谈物理学的对称性

• 物理定律的对称性
物理定律的对称性是指经过一定的操作 之后，物理定律的形式保持不变。因 此物理定律的对称性又叫不变性。
• 物理定律的对称性
设想我们在空间某处做一个实验，然后将该 套实验装置（连同影响该实验条件的一切 外部因素）平移到另一处。如果给以同样 的起始条件，实验将以完全相同的方式进 行。这说明物理定律没有因平移而发生变 化。这就是物理定律的空间平移对称性。 由于它表明空间各处对物理定律是一样的， 所以又叫空间的均匀性。
力学小论文
谈Leabharlann Baidu理学的对称性
PB05000613 于海波
人类和自然界都很喜欢对称。 对称性广泛地存在于世间万物中，但又不是 所有物质都具有对称性。 其实对称性是非常奇妙的。下面我以浅薄的 物理学知识跟大家来讨论一下物理学的对称 性与不对称性。
• 对称美
对称是形象美的重要因素之一。
人类在长期的保存个体、繁衍种族这种极为低下 的生产水平和生活水平的斗争中不断发展；随着 生产水平和生活水平不断提高，逐渐发展起对美 和美感的追求，并逐惭开始去思考美和探索美。 对称性就是人类对美的思考和探索之一。
• 宇称守恒与不守恒
宇称守恒定律原来被认为和动量守恒定律 一样是自然界的普遍定律，但后来发现并 非如此。1956年夏天，李政道和杨振宁在 审查粒子相互作用中宇称守恒的实验根据 时，发现并没有关于弱相互作用服从宇称 守恒的实验根据。经过进一步实验验证， 宇称守恒定律不是对所有自然过程都适用 的。
由宇称不守恒的发现可认识到有些守 恒定律是“绝对的”，如动量守恒、角动 量守恒、能量守恒等，任何自然过程都要 服从这些定律；有些守恒定律则有局限性， 只适用于某些过程，如宇称守恒定律只适 用于强相互作用和电磁相互作用引起的变 化，而在弱相互作用中则不成立。
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参考文献：《大学物理学 力学》 三慧主编，清华大学出版社。
• 物理定律的对称性
关于物理定律的对称性有一条很重要的 定律：对应于每一种对称性都有一条 守恒定律。
例如，对于空间均匀性的是动量守恒 定律，对应于空间的各向同性的是角 动量守恒定律，对应于空间反演对称 的是宇称守恒定律，对应于量子力学 相移对称的是电荷守恒定律。
• 宇称守恒与不守恒
和空间反演对称性相对应的守恒量叫宇称。 在经典物理中不曾用到宇称的概念，在量 子力学中宇称概念的应用给出关于微观粒 子相互作用的很重要的定律——宇称守恒 定律。（因本人知识有限，暂不深入讨 论。）
• 物理定律的对称性
如果在空间某从处做实验后，把整套仪器 （连同影响实验的一切外部因素）转一个 角度，则在相同的起始条件下，实验也会 以完全相同的方式进行。这就说明物理定 律没有因转动而发生变化。这就是物理定 律的转动对称性。由于它表明空间的各个 方向对物理定律是一样的，所以又叫空间 的各向同性。
• 对称美
人们把对于对称性的感受形成了美学。 天坛的建筑、天安门的建筑、颐和园长廊的建筑以 及各种花瓶、古人饮酒的爵和各种花边等等是旋 转对称、左右对称和平移对称的典型例子。
• 不对称美
这些对称美给人以匀称、均衡、连贯、流畅的感 受，因而体现着一种娴静、稳重、庄严，但却也 显得有些平淡、单调、缺乏生机和妙趣横生，这 是因为对称性并没有包揽美的全部。人们发现， 美除了对称之外，还需要蜿蜒曲折、错落有致、 此起彼伏，美是对称与不对称结合的表现。你看 那起伏于山峦间蜿蜒曲折层层叠起的长城峰火台 构成的美景不是给人以宏伟、博大、气势磅礴而 又峰回路转、巧夺天工的美的感觉吗！
• 物理学中的形体对称性
物理学的研究中也注意到形体上的对称性。形体 上的对称性常常使得我们可以不必精确地去求解 就可以获得一些知识，使问题得以简化，甚至使 得某些颇难解的问题迎刃而解。例如一个无阻力 的单摆摆动起来，其左右是对称的，不必求解就 可以知道，向左边摆动的高度与右边摆边的高度 一定是相等的，从中间平衡位置向左摆到最高点 的时间一定等于从中间平衡位置向右摆到最高点 的时间，平衡位置两边等当位置处摆球的速度和 加速度的大小必定是相等的，等等。