三大守恒定律与不变性的关系

三大守恒定律与不变性的关系

班级机械1202 姓名：皮立泽物理学中存在着许多理论上的“不变性”,存在着诸多的守恒定律。对称性是自然界最普遍、最重要的特性。近代科学表明，自然界的所有重要的规律均与某种不变性有关，甚至所有自然界中的相互作用，都具有某种特殊的不变性。下面将讨论动量守恒、角动量守恒和能量守恒与不变性的关系。

1.空间平移不变性与动量守恒

动量守恒定律：如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零，那么这个系统的总动量保持不变。一个物理系统沿空间某方向平移一个任意大小的距离后，他的物理规律完全相同，这个事实叫做空间平移的对称性或空间平移不变性，也叫做空间的均匀性。动量守恒则是表现在空间平移的基础上进行研究的，可以说，动量守恒正反映空间对称性。

2.空间旋转不变性与角动量守恒

角动量守恒定律是自然界普遍存在的基本定律之一，角动量的守恒实质上对应着空间旋转不变性。例如，当考虑到太阳系中的行星受到太阳的万有引力这一有心力时，由于万有引力对太阳这个参考点力矩为零，所以他们以太阳为参考点的角动量守恒，这也说明了行星绕太阳公转单位时间内与太阳连线扫过的面积大小总是恒定值的原因。

3.时间平移不变性与能量守恒

能量守恒是对应时间上的守恒，只要在某个时间段内没有对物体做功、加热等，那么在这段时间始末时刻，能量是守恒的。在讨论力在空间上的积累的时候，实际上

你做的是力的方向乘以空间的方向，所以积累出的是一个随时间增大的面积，面积这个东西同样也是不具有方向性的，表达面积只需要大小就行了，而这个面积的大小变化具有时间平移不变性。

从上面的讨论我们可以看到，三个守恒定律都是由于体系的时空不变性引起的，这说明物质运动与时间空间的不变性有着密切的联系，并且这三个守恒定律的确立为后来认识普遍运动规律提供了线索和启示，曾加了我们对不变性和守恒定律的认识。