆定律。例如，運動定律的空間平移對稱性導致動量守恆定律，時間平移對稱性導致能量守恆定律，空間旋轉對稱性（空間各向同性）導致角動量守恆定律。上述經典物理範圍內的對稱性和守恆定律相聯繫的諾特定理後來經過推廣，在量子力學範圍內也成立。在量子力學和粒子物理學中，又引入了一些新的內部自由度，認識了一些新的抽象空間的對稱性以及與之相應的守恆定律。
對稱性和守恆定律取決於相互作用的性質，相互作用類型不同有不同的結果。例如強相互作用和電磁相互作用下，粒子的運動具有空間反演對稱性。空間反演是指空間坐標相對於坐標原點的變換，即將坐標 x、y、z 換成－x、－y、－z的變換。空間反演對稱性導致宇稱守恆。然而在弱相互作用下，粒子的運動不存在空間反演對稱性和宇稱守恆。這個曾經使物理學家們確信無疑普遍成立的宇稱守恆定律於1956年經李政道和楊振寧仔細分析當時的實驗資料，指出弱作用下宇稱守恆定律不成立，不久被吳健雄等人以確鑿的實驗所證實。
表中給出對稱性和守恆定律之間的聯繫以及不同相互作用下的表現。
意義
對物質運動基本規律的探索中，對稱性和守恆定律的研究占有重要的地位。從歷史發展過程來看，無論是經典物理學還是近代物理學，一些重要的守恆定律常常早於普遍的運動規律而被認識。質量守恆、能量守恆、動量守恆、電荷守恆就是人們最早認識的一批守恆定律。這些守恆定律的確立為後來認識普遍運動規律提供了線索和啟示。對稱性和守恆定律之間的聯繫，提供了從分析對稱性入手來研究守恆定律。
