закони за запазване като симетрия размисъл по физика - на закона, Страница 1

закони за запазване във физиката играят специална роля. Те потвърждават стабилността на природата. По законите за опазване на физиката са: закона за запазване на енергията, инерция, ъглов момент, заплащане.

Законите за опазване играят решаваща роля в областта на физиката на практика, но не по-малко важно за тяхното значение от гледна точка на мирогледа. Законът за запазване на енергията определя твърдостта на енергия. Закон за запазване на инерцията определя твърдостта на движението, неразрушимостта на постъпателно движение. Закон за запазване на момента на импулса определя твърдостта на въртеливото движение. Закон за запазване на такса определя твърдостта на взаимодействието на Кулон, което, заедно с гравитацията и силен определя структурата на света. Ето защо е важно да се знае причината за физиката на тези закони.

След основен работата Noether стана известно, че за всеки един от законите за опазване трябва да е някаква симетрия.

Целта на тази статия е да покаже, че законите за опазване са отражение на проявите на различни видове симетрия във физиката и обратно, за да се установи връзка с това ни позволява да разбере същността и характера на тези закони.

Глава I. Симетрия по физика

Симетрия, инвариантност, няма закони за опазване съмнение играят важна роля в физическите науки. K Например, търсенето на хармония в света (симетрия) доведе един от най-блестящите учени на всички времена Iogana Keplera до откриването на законите за движението на планетите. Г. Veyel отбележи, че симетрия "е идеята, че, с помощта на които човек през вековете се опита да разбере и да се създаде ред, красота и съвършенство." [2] "Защото човешкият ум има симетрия, както изглежда, направена специална харизма - пише Ричард Файнман. -. Ние обичаме да гледате дисплея на симетрия в природата, по абсолютно симетричен сфера планети или Sun, симетрични кристали, снежинки върху най-накрая, за цветята, които са почти симетрични " [17]

Какво е симетрия? Думата е гръцка и означава "пропорционалност, пропорционалност, сходство в подреждането на части". Често прави паралел: симетрията и баланс, симетрия и хармония, симетрия и съвършенство. Според съвременните концепции, симетрията може да се определи по следния начин: "симетричен посочена тема, която може да се промени по някакъв начин, което води до по същия начин, ние започнахме," [Файнман R]. По този начин, симетрията поема неизменност на обекта (някои обекти свойства) по отношение на някои реформи, някои операции, извършвани на обекта.

Концепцията на симетрия има определена "структура", състоящ се от три фактора:

обект или явление на симетрия, което се счита;

промени (превръщане) по отношение на симетрия, което се счита;

инвариантност (неизменност, консервация) на някои свойства на обекта в процес на разглеждане, който изразява симетрията.

Ние наблягаме: инвариантност не съществува само по себе си, а не на всички, но само по отношение на определени реформи. От друга страна, промяната (преобразуване) на интереси, тъй като нещо се запазва. С други думи, няма промяна, няма смисъл да се помисли за опазване, както и интерес изчезва, без да запазвате промените. опазване Симетрия изразява нещо с някои промени или по друг начин, съхраняване нещо въпреки промените. По този начин, концепцията за симетрия, се основава на диалектиката на опазването и промяна.

В физика обичайно да се разпредели два вида симетрия: геометрични и динамични.

Symmetry, експресиращи пространство и функция на времето, се отнасят до геометричната форма на симетрия. Примери на геометрична симетрия са: еднородността на времето и пространството, изотропността пространство, пространство паритет, еквивалентността на инерционни референтни системи.

Symmetry, не са пряко свързани с свойствата на пространството и времето експресират някои физични свойства на взаимодействията посочени като динамична форма симетрия. Един пример за динамична симетрия е симетрия на електрически заряд.

Общо казано, да включва динамичен симетрия симетрия характерните свойства на обекти и процеси. Така че геометричната и динамична симетрия може да се разглежда като външна и вътрешна симетрия.

форми връзката на симетрия възниква от единството на атрибутите на материя, пространство, време и движение. Твърдо опозиция на тези форми е фундаментално неприемлива. Всъщност, като се има предвид, например, "типичен" геометрична симетрия като хомогенността на място, можете да видите, че в своето определение, съдържащо се в скритите динамика. Същността на тази симетрия е, че пространствените движения при определени физически условия, като слаби гравитационни полета, поведението на телата не зависи от това кой те постави в пространство, което се изразява в независимостта на инерцията, присъща на престоя си в една или други точки в пространството , С изключение на единството на пространство и движение на материята да се говори за каквито и да било симетрия свойства на пространството е просто безсмислено. В напълно празно пространство, не хомогенност или разнородност. В него нищо за него, и нищо не може да се каже. Нито една геометрична симетрия не може да бъде определена, без да включват преки или косвени, динамични параметри. Дори такава проста дефиниция на геометрична симетрия, симетрията на двете точки по отношение на всяка права линия, включва възможността за тяхното подреждане, т.е. някои движения. Без трафик и движението не е единичен геометрична симетрия.

От своя страна, динамична симетрия са свързани с времето и пространството имот, в резултат на възможността за тяхната геометрична интерпретация. Например, такъв динамичен симетрия, симетрията на изотоп на въртене, при което 180 въртене, независимо от посоката на въртене прави протон на неутрони и протон на неутрони. Възможността за такова тълкуване изотопен завъртане симетрия, т.е. самоличността на протоните и неутроните по отношение на силни взаимодействия, ясно показва, че тази симетрия е свързан с някои пространствени форми.

По този начин, всяка геометрична симетрия свързани с движението и взаимодействието на физически обекти, и всеки динамичен симетрия - с свойства на пространството и времето.

