对称性与守恒定律

1对称性与守恒定律对称性以它强大的力量把物理学中那些看上去毫不相关的方面连接起来。物理学家梦想对自然作统一的描述。2对称性与守恒定律symmetryandconservationLsw一、问题的提出我们已知：牛力有局限性；但,又知：由牛顿定律得出的动量守恒定律和角动量守恒定律却具有普遍性这说明：守恒定律超越力学理论我们有理由提出问题：守恒定律比力学理论具有更深厚的基础吗?3回答是:守恒定律与宇宙中某种对称性相联系对称性是统治物理规律的规律二、对称性的定义生活中的例子对中心对称操作绕中心旋任意角状态A状态B状态A与状态B相同或等价4定义:若某一研究对象(体系、事物;物理规律)对其状态进行某种操作,使其状态由A到B。若两状态等价(相同)，就说该研究对象对该操作具有对称性。讨论:1、关键词2、对称性就是不可分辨5三、介绍几种对称操作1、空间对称操作---空间变换1)平移2)旋转3)镜象反射4)空间反演2、时间变换1)时间平移2)时间反演3、时空联合操作伽利略变换---力学定律具有不变性洛仑兹变换---物理定律具有不变性6例文学创作中的镜象对称回文词纳兰性德雾窗寒对遥天暮暮天遥对寒窗雾花落正啼鸦鸦啼正落花袖罗垂影瘦瘦影垂罗袖风剪一丝红红丝一剪风7物理矢量的镜面反射极矢量轴矢量MMrrrrrr平行于镜面的分量方向相同，垂直于镜面的分量方向相反。平行于镜面的分量方向相反，垂直于镜面的分量方向相同。FavML8时间反演(t-t)相当于时间倒流物理上:运动方向反向即:速度对时间反演变号牛顿第二定律对保守系统--时间反演不变如无阻尼的单摆9武打片动作的真实性紧身衣大袍非保守系统不具有时间反演不变性阴阳图联合操作不真实真实10四、对称性原理原因中的对称性必然反映在结果中，结果中的对称性至少和原因中的对称性一样多；结果中的不对称性必然出自原因中的不对称性，原因中的不对称性至少和结果中的不对称性一样多。对称性原理是凌驾于物理规律之上的自然界的一条基本规律。11例1、均匀带电球面电场的分布原因---球对称性结果---至少具有球对称性径向EErQ12例2、根据对称性原理论证在有心力场作用下,质点必在同一平面内运动。结果:质点的轨道也一定在板面内fv原因：有心力和初速对板面有镜像对称性13解：节点B与A对称，设电流如图所示。11IIII同样节点D与C对称，CD的电流为I2IIII111例3、已知：R1II1II1II1I1IRAB求：ARCDB利用：置换对称节点电流关系14RRAB57IIRRIIIR11122IURABABII1I1IACDBRII531IRIIRI211方便ADU由得出下式15五、对称性与守恒定律（简说〕物理规律的某一种对称性（不变性〕通常都属于一种守恒定律由分析力学、量子力学严格证明：空间平移不变性动量守恒定律空间转动不变性角动量守恒定律时间平移不变性能量守恒定律等等16六、物理规律的对称性在物理学中的重要性1、对称性对应着守恒定律若数学上提供一种数学变换（对称〕物理上寻找相应的守恒定律或反之。2、对称性提供更深层次的认识以普遍的对称性为指引，去探索和解决未知的物理世界大统一；新的发现。17根据对称性，物理学的各个分支逐渐走向统一万有引力天上的地上的声学热学光学电学磁学力学19世纪末，爱因斯坦想把万有引力和电磁学统一起来的尝试，由于当时不知道还有强作用和弱作用。夭折了18万有引力天上的地上的声学热学光学电学磁学力学放射性弱核动力强20世纪向大统一的行进超弦是最后吗？19例：正电子的预言狄拉克从他的Dirac方程是对称的，预言了正电子的存在。所以，一种对称性的发现比一种特定的现象的发现意义还大。对反粒子反物质的探索20对称性与美生物有机分子的各种对称性作者：刘凤英陈惟蓉制作：刘凤英秦联华清华大学出版社98.11