物理規(guī)律的對(duì)稱性 由歷史網(wǎng)資料整理

對(duì)稱性的概念是否能進(jìn)一步拓寬呢?在這里，我們需要把對(duì)稱性概念更加精確。我們把事物的一種情況變化到另一種情況叫做變換(操作)。如果一個(gè)變換使事物的情況沒(méi)有變化，或者說(shuō)事物的情況在此變換下保持不變，我們就說(shuō)這個(gè)事物對(duì)于這一變換是對(duì)稱的。這個(gè)變換稱為事物的對(duì)稱變換。

旋轉(zhuǎn)就是一種變換操作，一個(gè)有5個(gè)相同花瓣的花朵(如香港特區(qū)區(qū)旗上的紫荊花)繞垂直花面的軸旋轉(zhuǎn)2π/5或2π/5整數(shù)倍角度，完全是一樣的，沒(méi)有什么變化，我們就說(shuō)它具有2π/5旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。一個(gè)圓形則旋轉(zhuǎn)任意角度保持形狀不變，它具有更大的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。

相反地，一個(gè)圓形邊緣上有一個(gè)點(diǎn)或有些殘缺，這個(gè)點(diǎn)或殘缺就能區(qū)分旋轉(zhuǎn)前后的情況，我們就說(shuō)它不具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性是破缺的。從左到右或從右到左的變換稱為鏡向變換，人體和動(dòng)物形體具有鏡向變換不變性。而竹節(jié)或串珠則具有空間平移不變性。

某一對(duì)稱性，即某一變換下的不變性，粗淺而形象地看，就是換一角度或換一場(chǎng)合來(lái)觀察事物保持不變。在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性中，就是換一方向來(lái)觀察，在鏡向?qū)ΨQ性中，是換到鏡子里來(lái)觀察，在空間平移對(duì)稱性中，則是平移一位置來(lái)觀察。

在上面談到對(duì)稱性的時(shí)候，提到的“事物”不一定限指一個(gè)具體物件的形體，物理學(xué)家更注意到物理規(guī)律的對(duì)稱性。就拿牛頓定律來(lái)說(shuō)吧，粗淺而形象地說(shuō)，從不同的方向看，物體的運(yùn)動(dòng)都遵從牛頓定律，牛頓定律具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性;鏡子里和鏡子外物體的運(yùn)動(dòng)都遵從牛頓定律，牛頓定律具有鏡向?qū)ΨQ性(或空間反射對(duì)性);在不同的時(shí)間，昨天、今天或明天，物體的運(yùn)動(dòng)也都遵從牛頓定律，牛頓定律具有時(shí)間平移對(duì)稱性，等等。其他已知的物理定律也都具有類似的情況。

物理定律的這些對(duì)稱性是偶然的嗎?是無(wú)關(guān)緊要的嗎，還是它意味著同物理定律本身有著某種更深刻更緊密的聯(lián)系?這個(gè)問(wèn)題在本世紀(jì)以前似乎沒(méi)有注意到，本世紀(jì)開(kāi)拓了許多新的物理研究領(lǐng)域，在探索其中的物理定律的研究中，這個(gè)問(wèn)題變得突出地重要了。

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