Ние даде някои примери на геометрична симетрия. Да приемем, че всички електроните на един атом с друг атом обменят електрони. Тъй електрони са идентични (или произволно избрани електрон не се различава от безброй други електрони), след обмена електрон няма промяна в атомите не се срещат. Това е симетрия. Или да вземем всички известни в училище агрегация състояния на материята - твърдо, течно, газообразно. За определеност като твърди смятат идеалното безкраен кристала. В нея има известна т.нар дискретни симетрия по отношение на прехвърлянето. Това означава, че ако се движите кристалната решетка на разстояние, равно на интервала между два атома, то няма да промени нищо - кристала съвпада със самата себе си. Ако кристал се стопи, симетрията на получената течност ще бъде различен: то ще расте. Кристалът е само еквивалентни точки, отдалечени една от друга на определени разстояния, така наречените кристалната решетка единици, в които атоми са еднакви. Течността е еднакво в целия обем, всички нейни точки са неразличими един от друг. Това означава, че флуидът може да се премести в произволна разстояние (а не само на някои дискретни като в кристала) или завърта до произволна ъгъл (което в кристалите не може да се направи на всички) и ще бъдат еднакви със себе си. Нейната степен на симетрия по-горе.

Газ е още по-симетричен: течността заема определен обем в съда и има асиметрия в съда, където течността е, и точката, където тя не съществува. Газ и заема цялата сума, дадена за него, и в този смисъл всички негови точки са неразличими една от друга. И все пак тук, че би било по-правилно да не се говори за точки, но по-малки, но макроскопски елементи, защото в различията микроскопично ниво все още там. В някои точки има атоми или молекули, в даден момент, но не и в други. Симетрия се наблюдава само в средата или в някои макроскопски параметри на обем или време. Но в момента, в симетрията на микроскопично ниво, все още има още. Ако веществото за компресиране много силно към натиск, които са неприемливи в употреба, за компресиране, така че атомите са смачкани, тяхната обвивка прониква в един от друг, и ядрата започнаха да влезе в контакт, е симетрия и на микроскопично ниво. Всички ядра са идентични и са притиснати един срещу друг, има не само interatomic но interatomic разстоянията и материалът става равномерно. Но все още има субмикрископичен ниво. Ядра се състоят от протони и неутрони, които са като движи вътре в ядрото. Между тях също има малко място. Ако продължите да компресирате, така че те ще бъдат смачкани и ядрото, нуклоните плътно сгушени заедно. Тогава на симетрията на подмикроскопско ниво се появи, което дори не е в обикновените ядра. Тя е в това състояние, веществото се намира вътре така наречените неутронни звезди.

От горното може да се разглежда като много определена тенденция: по-висока температура и висока налягането, толкова по-симетрични става вещество. Тази тенденция е изключително обичайното право.

Досега говорихме за най-прости, геометрична симетрия. Въпреки това, в природата има и други доста по-сложни за него видове. Пространството и времето, от свойствата на симетрия, които следват основните закони на опазването на материята и пълни "импрегнирани" сили, чрез които различните части на този въпрос си взаимодействат един с друг. Според съвременните концепции, в природата, има четири основни вида власт, или, с други думи, четирите вида взаимодействия: силен, електромагнитни, слаби и гравитационни. Естеството на външния си вид доста различни, но всеки е на стойност по някаква симетрия.

Най-интересните видове разликата от взаимодействия, свързани с симетрия. Всички взаимодействия на елементарни частици, контролирани от абсолютни закони за опазване. Все пак, има закони за запазване (и съответните им принципи на симетрия), които са валидни за една взаимодействия, а не само за другите. По този начин, на законите на опазване на пространственото паритет и зареждане, извършено в електромагнитни взаимодействия и силни, но не и извършени в слабите взаимодействия. Има едно правило: по-силно взаимодействие, така че е симетрична. С други думи, по-слабо е взаимодействието по-малка степен, то се контролира от законите за опазване. Тъй като силно взаимодействие е симетричен. Регламентираната процедура те спаси всички квантови числа, валидни законите на опазване на странност и isospin.

Електромагнитното взаимодействие е малко по-малко симетрични от силен. В този процес, те причинени, isospin не е запазен, но всички други закони, включително за опазване на isospin прогнозите остават валидни.

Слабото взаимодействие на най-малко симетрични. В процеси, причинени им, се извършват само универсални закони за опазване (законите на опазване на четири импулс, момент на импулса и електрически заряд).

Нека сега се обърнем към специфичните свойства на пространството и времето симетрия. Помислете първо симетрия относителен превод по някой ред. Прехвърляне в двете посоки може да се разшири в три взаимно перпендикулярни оси. По този начин пространството има симетрия група по отношение на произволни преводи по три взаимно перпендикулярни посоки.

Времето се определя от една стойност, а не три, като точка в пространството. Симетрия вече от симетрията на безкрайна права линия, ако вземем предвид времето във всичките му аспекти, но все пак има възможност, че времето симетрично по отношение на един конкретен клас на природните закони. Към този клас принадлежат на законите на механиката, които са на подчинение на движението на телата в пространството и времето. Например, революция на Земята около Слънцето, се провежда по същия начин за десетки хиляди години; ако тя не се е отразила на другите планети и слънцето и вълните не са постепенно губи своята маса се дължи на радиация, на Земята орбита ще остане непроменена за неопределено време. Следователно ние трябва да заключим, че времето е хомогенен, т.е. всичките му точки са еквивалентни, поне по отношение на чисто механични явления.